Все большую популярность приобретают самодельные станки ЧПУ, как фрезерные, так и лазерные.Выбор комплектующих для таких станков часто определяется бюджетом энтузиаста-самоделкина. И при сборке и дальнейшей эксплуатации возникают проблемы с выбором комплектующих и выявлением проблемных мест. Часто в качестве управляющего блока используется компьютер с LPT-портом. В последнее время LPT-порт реализуется с помощью преобразователей USB-LPT, отлично работающих на одних компьютерах, и не стабильно работающих на других, причем это не зависит от производительности компьютера. Особенно проблематичной становится диагностика нестабильной работы, выражающаяся в медленном "уплывании" координат при работе станка.Справедливости ради стоит отметить, что такая неисправность характерна и для станков под управлением настоящих управляющих панелей/блоков и долгое время находящихся в эксплуатации. Причин нестабильной работы может быть много - механические нагрузки, нестабильное напряжения питания, нестабильная работа опторазвязки и многое другое. Для облегчения диагностики и локализации проблемных мест предназначен данный тестер.

Тестер позволяет управлять драйвером двигателя (сразу оговорюсь, что здесь и далее под двигателем подразумевается шаговый или серводвигатель) вырабатывая сигналы Step и Dir. Количество и частота импульсов сигнала Step может задаваться. Таким образом можно проверить драйвер, двигатель и механическую часть станка независимо от управляющего блока. Впрочем таким набором функций обладают многие другие аналоги. Но главное отличие данного тестера от прочих заключается в том, что на него заведены сигналы с управляющего блока. В процессе работы сигналы проходят через тестер, тестер производит их подсчет, и вырабатывает аналогичные сигналы на своем выходе. Таким образом можно проследить количество сигналов, поступающих на драйвер двигателя и сделать вывод, что явилось причиной сбоя в работе станка.

Тестер подключается в разрыв проводов, передающих сигналы Step/Dir от управляющего блока/компьютера к драйверам шаговых/серво двигателей. Сигналы от управляющего блока заводятся в тестер, а с тестера сигналы уже заводятся в драйвер двигателя.

При нажатии кнопок на панели тестера возможна генерация импульсов Step в следующих режимах:

- количество импульсов - 1, 10,100,200,400,1600,3200, непрерывно

- частота импульсов (Гц) - 1,10,100,1000,10000,20000.

Возможно переключение уровня сигнала Dir.

При нажатии на кнопку "Старт" происходит выдача заданного количества импульсов с заданной частотой. Это позволяет протестировать возможность работы драйвера и двигателя на различных частотах управляющих импульсов, проверить стабильность перемещения элементов станка при различных режимах и выявить при этом проблемы механики. При работе от управляющего блока/компьютера тестер производит подсчет принятых сигналов. Как правило все системы ЧПУ автоматически возвращаются в стартовую точку по окончании выполнения программы. При этом тестер будет показывать в начале выполнения программы и в конце "0", поскольку при подсчете импульсов тестер учитывает изменение направления движения.

Схема тестера представлена ниже:

Кнопки на оптопарах U2, U3 иммитируют сигналы от управляющего блока. Эти сигналы поступают в микроконтроллер, где происходит их подсчет и микроконтроллер выдает аналогичные выходные сигналы. Выходные сигналы снимаются с эммитеров транзисторов Q1 (Step) и Q2 (Dir). Благодаря эммитерным повторителям возможно снятие сигнала относительно как минусового (общего) провода, так и плюсового. Также эммитерные повторители защищают выводы микроконтроллера от превышения допустимого тока в случае замыканий. Выходной сигнал тестера Step с эммитера транзистора Q1 также подается на оптопару U4, сигнал с которой обрабатывается микроконтроллером аналогично сигналам с оптопар U2, U3. Это сделано специально, поскольку в случае замыкания на корпус провода, передающего сигнал Step на драйвер двигателя, подсчет выходящих импульсов вестись не будет. С помощью кнопок "Количество", "Частота", "Направление" задаются параметры ручного управления. И при нажатии на кнопку "Старт" тестер выдает на выход заданные последовательности импульсов.

Все устройство собрано на одной печатной плате.В качестве источника питания использован малогабаритный трансформатор с выходным напряжением 12 Вольт и с платой, на которой расположен диодный мост и два электролитических конденсатора по 220 мкФ каждый. Откуда взят этот трансформатор и эта плата - я уже и сам не знаю. Корпус и толкатели для кнопок изготовлены из прозрачного акрила.

Готовое устройство

Прошивка для микроконтроллера, проект в Протеусе, печатная плата в формате Sprint-Layout прилагаются в архиве. В проекте не представлена микросхема LM7805, конденсаторы в цепях питания, диодный мост и питающий трансформатор. Прошивка полностью работоспособная, без каких-либо ограничений. В настоящее время уже есть желание добавить некоторые дополнительные функции в данный тестер, но это дело будущего. Тем не менее исходники я не выкладываю. Кому как, а лично мне легче написать свою программу, чем разбираться в чужой. При программировании микроконтроллера необходимо выставить фьюзы на работу МК от внешнего кварцевого резонатора.

Ну и напоследок пара видео, демонстрирующих работу тестера.

 
Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин
U1 МК AVR 8-бит
ATmega8-16PU
1     Поиск в win-source
U2-U4 Оптопара
PC817
3 Возможна замена другими оптпарами Поиск в win-source
Q1, Q2 Биполярный транзистор
КТ315Б
2     Поиск в win-source
C1, C2 Конденсатор 22 пФ 2     Поиск в win-source
R1, R2, R5, R6, R9 Резистор
2.2 кОм
5     Поиск в win-source
R3, R4, R7, R8, R10 Резистор
220 Ом
5     Поиск в win-source
R11-R15 Резистор
10 кОм
5     Поиск в win-source
X1 Кварцевый резонатор 16 МГц 1     Поиск в win-source