Attuatore lineare quasi micrometrico
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Attuatore lineare quasi micrometrico
Attuatore lineare quasi micrometrico Mi serviva un “qualcosa” che muovesse un piccolo specchio a passi di qualche decimo di millimetro e mi è venuto in mente che in un lettore di floppy disk la testina si muove per 1,5 centimetri sulle 80 tracce spaziate di 187,5 micron, poco meno di 2/10 di millimetro a passo. Giusto quello di cui avevo bisogno. Il circuito Come dispositivo di comando ho usato un encoder incrementale meccanico a 24 passi; le sue uscite sono piene di rimbalzi e le ho ripulite con due condensatori da 1 uF poliestere e due trigger di Schmitt. Un flip flop D decodifica la sequenza delle uscite sfasate di 90 gradi dell’encoder e genera il segnale DIR che stabilisce la direzione avanti o indietro. Il fronte di salita di una delle fasi viene usato come clock e campiona lo stato dell’altra fase: se questa ultima è in ritardo si avrà uno 0 in uscita mentre se è in anticipo si avrà un 1. Un secondo flip flop D divide per due una delle fasi dell’encoder ed un monostabile crea l’impulso STEP, che sposta la testina, lungo circa 600 microsecondi. Avrei potuto usare l’integrato LS7184 fatto apposta per decodificare gli encoder, ma è introvabile e costoso. Ho usato integrati TTL perché gli ingressi e le uscite del lettore di floppy sono TTL compatibili ed l’alimentazione è a 5 Volt come quella del lettore. Ormai i lettori di floppy sono ormai alimentati solo a 5 Volt, ma se ne avete uno vecchio occorre fornirgli anche i 12 Volt. L’assorbimento è di circa 100 mA con il lettore di floppy a motore fermo. Il livello zero sul pin12 del connettore serve ad abilitare il lettore di floppy. Il led si accende quando la testina si posiziona sulla traccia zero, quella più esterna. Poichè il circuito formatore del segnale STEP divide per due una delle fasi dell’encoder avremo l’avanzamento di un passo ogni due scatti dell’encoder, quindi ci saranno 12 avanzamenti per giro con un encoder da 24 passi. Se fosse necessaria una demoltiplica superiore, ad esempio 3 step per giro, basta inserire un ulteriore divisore sull’uscita del flip flop inferiore. Un paio di avvertenze. L’encoder va ruotato con decisione fra un “fermo” e l’altro perché ad ogni scatto viene generata la sequenza completa dei quattro stati. Se si inizia la rotazione e ci si ferma senza completarla quasi sicuramente si chiude e si riapre solo uno dei due interruttori generando una sequenza errata: un PIC la recupera, il flip flop no. Seconda avvertenza: quando si da tensione al lettore di floppy alcuni firmware avviano la calibrazione e muovono la testina verso la traccia zero seguendo il segnale STEP ma ignorando il segnale DIR. Una volta raggiunta la traccia zero prende avvio il funzionamento normale in avanti ed indietro. Ovviamente non c’era molto da inventare visto che per decodificare i segnali dell’encoder basta un flip flop, il mio contributo è solo quello di aver connesso l’encoder al lettore di floppy per spostarne la testina! Il prototipo In attesa dell’assemblaggio definitivo insieme ad altri circuiti per un mio lavoro in corso di sviluppo ho realizzato il circuito sulla breadboard per testare il collegamento con il lettore di floppy. I tre diodi led in basso non sono riportati sullo schema, li ho collegati sulle uscite dei due flip flop per avere una visione dei segnali generati. clicca per ingrandire clicca per ingrandire la bread board, a sinistra l'encoder a 24 passi sul connettore sono usati solo i pin 12-18-20-26 Il lettore di floppy va aperto per accedere alla slitta portatestina, poi si toglie la testina di lettura superiore e si fissa la “piattaforma di servizio” usando i due fori filettati M2 presenti sulla slitta portatestina. Anche se non è indispensabile è opportuno inserire un floppy disk nel lettore perché così tutte le parti meccaniche libere vanno in posizione di blocco rendendo il tutto più stabile. clicca per ingrandire clicca per ingrandire il lettore con la testina superiore in posizione la slitta senza testina è fissata con due viti M2 Ho fatto anche delle prove di carico: l'attuatore solleva senza problemi un peso di 100 grammi e comprime il piatto di un bilancia (quella per pesare la posta) con 100 grammi. In posizione di fermo mantiene la posizione sia con il carico di trazione che con quello di compressione. Li fanno robusti i lettori di floppy! clicca per ingrandire clicca per ingrandire la piattaforma con i fori a 0 e 90 gradi la slitta sulla traccia 79 Due parole sul lettore di floppy disk Il lettore del floppy disk ha un motore brushless che ruota a 300 giri al minuto a velocità controllata ed un motore passo passo che sposta la testina di lettura. Le 80 tracce sono distanziate di 187.5 micrometri con una tolleranza di +/- 15 micrometri, circa l'8%. A noi basta usare il pin 18 che stabilisce la direzione del movimento (se =0 la testina va verso l’esterno fino alla traccia 0, se =1 la testina va verso l’interno) ed il pin 20 che comanda i passi di avanzamento con un impulso di zero lungo almeno 1 microsecondo e con periodo di ripetizione massimo di 3 millisecondi. Se non attestate i collegamenti direttamente sul connettore maschio ma usate il cavo piatto pc/floppy come prolunga ricordate che tale cavo ha alcuni conduttori incrociati e scambia il pin 10 col pin 16 e il pin 12 con il pin 14. Da molto tempo i lettori di floppy sono configurati in modo fisso come drive B ed i pin 10 e 14 spesso non sono più collegati, quindi per far vedere al PC il lettore come driver A occorre invertire tali fili, cosa non fanno le grandi ditte per risparmiare sui costi di produzione! I pin dispari da 1 a 33 sono collegati a massa. Gli ingressi TTL compatibili se messi a zero assorbono non più di 6 mA mentre le uscite sono Open Collector con una corrente massima di circa 25 mA. Per attivare il lettore di floppy occorre mettere a massa il pin12 SEL_B: si accende il led sullo sportello, vengono accettati i segnali DIR e STEP (ed anche MOTOR_B pin 16 che non usiamo) e sono attivate le uscite. Quasi tutti i lettori di floppy sono ormai alimentati solo a 5 Volt, quindi basta usare il filo rosso ed il filo nero, se ne avete uno vecchio dovete collegare anche i 12 Volt. Conclusione Considerato il costo e la semplicità realizzativa un attuatore lineare che produce una forza di 100 grammi con uno spostamento di 15 millimetri con 80 passi di 187,5 micron non è male! L’elettronica interna al lettore di floppy che muove la testina accetta segnali in ingresso simili a quelli che pilotano un integrato L297 quindi è facile comandarla oltre che “a mano”, come ho fatto io, anche tramite la porta parallela del PC o con un PIC. In rete ci sono numerosi video di lettori di floppy “canterini” ai quali un PIC o un PC fa muovere la testina per produrre note musicali, tuttavia mi sembra un un impiego molto riduttivo rispetto alle effettive possibilità. A me serviva muovere uno specchio ma forse si potrebbe realizzare un microsaldatore per componenti SMD. Buon lavoro!