Устройство переворота яиц в инкубаторе на шаговом двигателе

     Учитывая ваши пожелания и еще один очень не маловажный фактор, заключающийся в широком распространении шаговых двигателей и возможность их свободного приобретения, включая барахолки и места для мусора, я решил разработать автомат для переворачивания яиц с использованием данного двигателя.

     Я уже писал об автомате для переворачивания яиц в инкубаторе в статье «Автоматика для инкубатора», но в ней речь шла об автомате, в котором использовался двигатель постоянного тока Д-5тр. Применение этого двигателя делает необходимым использование редуктора, что намного усложняет конструкцию. Готовые редукторы стоят не так уж и дешево. Применение шаговых двигателей, имеющих малую скорость вращения и достаточный крутящий момент на валу, позволяет достаточно просто преобразовать вращательное движение в возвратно-поступательное. Ниже показана схема кинематики устройства поворота лотков. На стенке инкубатора бирюзового цвета, на оси 2 может двигаться платформа 1, на которой закреплен шаговый двигатель 3. К валу двигателя крепится длинный винт 4 с резьбой М6, которая имеет шаг 1мм. Таким образом, при скорости вращения винта 1 оборот в секунду, линейное перемещение будет равно 1 мм. Длина винта 160мм. По этому винту линейно двигается резьбовая втулка 5, которая припаяна к трубке 6, в данном случае медной трубке. Трубка через ось 7 соединена с рычагом 8, который в свою очередь жестко соединен с осью поворота лотков 9.

     Таким образом, при вращении двигателем винта 4, например, по часовой стрелке, винтовая втулка начнет накручиваться на него, что в свою очередь заставит двигаться вправо рычаг 8. Поступательное движение рычага 8 переходит во вращательное движение оси 9, на которой закреплен лоток с яйцами. В программу микроконтроллера заложено 150 оборотов вращения вала двигателя. Таким образом, длина перемещения резьбовой втулки L будет равна 150мм. Для того чтобы лотки поворачивались на 90 градусов, расстояние между центрами осей 7 и 9 рычага 8 – R, должно быть равно:

               R = L/1,4142 ≈ 106 мм.

     Таким образом, при таких данных время поворота лотка с яйцами из одного положения в другое будет составлять 150 секунд или 2,5 мин. Я думаю яйцам спешить некуда.

     Основой схемы управления двигателем является дешевый микроконтроллер PIC12F675. В качестве ключей переключения обмоток шагового двигателя используются составные транзисторы КТ829А. Но лучше использовать полевые транзисторы с n каналом, например, IRLR2905, VDSS = 55V Rds (on) = 0.027Ω Id = 42A. Эти транзисторы адаптированы к уровням управления ТТЛ логики. В качестве демпфирующих диодов можно так же применить КД221 с любой буквой. Схема включения обмоток двигателя показана на рисунке 1. Марку двигателя я не знаю, его вид можно посмотреть на фото.

     На фото показана и собранная печатная плата. Правда на плате вместо микросхемы стабилизатора 78L05, стоит микросхема LM7805, за неимением первой.

После подачи на схему напряжения питания начинает моргать индикаторный светодиод HL1. Время свечения светодиода и паузы примерно равно одной секунде. Начинается отсчет двухчасового промежутка времени. За тридцать секунд до конца этого промежутка светодиод начинает светиться постоянно, извещая о том, что скоро начнется движение лотка. Введение в схему светодиода, чисто психологический ход. Без его моргания создается впечатление, что все система находится в зависшем состоянии. Для большей наглядности можно в схему ввести еще один светодиод, индицирующий присутствие напряжения питания схемы.
     Для принудительного поворота лотка в схему введена кнопка SB1. При нажатии на кнопку программа контроллера дает команду двигателю на совершение 75 оборотов, это соответствует горизонтальному положению лотка, при этом светодиод прекращает моргание. В этом состоянии программа не контролирует двухчасовой промежуток времени и лотки, находящиеся в горизонтальном положении могут находиться сколь угодно долго. При повторном нажатии на кнопку лоток продолжит перемещение в том же направлении до соответствующего крайнего положения. С этого момента начнется следующий отсчет двух часов. Начнет моргать светодиод. Есть один нюанс, когда лотки находятся в горизонтальном положении, программа не обнуляет вывода контроллера соответствующие базовым цепям. Вследствие этого через некоторые транзисторы может протекать ток, что ведет к их небольшому нагреву. Поэтому, когда поворот лотка становиться не нужен, его ставят в среднее положение, а блок управления лучше выключить.
     Для отсчета временных интервалов в программе использован TMR0, это упрощает программу, но увеличивает неточность временных интервалов. Поэтому два часа – это примерно два часа, через которые будет двигаться лоток в ту и другую сторону. И еще, не каждый шаговый двигатель, имеющий такую схему обмоток, будет работать по данному алгоритму, заложенному в программу контроллера.