Freespingi Proma FPX-25E juhtimissüsteemi digitaliseerimine

TARTU ÜLIKOOL Loodus- ja tehnoloogiateaduskond Füüsika Instituut Tehnoloogiainstituut Ramon Rantsus Freespingi Proma FPX-25E juhtimissüsteemi digitaliseerimine Bakalaureusetöö Juhendaja: Artur Abels Tartu 2008

Sisukord Sissejuhatus... 3 1. Aparatuur... 5 1.1 Põhifunktsionaalsus... 6 1.1.1 Freespingi juhtimise kontroller... 6 1.1.2 Riistvara... 7 Toiteahel... 8 Filtreeritud toide ja andurite pistikud... 9 Jadaühendus USART (RS232)... 10 Andurid... 11 Halli efekt... 13 LCD ekraan... 14 1.2 Tööpõhimõte... 15 1.3 Tarkvara... 16 2. Tulevikuplaanid... 17 3. Kokkuvõte... 18 Summary... 19 Kasutatud kirjandus... 20 Lisad... 21 Lisa 1. Seadme elektroonikaskeem... 21 Lisa 2. Kontrolleris kasutatud komponentide nimekiri... 22 2

Sissejuhatus Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituudis on Tsehhi firma Proma poolt valmistatud freespink FPX-25E (Joonis1) kasutusel olnud juba 2007 aasta sügisest. Freespink on hea abivahend odavalt ja kiiresti kohapeal erinevate detailide valmistamiseks, olgu selleks siis mingi karp, kinnitus või roboti kere. Kuna Tehnoloogiainstituudis tegeletakse teoreetilise töö kõrval just väga palju praktilise tööga, siis freespink on laboris asendamatu abimees. Freespinki Proma FPX-25E-d saab juhtida kolme juhthoova abil, kaks neist liigutavad kelgu külge kinnitatud detaili vastavalt x, y suunas ning kolmandaga saab freesimissügavust muuta. Freespinki saab kasutada ka puurimisel, sest selle külge saab hõlpsalt detaili kinnitada, mis teeb puurimise märgatavalt täpsemaks. Joonis 1. Tehnoloogiainstituudis olev freespink 3

Detaili freesimiseks kinnitatakse see vastavate abivahenditega freespingi kelgu peale. Olenevalt freesitava ava laiusest võetakse vastav frees. Kahe juhthoova abil sätitakse paika freesimise alguspunkt. Teame, et juhthoova üks pööre liigutab detaili 1,5mm. Juhthoova peal on mõõduriba, mis jaotab ühe pöörde 75 ühikuks (0.02mm / jaotis). Kui meil on teada freesitava ava pikkus, laius, siis saame juhthoobade kindla pööramisega saavutada suhteliselt täpse freesimise. Juhthoobadel on aga kahjuks olemas lõtk, mida peab koguaeg arvestama, kui tahame hooba pöörata ühele, teisele poole. Samuti teeb see lõtk meil freesimise ebatäpseks. Selleks, et tekitada näiteks 50mm suurune ava, freesides 6 millimeetrise freesiga, peame võtma (50-6) / 0.02 = 2200 jaotist, mis teeb floor (2200 / 75) = 29 täispööret pluss veel (2200 mod 75) = 25 jaotist. Kuigi selline protseduur ei ole matemaatiliselt raske, võtab see ikkagi palju aega. Arvestades, et iga detaili tegemisel tuleb täpselt läbi teha kümneid selliseid arvutusi, siis antud ebamugavuse pärast tekitab see palju vigu. Tuleb kindlasti mainida, et vertikaalteljes freesi liigutamise hoob on tehtud üldse tollmõõdustikus ja selle täispööre on 0.06 tolli e. umbes 1.524mm ning see on gradueeritud 0.001 tolli kaupa. Väärtustamaks kasutaja aega ja mugavust ning vältimaks lõtkust põhjustatud ebatäpsusi on käesoleva töö eesmärgiks luua spetsiaalne seade, mis väljastaks LCD ekraanile millimeetrites detaili ja freesi vahelist nihet mingi valitud nullasendi suhtes, lubaks valida seda nullasendit iga telje jaoks eraldi ning teataks valgusdioodi abil, kui hoova keeramise suund on muutunud ja lõtku pärast on tekkinud viga. Veel on tarvilik, et seade oleks võimalikult ühilduv tulevikus tehtava pingi hoobade automaatse keeramise seadmega. 4

1. Aparatuur Töö eesmärgi saavutamiseks tuleb freespingi külge kinnitada andurid, mis määravad kelgu asukoha, millel detail asub. Samuti on vaja konstrueerida seade, mis anduritelt saadud andmete põhjal väljastab ekraanile kelgu täpse liikumise muudu. Seadme koos anduritega peab paigutama nii, et need freesimise käigus viga ei saaks ja et freesimisel tekkinud puru neid ei kahjustaks. Antud peatükk annabki ülevaate vajaminevast aparatuurist. Joonis 2. Freespingi juhtimise mõtteline plokkskeem Tehnoloogiainstituudis olev freespink Proma FPX-25E (Joonis 2, nr 6) on instituudis töös eelmise aasta sügisest. Freespingil on kaks juhthoova millega saab kelgu peale asetatud detaili liigutada x, y suunas (Joonis 2, nr 5) ja kolmas juhthoov, millega saab freesimissügavust reguleerida. Freespink töötab pingel 230V ja freespead ajab ringi 0.35kW elektrimootor. 5

Väga heaks iseloomujooneks selle pingi juures on reguleeritav pöörete arv ehk kasutaja saab valida 0 kuni 2500 pööret minutis. Seda kõike freespingi küljes asuva juhtploki abil (Joonis 2, nr 7). Freespead saab kallutada +/- 45 kraadi, tänu millele saame avasid freesida ka nurga all. Proma freespink on mõõtmetelt vastavalt kõrgus 88cm, laius 40cm ja pikkus 35cm ning kaalub 55kg. Juhthoobade külge paigutatakse 3 pöörlemisasendi andurit (Joonis 2, nr 4), mis edastavad juhtimiskontrollerile (Joonis 2, nr 2) infot kelgu asukoha kohta. Kasutaja programmeerib juhtimiskontrolleri spetsiaalselt selle külge valmistatud pistiku abil, mis ühendab siis arvuti (Joonis 2, nr 1) külge paigutatud programmaatori ja kontrolleri. Lõpuks saadab kontroller eelnevalt läbitöödeldud info LCD ekraanile (Joonis 2, nr 3). 1.1 Põhifunktsionaalsus Kontrolleri peamine eesmärk on anduritelt saadud analoogsignaali muundamine digitaalseks ja saadud info töötlemine. Töödeldud info väljastab kontroller LCD ekraanile, kust kasutaja loeb välja kuhu poole ja kui palju peab juhthooba pöörama. 1.1.1 Freespingi juhtimise kontroller Tavaliselt kasutatakse selliste ülesannete jaoks kalleid lineaarpositsiooni andureid ja kontrollerid, mis kasutavad selliseid andureid maksavad ~50000 Eesti krooni ringis. Instituudil pole aga ressursse osta sellist valmis plokki või sellised andureid ning see asjaolu sundiski meid kasutama pöörlemisasendi andureid. Olgugi, et need ei võimalda mõõta detaili tegelikku positsiooni, vaid lõtkuga juhthoobade positsiooni. Et lõtkust tingitud ebatäpsusi vältida peab seadme tarkvaraline pool olema mõnevõrra keerulisem. Siinkohal võib ära mainida, et meie kontrolleri maksumus tuleb alla 2000 Eesti krooni. Seadme südameks on mikrokontroller ATmega88. Kontroller saab pöörlemisasendi anduritelt infot RJ-11 kaabli kaudu. Mikrokontrolleri ja arvuti ühendamiseks kasutatakse jadaühenduse standardit RS232. Veel on kontrolleril kolm nuppu, mille põhifunktsiooni juures peatun pikemalt andurite tööpõhimõtte kirjelduse juures. Väljundseadmeks on kontrolleril LCD ekraan, millel on 4 tekstirida, kus igaühele mahub 16 sümbolit. Samuti on LCD ekraanil taustavalgustus. 6

1.1.2 Riistvara Joonis 3. Kontrolleri plokkskeem Kontrolleri kandavaks komponendiks on firma Atmel 8-bitine AVR mikrokontroller ATmega88 (Joonis 3, nr 3) [1]. Pöörlemisasendi anduritena kasutame Melex i toodetud MLX90316 (Joonis 3, nr 8) [2]. Andur saadab info kontrollerile RJ-11 pistiku kaudu, mida on kontrolleril 3, iga anduri kohta 1. Kontrolleri programmeerimiseks kasutatakse 6 kontaktilist pistikut (Joonis 3, nr 9), mis ühendab eelnevalt spetsiaalselt valmistatud programmaatori kontrolleriga. Programmaator on arvutiga ühendatud USB pordi kaudu. Anduritelt saadud info väljastab kontroller LCD ekraanile, mille tootjaks on HEBEI GEM-TECH ELECTRONICS CO., mudeli nimetus GTC-16041-TS6L2C (Joonis 3, nr 4) [4]. Kontrolleri elektroonikaskeem on toodud lisas (Lisa 1). Järgnevalt analüüsime mõningaid kontrolleri lülitusi põhjalikumalt, kirjeldades sellega samas ka kontrolleri üldist tööpõhimõtet. 7

Toiteahel Joonis 4. Toiteahela skeem Toiteahela eesmärgiks on tagada mikrokontrollerile stabiilne toitepinge. Kontrollerit toidetakse vahelduvvooluvõrgust (~220V) läbi pingealaldi (Joonis3, nr 1), mis alandab pinge 9V peale. Mikrokontrolleri tööks on vajalik ühepolaarne pinge 5V. Toiteahela peamine komponent on pingestabilisaator L7805CV (Joonis 4, U1), mis langetab pinge 5V peale võimaldades väljundis tarbida voolu kuni 1.5A. Voolukõikumiste stabiliseerimiseks on lisatud pingestabilisaatori sisend- ja väljundahelasse kondensaatorid (Joonis 4, C17, C2, C1). Pingealaldi ühendatakse kontrolleriga 2,1/5,5mm ümarpistiku abil (Joonis 4, DCJ0202). Pingealaldi ja pingestabilisaatori vahele on paigaldatud ka Schottky diood BYS10-45, mis kaitseb kogu skeemi valesti ühendatud toitepinge või siis ülepinge eest (Joonis 4, D1). 8

Filtreeritud toide ja andurite pistikud Joonis 5. Filtreeritud toide Juhthoobade külge asetatud andurid on juhtkontrollerist võrdlemisi kaugel ning paratamatult tekib toiteahelasse müra. Andurid vajavad korrektseks töötamiseks puhast toidet. Selleks on eraldi andurite osa jaoks kokku pandud filtreeritud toide (Joonis 5). Kus siis tavalisele toiteahelale on lisatud LC filter, kus induktiivpooli suurus on 1000µH (Joonis 5, L1) ja kondensaatorid on 100nF ja 47µF ( Joonis 5, C8, C11). LC filtri põhimõte seisneb selles, et ahelas on kaks energiat salvestavat elementi, induktiivsus ja mahtuvus. Pulseeriva pinge kasvades salvestub energia neisse mõlemasse ning pinge langedes annavad nad salvestatud energia tarbijasse. LC filtri eelis on ka see, et selle takistus on väike, mistõttu alaliskomponendi pingelang on väga väike ja alaliskomponent LC filtris ei sumbu. Andurid ühendatakse kontrolleri külge RJ-11 pistikute abil, kust neljast juhtmest kasutame kolme. Anduri maa ja signaali vahele on asetatud kondensaator, mis samuti silub anduri poolt saadetud signaali (Joonis 5, J1, J2, J3, C4, C5, C7). Skeemil on näha ka lülitid (Joonis 5, JP1, JP2, JP3), mida kasutame kontrolleri juures. 9

Jadaühendus USART (RS232) Joonis 6. Kontrolleri ja arvuti vahelise jadaühenduse skeem USART (RS232) on levinud andmesideliides mikrokontrollerite omavahelise või mikrokontrolleri ja arvuti vahelise andmeside võimaldamiseks. RS232 on andmesideliides, milles andmed kantakse üle bitthaaval järjest (serial). Mikrokontrollerid võimaldavad järjestikandmesidet nii sünkroonses kui ka asünkroonses reziimis. Sünkroonse andmeside puhul on vajalik kanda lisaks andmetele üle ka sünkroniseeriv signaal. Asünkroonse side puhul eeldavad mõlemad andmeside osapooled ühesugust kasutatavat andmesidekiirust. Saatja edastab info bitthaaval kindlate impulsi pikkustega. Vastuvõtja loeb kindlate ajavahemike tagant alates stardibitist sisendi väärtuseid ning kirjutab need vastuvõetava info registrisse. Mikrokontrollerite RS232 andmesideliidese ja arvutitel kasutatava järjestiksideliidese pingetasemed on erinevad, seetõttu tuleb kasutada vastavat sobituslüli, milleks sobib meie kontrolleris on firma Maxim toodang MAX232CWE (Joonis 6, IC4) [3]. MAX232 on elektrooniline komponent, mis muudab arvuti Serial pordist tulnud signaali mikrokontrollerile arusaadavaks signaaliks. MAX232 on kahekordne vastuvõtja/saatja. Kuna RS232 protokoll vajab suhtluseks +12V ja -12V, siis MAX232 kasutab elektrolüüt kondensaatoreid et protsessorilt saadud 5V salvestada ja nn üles pumbatult saada +12V ja -12V. Meie kontroller kasutab ühte ja sama kivi nii DB9 kui ka DB15 ühenduste juures. 10

Andurid Joonis 7. Anduri elektroonikaskeem Anduritena on kasutusel 3 pöörlemisasendi andurit Melex MLX90316 (Joonis 7, keskel). Andur põhineb Halli efekti tehnoloogial, mida kirjeldan leheküljel 13. Asend määratakse kindlaks magnetvälja pöörlemise baasil. Tänu sellele saab üpris lihtsalt luua kontaktivaba asendimääramise lahenduse, mis kasutab pöörlevale objektile kinnitatud magnetit. Kasutame seda andurit just sellepärast, et see on suhteliselt odav, väiksemõõtmeline, väga töökindel, kontaktivaba ning immuunne tolmule, mustusele veele. Neist omadustest viimane on meie freespingi juures väga tähtis, sest freesimisel tekib väga palju tolmu ja igasugust sodi (peamiselt metalli puru, mis on väga hea elektrijuhtivusega). Andur MLX90316 töötab 4,5V ja 5,5V vahemikus ja see kasutab voolu 13,5mA. Stabiilne töötemperatuur jääb vahemikku -40 kuni +125 C. Antud andur suudab kontrollerile saata infot kolmel viisil: SPI (Serial Protocol mode), PWM (Pulse-Width-Modulation mode) ja analoogsignaal. Vaatamata sellele, et analoogsignaal on müra suhtes tundlik, kasutame seadme juures andurit, mis edastab kontrollerile infot just analoogsignaalina. Põhjuseks oli anduri skeemi tegemise lihtsus ja kartus, et mikrokontrolleril jääb kolme anduri jaoks jalgu väheks. Andurid saadavad kontrollerile info RJ-11 pistiku abil (Joonis 7, J2). Nii kontrolleril kui ka anduri skeemil on mõlemal emased RJ-11 pistikud ja vahele on pandud isaste otstega telefonijuhtme sarnane spiraalkaabel, mis ühendab siis kontrollerit ja andurit. 11

Joonis 8. Anduri lihtsustatud tööpõhimõte Freespingi kaks juhthooba liigutavad kelku, mille peal asetseb kinnitatult freesitav detail. Kelgu all on keermelatt (Joonis 8, nr 1). Keermelati otsa on kinnitatud 6mm läbimõõduga magnet (Joonis 8, nr 2). Magneti ette paigutatakse andur MLX90316 (Joonis 8, nr 3). Igale nurgale (0º-360º), mis magnet on pööranud, vastab mingi kindel pinge, mille andur saadab kontrollerile analoogsignaalina. Kontrolleri analoog-digitaal muundur teeb sellest digitaalse signaali ja töötleb seda vastavalt. Töödeldud info väljastab kontroller LCD ekraanile, kust kasutaja näeb, kui palju ja kuhu poole on juhthooba pööratud. 360º tähendab juhthoova täispööret ehk siis kelgu liikumist 1,5mm. 12

Halli efekt Ameerika füüsik Edwin Herbert Hall (1855-1938) töötas Harvardi ülikoolis aastatel 1881 kuni 1921. 1895 sai temast Harvardi ülikooli professor. 1911 aastal sai E.H. Hallist Rahvusliku Teaduste Akadeemia liige. E.H. Hall tegeles eelkõige termoelektri, metallide elektri- ja soojusjuhtivusega, samuti termomagnetiliste ja galvanomagnetiliste efektitega. 1879 aastal avastas ta Halli efekti [5]. Magnetväljaga ja voolu suunaga risti oleva elektrivälja tekkimine magnetväljas asetsevas vooluga juhis nimetatakse Halli efektiks. Isotroopse juhi korral on elektrivälja tugevus E = RHxj, kus H on magnetvälja tugevus, j voolutihedus ja R Halli konstant ( pöördvõrdeline vabade laengukandjate kontsentratsiooniga juhis). Joonis 9. Halli efekti jälgimine Joonisel 9 on H magnetvälja tugevus, I voolutugevus juhis ja IH magnetvälja mõjul tekkiva voolu tugevus.[7] Metallides, kus vabade elektronide kontsentratsioon on suur, on Halli efekt nõrk. Pooljuhtides on Halli efekt seda märgatavam, mida suurem on elektronide ja aukude liikuvuse erinevus ning mida väiksem on pooljuhi elektrijuhtivus. Halli efekti rakendatakse metallide ja pooljuhtide füüsikaliste omaduste uurimisel, automaatikas, magnet- ja elektriväljade tugevuse mõõtmisel, arvutustehnikas ja raadioelektroonikas, samuti autodes ABS andurina, siduri ehitusel, auto sissepritsesüsteemis jne [6]. 13

LCD ekraan Joonis 10. LCD ekraani ühendamine mikrokontrolleriga Nagu eelpool sai mainitud koosneb LCD ekraan 4 reast ja igale reale mahub 16 sümbolit. LCD ekraanile ühendatakse toide esimese jala peale ja maa teise jala peale. Toite ja maa vahele pannakse trimmerpotentsiomeeter, mille kolmas jalg ühendatakse LCD kolmanda jalaga. Trimmerpotentsiomeeter (Joonis 10, R7) on vajalik selleks, et muuta LCD ekraani kontrastsust. Antud kontrolleri juures keeratakse see kindla suuruse peale, mida edaspidi enam ei muudeta. LCD saab andmeid saata nii kaheksa kui ka nelja bitises reziimis. Meie kasutame oma kontrolleris nelja bitist reziimi, sest mikrokontrolleril pole piisavalt vabasid jalgu. Signaale RS, E ja R/W kasutatakse LCD juhtimiseks (Joonis 10, Parallel LCD Display). 14

1.2 Tööpõhimõte Esiteks kinnitame detaili kelgule. Kuna me ei tea, kus täpselt asub detailil nullpunkt (koht, kust freesimist alustame), siis peame freesi liigutama kõigepealt detaili kõrvale. Kontroller väljastab meile mingi lugemi, mille jätame meelde ja nupuga nullime selle (Joonis 11, nr 3). Teades freesi paksust, keerame juhthooba freesi jagu, mille tulemusena saame freesi täpselt detaili alguspunkti, aga mitte freesimiseks vajalikku nullpunkti. Edasi peame uuesti lugemi nullima ja keerama juhthooba nii palju kordi, et saavutame täpse freesimise alguspunkti. Freesimise ajal loeme õigeid lugemeid LCD ekraanilt (Joonis 11, nr 1), millelt saame teada, kui palju vaja freesida. Juhthoobade edasi tagasi keeramisel tekkinud lõtku välistame tarkvaraliselt ehk kontroller peab teadma andurilt saadud info põhjal, kuna oli juhthooval lõtk ja seda mitte arvestama. Lõtku ilmnemisel või vigase lugemi saamisel süttib kontrolleril valgusdiood (Joonis 11, nr 2). Sisuliselt tähendab see seda, et kui vahetult enne nullimist oli juhthooba keeratud ühtepidi, siis iga kord teises suunas keeramisel pannakse põlema valgusdiood, sest lõtk tuleb sisse. See kompenseeritakse tarkvaraliselt. LCD (1) Valgusdiood (2) Nupp (3) Joonis 11. Kontrolleri pealtvaate lihtsustatud mudel 15

1.3 Tarkvara Kontrolleri tarkvara arendus ei kuulu minu töö ülesannete hulka, kuid alljärgnev algoritm anna lihtsustatud ülevaate kontrolleri tööst. Punkt 1. Kas nuppu X* on vajutatud, kui JAH, siis mine punkti 7, kui EI, mine punkti 2 Punkt 2. Kas nuppu Y** on vajutatud, kui JAH, siis mine punkti 8, kui EI, mine punkti 3 Punkt 3. Kas nuppu Z*** on vajutatud, kui JAH, siis mine punkti 9, kui EI, mine punkti 4 Punkt 4. Uuenda x-telje lugemit ekraanil, mine punkti 5 Punkt 5. Uuenda y-telje lugemit ekraanil, mine punkti 6 Punkt 6. Uuenda z-telje lugemit ekraanil, mine punkti 1 Punkt 7. Nulli x-teljelt saadud anduri lugem, kontrolli lõtku olemasolu, arvesta lõtkuga, mine punkti 1 Punkt 8. Nulli y-teljelt saadud anduri lugem, kontrolli lõtku olemasolu, arvesta lõtkuga, mine punkti 1 Punkt 9. Nulli z-teljelt saadud anduri lugem, kontrolli lõtku olemasolu, arvesta lõtkuga, mine punkti 1 * - Nupp X nullib x-telje andurilt saadud lugemi ** - Nupp Y nullib y-telje andurilt saadud lugemi *** - Nupp Z nullib z-telje andurilt saadud lugemi 16

2. Tulevikuplaanid Joonis 12. Freespingi mõtteline juhtimine tulevikus Tulevikus on plaan viia kogu freespingi juhtimine arvuti peale. Kasutaja sisestab arvutisse (Joonis 12, nr 1) detaili freesimise parameetrid. Arvuti saadab andmed kontrollerile K1 (Joonis 12, nr 2). Kontroller K2 juhib bipolaar samm-mootoreid e stepper mootoreid (Joonis 12, nr 8) [8], mis liigutavad vastavalt saadud parameetritele freesil olevaid juhthoobasid (Joonis 12, nr 5). Juhthoobadelt saab kontroller K1 tagasiside kelgu positsiooni muutumise kohta pöörlemisasendi anduritelt (Joonis 12, nr 4). Kontrolleril K1 on praegu kasutamata DB15 pistik, millega ta hakkabki suhtlema kontrolleriga K2. Anduritelt saadud info kuvatakse LCD ekraanile (Joonis 12, nr 3). Samuti näeme kelgu parameetrite muutumist ka kasutajale loodud arvutipoolsest kasutajaliidesest. Motoriseeritud freespingi juures on plaanis säilitada ka käsitsi juhthoobade liigutamine.

3. Kokkuvõte Antud töö eesmärgiks oli välja töödata seade, mis lihtsustaks Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituudis oleva freespingi Proma FPX-25E juhtimist. Kahe juhthoova abil seatakse paika freesimise alguspunkt. Juhthoova üks pööre liigutab kelgule kinnitatud detaili 1,5mm. Juhthoova peal on mõõduriba, mis jaotab ühe pöörde 75 ühikuks (0.02mm / jaotis). Täpse freesimise alguspunkti saavutamiseks tuleb teha läbi matemaatilised arvutused, et teada saada kui palju tuleb juhthoobasid pöörata. Juhthoobadel on ka lõtk, mis teeb freesimise ebatäpseks. Minu töö eesmärgiks on freesimise täpsuse suurendamine ja freespingi kasutajasõbralikumaks tegemine. Püstitatud ülesande lahendamine nõudis teoreetilise töö kõrval suurelt osalt praktilist tööd, sest seade oli vaja reaalselt valmis ehitada. Kõigepealt pidi välja mõtlema kogu süsteemi tööpõhimõtte koos realiseerimisega. Sellele järgnes vajalike lülituste ja komponentide tööpõhimõtte arusaamine ja seadme elektroonikaskeemi väljamõtlemine. Viimaseks etapiks oli kogu seadme valmis ehitamine, alustades kontrolleri ehitamisest ja lõpetades andurite ja kontrolleri paigutamisest freespingile. Konstrueeritud seadme tööpõhimõte on järgmine kontrolleri südameks kasutatakse ATmega88 mikrokontrollerit, mille ülesanne on freespingile paigutatud pöörlemisasendi anduritelt saadud info töötlemine ja LCD ekraanile väljastamine. Andurite tööpõhimõte seisneb Halli tehnoloogial, mis kajastub ka antud töös. Andurid saadavad kontrollerile analoogsignaalina info freespingil oleva kelgu liigutamise kohta. Arvuti ja kontrolleri vaheliseks suhtluseks kasutatakse jadaühenduse standardit RS232. Kontrolleri programmeerimiseks kasutatakse 6 kontaktilist pistikut ja spetsiaalselt sellist tüüpi mikrokontrolleri jaoks ehitatud programmaatorit.tarkvara pool realiseeritakse programmeerimiskeeles C. Tulevikus on plaanis välja töötada täielikult motoriseeritud freespink, mida juhitakse arvuti teel. 18

Summary The aim of my ˇBachelor Thesis was to work out a device that would simplify the conduction of the milling machine Proma FPX-25E that belongs to the Institute of Technology in the University of Tartu. The starting point of the milling is set with the help of two joysticks. One joystick rotation moves the detail attached to the saddle by 1.5 mm. There is a metering strap on the joystick that divides one rotation into 75 units (0.02 mm per division). To achieve the starting point of a punctual milling, mathematical calculations must be done to find out exactly how much the joysticks have to be rotated. Joysticks also have a backlash that could make the milling inaccurate. The purpose of this work is to increase the accuracy of milling and make the milling machine more users friendly. The solving of the established task required much practical work besides the theoretical part for the device needed to be actually constructed. At first, it was necessary to plan out the working principal of the whole system including realization. This was followed by realizing the necessary circuits and components, and working out the electronic scheme of the device. The last stage included constructing the device, starting with the building of the control device and finishing with implementing the sensors and the controller on the milling machine. The working principle of the device constructed is as follows. The heart of the controller is ATmega88 microcontroller which task is to process the information that comes from the rotation position sensors attached to the milling machine, and showing the info on an LCD screen. The working principle of the sensors is based on Hall technology that is also evident in the present paper. The sensors send the information concerning the moving of the saddle on the milling machine to the controller as an analogue signal. The serial connection standard RS232 is used for communication between the computer and the controller. For programming the controller, a plug with six contacts and a programming device that is designed especially for this type of microcontroller are used. The software is realized in the programming language C. In future, it is planned to construct a wholly motorized milling machine that is conducted only by a computer. 19

Kasutatud kirjandus 1. [PDF] Atmel ATmega88 mikrokontroller, http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2545.pdf, (24.05.2008) 2. [PDF] MLX 90316 pöörlemisasendi andur, http://www.yeint.ru/suppliers/melexis/pdf/mlx90316_rev001.pdf, (24.05.2008) 3. [PDF] MAX 232 RS232 liidese ahel, http://www.elfa.se/pdf/73/730/07302326.pdf, (24.05.2008) 4. [PDF] 16x4 LCD, http://www.elfa.se/pdf/75/07551229.pdf, (24.05.2008) 4. Arvuti seadistamine C keeles programmeerimiseks, http://www.scienceprog.com/set-up-avrstudio-to-use-avr-gcc-compiler/, (24.05.2008) 5. Hall effect Wikipedia, the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/hall_effect, (24.05.2008) 6. Hall effect sensor Wikipedia, the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/hall_effect_sensor, (24.05.2008) 7. Naan G., Koop A., Eesti Nõukogude Entsüklopeedia 3, Tallinn, Valgus, 1988 8. Bipolaar samm-mootor, http://mechatronics.ttu.ee/wiki/doku.php?id=juhendid:mootorid:bipolarsamm, (27.05.2008) 20

Lisad Lisa 1. Seadme elektroonikaskeem 21

Lisa 2. Kontrolleris kasutatud komponentide nimekiri Tähistus Komponent Kommentaar IC1 ATmega88 Mikrokontroller IC4 Maxim Max-232 RS232 ahel X1 DB15 Pistik X2 DB9 Pistik SV1 6 x Pin header Programmeerimise jaoks LED2 5mm Led LED3 5mm Led LED4 5mm Led R2, R3, R4 270Ω Takisti R7 10kΩ Trimmerpotentsiomeeter R1, R5 3.3kΩ Takisti R6 0Ω Takisti J4 DCJ0202 Toitepesa U1 L7805CV Pingestabilisaator C11, C17 47µF Elektrolüüt C1 100µF Elektrolüüt C2, C3, C4, C5, C6, C7 100nF Kondensaator C8, C9, C10 100nF Kondensaator C12, C13, C14, C15, C16 1µF Kondensaator D1 BYS10-45 Diood J1, J2, J3 RJ-11 Female Pistikud andurite jaoks JP1, JP2, JP3 2 x Pin header Nuppude ühendamiseks L1 1000µH Pool Q1 16MHz Kristall Parallel LCD Display 4 rida x 16 sümbolit LCD ekraan 22