И снова пилим стики Turnigy 9x

Несомненно слабым местом в ситаках “народного пульта” есть потенциометры. Конструкция их весьма хлипкая и время жизни непредсказуемо. Имея в арсенале народного любимца в лице флайская, со временем, все чаще посещают нехорошие мысли о неизбежном дембеле этих самых поцов, в самый неподходящий момент. Достать новые “оригинальные” потенциометры как все знают нереально. Поэтому, народ выходит из ситуации как умеет.

Не являясь первопроходцем в части допила этого бага, изучил достаточное количество (и здесь) конструкций по замене штатных на альтернативные решения. Для себя поставил определенные условия:

  1. Датчик должен быть бесконтактным(магнитным)
  2. Конструктив должен быть не “колхоз”, и не из области фантастики
  3. Бюджет мероприятия должен вписаться в “границы разумности”
  4. Доступность компонентов “здесь и сейчас”, никакой экзотики

По-первому, при выборе собственно самого сенсора положения(угла поворота) сразу отсеял решения от Аустрианмикросистемс. При всей своей заманчивости совсем не вписывалось в п.4, хотя есть возможность заказа сэмплов совсем на шару(+к п.3), но! их больше 3-х шт. в одни руки не дают, а нам надо 4-ре, да и шара как элемент хитрожопости, одному дано, а у другого не получится. А в друг, кто-то захочет повторить? не из хитрожопых;).

Так как высокотехнологичное решение отпало, были рассмотрены доступные датчики на эффекте Холла… и тоже были отсеяны, т.к. получить удобоваримую линейность позиционирования простыми методами не получится. Они больше подходят для девайсов на предмет “есть поле, нет поля”. Да и со стабильностью не все пучком, тепловой дрейф и “дребезг” показаний.

В конечном итоге процесс выбора привел к магнито-резистивным сенсорам. В двух словах это пермаллоевые структуры, изменяющие проводимость(сопротивление) под действием магнитного поля. Включенные мостом с геометрией квадрата позволяют получить в разностном сигнале синусоидальную функцию от угла вращения магнитного поля. Типичным представителем семейства магнито-резистивных сенсоров угла поворота является филипсовский KMZ41 достаточно популярен у игровых джойстикосроителей. В принципе можно было бы остановиться на нем. Однако филипс совсем недавно (в 2011г.) выпустил на рынок чип KMZ60. Что собой представляет последний? Да туже пермаллоевую структуру, что и в KMZ41, но с интегрированными усилителями с системой термокомпенсации, с минимумом внешней обвязки(практически никакой). Филипс позиционирует чип как высокоточный, основная область применения -аутомотив, что вселяет веру в достаточную надежность. Имеется два выхода полезного сигнала, один синусоидальная, другой косинусоидальная функции. Значения выходного сигнала при повороте магнитного поля от 0 до 90 град. изменяются от Umin до Umax с “линейностью”😉 синусоиды. Конечно, получается не самая прямая кривая😁, но для диапазона в 60 град. вполне сойдет за условно-линейную. Все замечательно, но что у нас с доступностью? Как ни странно, не смотря на новизну сенсора, купить в рознице оказалось без проблем(в Украине). KMZ60 были куплены в Имраде в количестве 4-х шт. за 93,44 грн.

Забегая в перед, отмечу, что успешная покупка KMZ60 не заканчивает список необходимой элементной базы. Т.к. размах выходного сигнала с сенсора не покрывает диапазон от 0 до 5В (на угле в 60град. у меня получился в районе 2,2В, от 1,4 до 3,6В), необходим масштабирующий усилитель (коэф. усил. 2,25). Для этой цели там же в Имраде куплены сдвоенные рейл-то-рейл ОУ АД8552 в количестве 2шт. на общую сумму 57,7грн. Можно конечно и по-дешевле, к примеру МСР602 гривен 15-ть за пару, но получим тепловой дрейф на порядки выше. Так же, решено питать джойстики от отдельных стабилизаторов. Вызвано это тем, что максимальный ток потребления KMZ60 заявлен в 10милиампер, что в десять раз больше тока потребления штатных потенциометров, и в какой то момент штатной 78Л05 может по-плохеть. Куплены линейные стабилизаторы ЛП2981А 2шт. всего 5грн.(подойдут любые на 5В). Ну на остальную мелочевку заложим гривен 20-ть.

Теперь о магнитах. С внедрением неодима в широкие потребительские массы, казалось подобрать нужный не проблема. Ан нет, вся масса представленных магнитов имеет магнитную поляризацию по меньшему габаритному размеру. Учитывая лимит габаритов для конструкции датчиков (не сильно разгонишься от габаритов потенциометров) и требование обеспечить максимальную площадь с однородным полем, из разнообразия доступных форм останавливаем свой выбор на кубе. Были куплены магниты размером 5х5х5мм. в кол-ве 4шт. на 10грн. здесь. Как говорится хорошая мысля приходит опосля, поздно заметил такую мелочь. Составной магнит из 4-х таких бздулек позволит уменьшить высоту датчика на 2,5мм(а то у меня получилось в притык). В заключении скажу, что подходящие магниты (круглые с диаметральной поляризацией) можно заиметь и на шару в виде сэмплов Аустрианмикросистемс, но опять же только 3шт.

Пункт 2. Конструктив. Разобрав и повертев в руках джойстик, в конечном итоге отказался от мысли курочить родную пластмассу и колхозить на коленке из подручных средств. Принято решение не выдумывать лисапед, а делать по подобию потенциометров с соблюдением посадочных размеров и принципа крепления. Делаем эскизы и идем к токарю.

Вот что получилось:

Токарь оказался не рвач за работу и материал(латунь) взял 50грн., имхо вполне адекватная цена.

Итак имеем, собственно корпус напоминающий корпус потенциометра, ось со шлицом на одном конце и чашкой под магнит на другом, задняя центрирующая шайба.

Плату под сенсор KMZ60 изготавливаем по технологии ЛУТ(лазерно-утюжная) из 2-х стороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5мм. Нужную круглую форму придаем на коленке напильнегом;). С обратной стороны платы припаиваем центрирующую шайбу (в принципе можно и приклеить).

Сборка датчика.

Вклеиваем магниты в чашки на оськах, клей эпоксидный. Ориентируем магниты так, чтобы линии магнитного поля были в параллель или перпендикулярно шлицу (на сенсоре KMZ60 будем использовать синус-выход). При этом от того как ориентирован магнит, параллельно или перпендикулярно, зависит направление вращения оси для изменения выходного сигнала от меньшего значения к большему и наоборот. Т.е. разместив на одном датчике магнит параллельно, а на другом перпендикулярно получим инверсную пару. Можно магниты ориентировать и под углом +/-45град к шлицу и использовать косинус-выход. Да по-хорошему, если с ориентацией мягко говоря промахнулись, дело поправимо, нужную зависимость выходного сигнала можно получить при инсталляции датчика в джойстик вращением корпуса датчика с последующей фиксацией в нужном положении.

Далее готовую ось вставляем в корпус, все трущиеся поверхности я проложил тонкой фторопластовой лентой тем самым выбрав зазоры и обеспечив достаточное скольжение трущихся пар. Приклеиваем платку сенсора на эпоксидный клей.

Вот и все, результат:

По высыханию клея паяем выводы к датчику. Здесь стараемся не перегреть, т.к. NdFeB имеет низкую точку Кюри и рабочий температурный диапазон магнитов ограничен +80С.

Самый приятный момент, тулим датчики в джойстик. Жесткая фиксация датчика у меня обеспечилась штатной пружиной, без каких либо дополнительных средств. Для перестраховки можно посадить на анаэробик или капнуть циакрина. Перед жесткой фиксацией датчики центрируются поворотом корпуса. Для этого подаем питание (я использовал 1S ЛиПо) и добиваемся на выходе половины напряжения питания. У меня получилось добиться центровки +/-1мВ.

В сборе:

Маштабирующий усилитель.

Никаких изысков, стандартная схема дифференциального усилителя с КУ=2,25, инвертирующее и не инвертирующее включение. Можно не заморачиваться с разным включением, а сделать, к примеру только в инверте (реверсы никто не отменял), просто я хотел вернуть все в зад “как было”😉

Паяем датчику к усилителю, а усилитель к турниге:

Результатом проведенного действия я удовлетворен😒
Бюджет мероприятия составил 237грн. ($30)

  • 9699
Comments
chanov

На ХК продаются они по 5 долларов на подшипниках вроде даже.

Covax

картинок не видно

UAP

вроде поправил, так видно?

Covax

да!

Plohish

Отличная работа! Хотелось бы схемку масштабирующих усилков, рисунок обоих плат

chanov;bt108331

На ХК продаются они по 5 долларов на подшипниках вроде даже.

Человек описал изготовление по сути вечных резисторов с качеством на несколько порядков выше чем “продаются по 5 долларов”…
и за эту цену никаких подшипников там и в помине нет…

AlexandrCNH
Plohish;bt108352

за эту цену никаких подшипников там и в помине нет…

Подши там как бы есть, но решение половинчатое - с одной стороны шарикоподшипник, с другой ось резистора.

Я переделывал джойстики для ПК (четыре разных джоя) на датчики Холла и там действительно линейности добиться почти нереально. Но так как там места внутри поболе, на подшипники качения их посадить проще.

Автору респект и уважуха! Знаю чего стоят такие переделки 😁

Plohish
AlexandrCNH;bt108375

Подши там как бы есть, но решение половинчатое - с одной стороны шарикоподшипник, с другой ось резистора.
😁

можно фото стика с шарикоподшипником за 5 баксов?

AlexandrCNH

Все нафоткано до нас!!! 😃

Второй подшипник там тоже есть. Свою разбирать пока не буду, переставлял стики с 9XR на 9X.
Цена 3.40$!!!

Plohish

ну нет там шариков-подшипников, нет… и не может их там быть за такую цену…
обычная латунная втулка и та, не самого лучшего качества…

rc-aviation.ru/obzorm/…/1265-obzor-turnigy-9xr

Набор функций Turnigy 9XR:


• плавное движение стиков управления за счет установленных подшипников скольжения (бронзовые втулки)

AlexandrCNH

Да простит меня хозяин дневника, но Сергей не порите чушь. Я их пока вставил разбирал раз 10ть!!! Еще раз говорю с одной стороны шарикоподшипник, с другой резистор!!!
Остальное обсуждение переведите в личку, если Вам будет так угодно!!!

“Книгу не читал, но осуждаю…” (с).

Plohish

ФОТО ПОДШИПНИКА В СТУДИЮ!

AlexandrCNH

Мля, вечером.

UAP

Про подшипники, в 9XR действительно стоит один ш/п на ось и я почти уверен, что это не прецизионный актюаторний подшипник от Ниппон Сейко😎. Да что там Турнига, в Таранисе тоже сильно не заморачивались с выбором ш/п и поставили подшипники открытого типа (четко просматривается сепаратор)

Имхо для джойстика, с его нагрузками и рабочим сектором в 60град, установка ш/п боле дань моде(маркетингу), чем объективная необходимость. Подшипник скольжения вполне справляется со своей задачей (просто смазывать их надо периодически). А вот ш/п открытого типа имеет все шансы поймать клин… теоретически;).
У себя каких либо люфтов и износа на подшипниках не выявил, поэтому причин для такого модинга не нашел. Скажу еще, после замены на новые датчики стик тактильно стал более «собранным» в сравнении с потенциометрами (пружины не трогал), возврат в «ноль» с обеих сторон с точностью до милливольта(точнее померить нечем), без гистерезиса.

Касательно схемы и печатки, прошу великодушно извинить, сейчас имею небольшой форс-мажор – вторые сутки дома нет эл-ва(сгорела щитовая), все на домашнем компе. При первой возможности выложу.

Plohish

Спасибо Юрий, дело в том что друг заказывал на замену стик от 9XR и когда он “пришёл” мы не видели там никакого шарикоподшипника… К сожалению сейчас нет возможности посмотреть, друг в отъёзде в отпуске, когда вернётся обязательно уточню…
конечно это окончательная наглость, но вдруг эскизы выточенных деталей есть?

Covax

Если ничего в стиках от 9хр разбирать не надо то я вечером могу сфоткать подшипник или типаподшипник)

UAP

Вот в пэйнте накропал по памяти эскизы, так что сильно не пинайте;) ну и допуски-посадки никто не отменял
для магнита 5х5х5
корпус
ось
шайба
для составного магнита 5х2,5х1,2 (4шт.) делал бы примерно так
корпус
шайба
ось без изменений

Plohish

спасибо, не совсем понятна роль шайбы в варианте с 4 магнитами…

UAP

спасибо, не совсем понятна роль шайбы в варианте с 4 магнитами…

роль такая же, центрировать платку с сенсором в корпусе, только стыкуется она с корпусом не по внешнему диаметру, а по внутреннему - садится на проточку корпуса Ф10,5(+/- допуск на посадку)

Plohish

понял, колечко к плате приклеено или припаяно, соответственно ось опирается магнитом на плату…
а рисунки плат и схему?

UAP

а рисунки плат и схему?

Выложил в архиве размер платы усилителя 30мм х 23мм. Исходный формат в *.LYT (Протеус 7.7 сп2) не выкладываю. Если есть Протеус доложу.

Plohish

конечно есть, кудаж ему деться, огромное вам спасибо!

UAP

Выложил для Протеуса

Plohish

нашёл вот такие магнитики www.ebay.com/itm/350887003491
думаю будет офигенно!

UAP

Из этих магнитов нужно делать сборку из 4-х шт., т.е. размер составного магнита будет 5х5х4.8, тот же кубик 5х5х5;)

Plohish

так, пожалуйста разъясните, мне показалось что можно поставить даже один, в кр. случае два…

UAP

Основная масса магнитов в продаже имеет поляризацию по меньшему габариту. (Это вызвано тем, что примеряются они в основном для целей - прилепить.). Обратите внимание как слеплены магниты по вашей ссылке, если бы поляризация была бы не по размеру 1,2мм, так слепить их не получилось.

Plohish

спасибо Юрий, каким образом тогда нужно составлять 4 магнита приведённые по вашей ссылке, те которые вы “просмотрели”, я так понимаю все 4 на ребро, впрочем как и те что я выбрал?

UAP

Совершенно верно

IRF540N

а один на ребро не пробовали?

либо один на ребро+2 пластинки-магнитопровода по краям, размером как магнит, и толщиной, какой надо.

Plohish

я не могу попробовать, все запчасти только заказаны и где-то в пути…
Может Юрий что скажет по этому поводу…

UAP

либо один на ребро+2 пластинки-магнитопровода по краям, размером как магнит, и толщиной, какой надо.

можно по краям сделать полюса из магнитомягного материала, а смысл? в габаритах (по высоте) то не выиграем, но гемора поимеем.

IRF540N

экономия на магнитах.
плюс поиграться размерами можно и попытаться выправить синус в прямую…

но, имхо, геморно это.

Plohish

Юрий, а вот такой магнит покатит?

Или вот такой

UAP

Ну на магнитах сильно не на экономишь, рубь ведро.
И размером магнита придать синусу линейность тоже не получится, в идеальном однородном поле(т.е. с размерами магнита значительно превышающими площадь сенсора) выходная функция получается идеально синусоидальной. В случае неоднородного поля выходная функция отлична от синуса и не в сторону линейности. Для извлечения линейной зависимости, как известно, необходимо решить нормированное уравнение cos^2A+sin^2A=1. У Филипса есть чип UZZ9001, который с успехом с этим справляется работая в паре KMZ41 uzz9001_kmz41.pdf

UAP

Сергей, со вторым можно попробовать, первый однозначно нет

IRF540N

однако UZZ9001 примерно 6.5 $ стоит, не интересно получается(((.

на оптике не пробовали делать? я делал в джое для РС - понравилось.

UAP

Андрей, где вы нашли UZZ9001 по $6.5? в партиях по 1000шт.? в родных пинатах, и в рознице дешевле $16.5 не встречал:) Да и в стике, где рабочий сектор в 60град. она нафиг нужна. Если оценить нелинейность вносимую синусоидой в секторе +/-30град, аппроксимируя линейную передаточную функцию по точкам +/-15град, на границах рабочего диапазона (в точках +/-30град) получим отклонение значений передаточных функций(синуса от прямой) не более 1,2%.
На оптике боюсь получится намного сложнее. Если рассматривать инкрементный энкодер, то сделать оптический кодер с перфорацией в 1024 ячейки (по принципу соблюдая разрядность в 10бит АЦП в МК) в секторе 60град. совсем не тривиальная задача для нано…коленных технологий;), плюс двойное преобразование дискрет в аналог-аналог в цифру, имхо оно того не стоит. Если рассматривать абсолютный энкодер, то сделать аппретурные диафрагмы для компенсации нелинейности оптических приемников (хотя бы с точностью процентов в 5-ть) задача тоже не из простых и не для домашнего творчества. Плюс к этому следует добавить ограниченность поля деятельности и фантазий объемом цилиндра диаметром в 14мм. и высотой 6-7мм.😎

Plohish

в итоге заказал вот такие, думаю должно быть хорошо

IRF540N

Да, Юрий, именно на efind.ru и смотрел…
Потом также, посмотрев на даташит uzz9001 понял, что на нелинейность нужно забить, просто будет одна фича аппы - небольшая встроенная экспонента ))))))))))).
Ну и ху с ей, все равно она на краю диапазона движений, так что, имхо, заметно даже не будет.

IRF540N
Plohish:

в итоге заказал вот такие, думаю должно быть хорошо

Где и почем?

зы. кстати, этим датчикам ведь не страшен осевой люфт получившейся конструкции? Там же мост? Только радиальный будет неточность создавать. Я прав?

Plohish

заказал вот тут www.hkcm.de/expert.php
10 штук минимальная партия, доставка 4.2 евро
про люфт пусть Юра ответит.

IRF540N

пасиб, занятный магазин!

UAP

Люфты смотря какие, если соизмеримые с размерами магнитов, то однозначно влияют, что осевой, что радиальный;). До десятки (0,1мм), имхо, погоду не попортят, у меня пока без люфтов.
Ну вы Сергей и психанули;) может проще было заказать кубики за 3-4 бакса с доставкой за 10шт. с ДХ, там есть 5х5х5 и 4х4х4

IRF540N

Что за ДХ ?

Plohish

да вроде не психанул 😃
и правда что за ДХ и неужели то что я заказал будет хуже?
я просто постеснялся донимать вас вопросами…
да и цена не так уж велика…

UAP

да и цена не так уж велика…

ну как сказать половина моего бюджета:)
Андрею dx.com/…/5-x-5-x-5mm-cubic-ndfeb-magnet-silver-10-…

Plohish

зато тонюсенько 😃

IRF540N
UAP;bt109087

ну как сказать половина моего бюджета:)
Андрею dx.com/…/5-x-5-x-5mm-cubic-ndfeb-magnet-silver-10-…

Спасибо!

UAP

Тут потыкал осциллографом на входах АЦП Атмеги (61,60,59,58 пин.) и обнаружил паразитную генерацию с частотами от 97 до 110 кГц, при этом на выходах датчиков KMZ60 все чисто. Раскинув моск, пришел к такому выводу о природе и первопричине(то что это не наводка говорит факт разброса частот по пинам). Входные емкости на входах АЦП (0,1мкФ+/- разброс, откуда и разные частоты генерации) и паразитные индуктивности цепей подключения образуют колебательные контуры. Учитывая то, что операционный усилитель, который нагружается на этот контур, в идеале представляет собой источник тока управляемый напряжением(ИТУН) и имеет нулевое внутренне сопротивление, эти контуры имеют достаточно высокую добротность. Теперь о возбуждении, входы АЦП микроконтроллера построены по мультиплексорной схеме, в сочетании с цепями коммутации мультиплексора получаем контуры ударного возбуждения, отсюда и генерация. Как бороться, да очень просто, понизить добротность контуров включив между выходом ОУ и входной емкостью АЦП сопротивление. Здесь следует осветить еще один момент, это сопротивление и входная емкость образуют фильтр нижних частот(ФНЧ) 1-го порядка, по-этому сильно увлекаться номиналом сопротивления в большую сторону не следует, 10-20 килоом вполне достаточно, частота среза ФНЧ 75-150Гц (вряд ли кто либо с такой частотой дергает стики:))
Озвученное касается подключения любых датчиков к турниге через масштабирующие усилители. Возможно, у выявленного “дрейфа” и “дребезга” показаний в Таранисе отсюда и ноги растут, там ведь тоже подключение через усилитель.

UAP

Вот еще неплохой вариант магнитов. Самарий-кобальт!!!

Meesha
UAP;bt109200

Озвученное касается подключения любых датчиков к турниге через масштабирующие усилители. Возможно, у выявленного “дрейфа” и “дребезга” показаний в Таранисе отсюда и ноги растут, там ведь тоже подключение через усилитель.

Не могу понять смысла в этих усилителях, если есть процедура калибровки в аппе?

Plohish

стик является как бы “датчиком” для аппы, одно дело калиброваться под диапазон 1-3 вольта, и совсем другое под диапазон 1- 5 вольт…

This site will not work without javascript!
This site will not work if cookies are completely disabled.
Site is offline