Questa realizzazione è nata dall'esigenza di voler conoscere il regime di rotazione del mandrino della fresa XJ25 poichè essa nativamente non è dotata di questa funzione. Finora non avevo mai avuto l'esigenza di questo accessorio in quanto gli altri apparecchi simili che ho sono dotati di una trasmissione a cinghia e puleggia per cui i regimi di rotazione sono stabiliti e probabilmente precisi rispetto a quelli dichiarati, ma in apparecchi a controllo variabile continuo di velocità è utile sapere a quale regime di rotazione stiamo operando.

La prima idea fu di realizzare il contagiri con un sensore ottico e dei display led che godono di una ottima visibilità e sono disponibili in varie grandezze, ma poi rovistando fra i materiali disponibili la soluzione pensata in un primo tempo è cambiata verso quella di utilizzare un display 16x2 classico, pilotato da un PIC. Già...ma a cosa servono 32 caratteri per segnalare un regime di rotazione ? In occasione di una fiera mi è capitato di acquistare un piccolo display 2x8 che può essere ideale per dimensioni, per cui il primo prototipo è stato realizzato con questo display ed un comune 16f84.

La foto mostra il primo prototipo realizzato con 16F84, poi successivamente sostituito con 16F88, il 16F88 ha anche il vantaggio di non richiedere il quarzo esterno.

Lo schema elettrico è diventato quindi particolarmente semplice ed al di la del PIC serve poco altro. Per quanto riguarda l'ingresso del segnale del sensore di hall, è possibile collegare i sensori direttamente in quanto la resistenza di pull-up è configurata entro il PIC. Come sensori è possibile utilizzare anche quelli generalmente contenuti entro le ventole dei PC, infatti i primi collaudi sono stati fatti con questo tipo di sensore, sostituito poi solo perchè quello indicato nello schema permette una ottima lettura a una distanza più elevata dai magneti rispetto a quello della ventola. La corrente massima necessaria al funzionamento del circuito dipende quasi esclusivamente da quelle che serve per la retroilluminazione del display, il diodo D1 serve nel esemplare realizzato e con il display indicato a ottenere una illuminazione piuttosto bassa con un consumo di 90mA, è stata poi aggiunta una resistenza da 4,7 ohm in parallelo a D1 per aumentarla a livello medio con un consumo di 120mA, altri modelli di display hanno sicuramente consumi diversi e possono richiedere alimentazione diversa per la retroilluminazione. Collegando il circuito ad una tensione di 12V o superiore è consigliabile applicare un piccolo radiatore sul 7805, nelle prove con 90mA di assorbimento a 12V il corpo del 7805 superava facilmente i 70° di temperatura, quindi considerando che il circuito va rinchiuso in una scatola è bene prevedere comunque un aletta. Il trimmer V1 regola il contrasto del display e anche in questo caso fare riferimento al data-sheet del display per controllare se l'alimentazione impiegata è corretta anche per altro modello.

Il programma del PIC misura il tempo che intercorre fra 2 fronti di discesa del segnale in ingresso e ne calcola la frequenza. Viene calcolata la media di 20 valori e visualizzata a schermo. Se i giri minuto sono inferiori a 20 circa il display visualizza 0,0 mentre se i giri sono superiori a 99999 viene visualizzata la scritta OL (over limit). E' presente anche una animazione del mandrino che gira la quale avviene avviene solo mentre sono presenti impulsi in entrata. Per evitare forti oscillazioni del conteggio visualizzato, oltre i 999 giri la cifra decimale viene omessa e mostrata come zero. Il programma è fatto per funzionare con 5 riferimenti ogni giro segnalato, quindi sull'albero di rotazione vanno messi 5 magneti che il sensore deve rilevare. La frequnza di clock interna di funzionamento del PIC è di 8 Mhz.

Lo stampato del contagiri si presenta in questo modo, il connettore per il display LCD è standard quindi si può cambiare modello di display a seconda delle preferenze. Nelle piste che passano sotto al PIC è saldato un condensatore SMD da 0,1 microfarad. Per le porte non utilizzate del PIC sono state lasciati piccoli tratti di pista per eventuali utilizzi di altre funzioni.

Il secondo prototipo è quindi montato per il collaudo, come si può vedere il display 16x1 utilizzato è piuttosto grande.

La vista frontale del contagiri acceso in stato di riposo.

Ora ci si appresta a montare il contagiri entro un contenitore. La scatola in alluminio blu è un profilato da 40x80 tagliata a misura e verniciata del colore della fresatrice, i 2 pezzi in plastica nera sono i coperchi laterali di chiusura. A sinistra i 2 cavetti di alimentazione e del sensore, in alto a destra il disco con 5 magneti usato per le prove, si tratta di un disco PAS per bici a pedalata assistita.

Il contagiri è ora assemblato nel contenitore, un foglio di plexiglass trasparente ne protegge il frontale...ora occupiamoci del sensore.

per prima cosa sono stati praticati 5 fori o meglio sedi per i magneti sulla parte superiore della puleggia grande di trasmissione.

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...poi sono stati depredati i magneti da 3 dei famosi Geomag, un gioco in voga un po di tempo fa ma ancora presenti nei negozi. I magneti di questo gioco sono molto potenti e adatti a questo scopo e per usi simili, ad esempio io ci ho fatto anche i pas per il controllo della bici elettrica. La dimensione dei magneti è 6mm di diametro e 3 mm di spessore.

I magneti sono fissati nella puleggia con una piccola quantità di colla bicomponente epossidica tipo acciaio rapido, con pulizia del materiale superfluo dopo pochi minuti.

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Per ospitare il sensore di Hall ho utilizzato una piccola basetta in vetronite, nel foro praticato ho collocato il sensore (Attenzione la faccia smussata va verso i magneti!) e tramite 3 piste sono arrivato a un comodo connettore tipo quelli delle ventole da PC. In questo modo la faccia del sensore risulta a filo della vetronite ed è più facile da piazzare e regolare. In seguito il sensore è stato ricoperto e fissato sempre con colla bicomponente.

E' stato quindi creato un piccolo supporto per reggere il sensore e fare in modo che stia alla giusta distanza dai magneti senza interferire con la puleggia e la cinghia. Il supporto è regolabile in altezza e angolazione ed ha richiesto un po di tempo per trovare la giusta collocazione senza che disturbasse la chiusura del coperchio e il cambio della cinghia.

Il fissaggio del contagiri alla fresa avviene in maniera molto rapida in quanto 2 viti sopra al mobile erano state predisposte per i fori presenti già sulla cassa della scatola di comando, quindi non rimane che collegare l'alimentazione 12V presente entro la scatola e il cavetto al sensore. Il mobile è stato montato con una distanza di 15 mm dalla consolle di controllo in quanto in quella zona sono presenti fori di areazione dell'elettronica di controllo del motore, sono circa una ventina di fori da 3mm che per l'occasione sono stati portati a 6 mm di diametro.

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Finalmente sono riuscito a capire quale sia il campo di rotazione utile del mandrino, come si può vedere si va dai 30 giri al minimo con il rapporto più corto delle cinghie fino ai 2700 giri massimi del rapporto lungo. Non ho ancora misurato la tensione di lavoro massima del motore ma penso che la taratura del trimmer del massimo possa essere rivista per raggiungere i 3000 giri dichiarati.

Per chi vuole realizzare il contagiri di seguito i file necessari alla realizzazione:

File per la programmazione del PIC 16f88 necessario per la realizzazione descritta

File per la programmazione del PIC 16f88 per l'utilizzo con display 16x2

File per mach3 per la realizzazione del circuito stampato sia 16x1 che 16x2
NOTE PER IL FILE: esecuzione con bulino diametro punta 0,2mm, angolo bulino 30°, profondità incisione 0,2mm, il programma esegue prima l'incisione poi va in pausa per la sostituzione utensile con punta da 0,8 ed esegue la foratura con profondità Z-2,5mm.

File gerber del circuito stampato

File pdf per la realizzazione di lucido scala 1:1

Nei prossimi giorni verrà aggiornato il file Hex sia della versione 16x1 che della 16x2 con l'aggiunta di un contaore di lavoro utile a ricordarci quando è ora di fare manutenzione. Il circuito stampato è già predisposto allo scopo, andranno aggiunti solo pulsanti.