MatoScan Pro 806 – 12V/100W EFP

Martin Kočík

Keď som nechal uverejniť návod na výrobu dymostroja a nechal som na konci stránky „reklamu“ na scanner, netušil som, že o neho bude taký záujem. Ale keďže som ho sľúbil tak tu je. Keď som rozmýšľal ako urobiť návod, najprv som nevedel ako na to, pretože môj scanner je výsledkom asi dvojročného vývoja a je poskladaný z dielov, ktoré sú prinajmenšom dosť originálne. Reprodukovateľnosť bude asi biedna, preto neuvádzam podrobný návod ale len takú inšpiráciu pre tých, ktorý sa chcú touto oblasťou zaoberať. Dopredu upozorňujem na to, že skutočné, továrne vyrábané scannery sú ovládané procesorom a kompletne osadené krokovými motormi. Ich výrobná cena je taká nízka, že ak chcete urobiť scanner rovnajúci sa profesionálnemu, kúpte si ho, rozoberte a poskladajte (citát). O perfektnej kvalite továrne vyrábaných scannerov ani nehovoriac. Môj scanner využíva na ovládanie paralelný port a prevažne jednosmerné motorčeky, ktoré sa dajú ľahko zohnať, najlepšie poslúži nefunkčná CD-ROM mechanika. Scanner je robený formou základnej (matičnej) dosky a jednotlivých kariet efektových zariadení, ktoré sa kolmo zasúvajú do konektorov na základnej doske. Takáto konfigurácia je dobrá preto, že je veľmi jednoduché vytiahnuť len príslušnú kartu, ktorú chcete vylepšovať alebo opravovať. Ďalšia výhoda je tá, že cuprextitová doska so súčiastkami každej karty je vlastne aj jej hlavnou konštrukciou, preto odpadajú problémy so zložitými mechanickými upevneniami. Ďalej nájdete stručný popis jednotlivých častí.

Napájacia časť
Napájanie je riešené dvoma transformátormi. Jeden napája žiarovku a ventilátor a druhý elektroniku a motorčeky. Napätie pre elektroniku je dokonale vyhladené a stabilizované, aby sa zabránilo kolísaniu napätia pri spínaní motorčekov, čo je veľmi dôležité. Stabilizátor IO1 umiestnite na chladič.

Súčiastky: C1, C2, C4, C5 – 10nF, 50V C3 – 4700uF, 35V elektrolyt C6 – 100uF, elektrolyt C7 – 100uf, elektrolyt D1-D9 – 1N5004 (aspoň 2A) IO1 – 78S05 TR1 – aspoň 9V/10W TR2 – toroid 12V/105W S1 – sieťový vypínač 250V, 1A

Matičná doska
Matičná doska obsahuje elektroniku, ktorá vetví paralelnú zbernicu z počítača medzi jednotlivé zariadenia (karty). Z ôsmych bitov, ktoré sú dostupné na paralelnom porte používam šesť. Prvé štyri sú dátové a dva adresné.

Po zadaní adresy sa dátová zbernica prepne demultiplexormi na príslušnú kartu. Použil som demultiplexory typu 74LS139. Je to demultiplexor 1 na 4 a v jednom puzdre sú dva, takže potrebujete dve puzdra. Majú ale jednu veľkú nevýhodu, na neaktívnom výstupe je vždy logická jednotka, čo trochu komplikuje zapojenie ďalších obvodov. Schéma vyzerá asi takto (možno sa v tom aj bude niekto vedieť vyznať :-).
Okrem týchto demultiplexorov sú na matičnej doske aj tri konektory na zariadenia. Konektor pre zrkadlovú kartu je umiestnený na napájacej doske a dáta k nej sú privedené od matičnej dosky plochým káblom, rovnako je spojený aj vstupný 9- pinový CANNON konektor s matičnou doskou. Zapojenie paralelného portu:

Zrkadlová karta (mirror unit)
Pohyb zrkadla zabezpečujú dva jednosmerné motorčeky. Moje pochádzajú z CD-ROM mechaniky. Motorček, ktorý zabezpečuje horizontálny pohyb, kedysi posúval laser. Motorček vertikálneho pohybu otváral dvierka mechaniky. Celý mechanizmus otvárania dvierok som jednoducho vyrezal, posledné veľké ozubené koliesko som zrezal a nalepil na neho zrkadlo. Horizontálny motor má rovnako svoju pôvodnú mechaniku a to špirálu a ozubené koliesko. Jeden prevod som mu ale predsa len musel dodať. Toto prevedenie sa mi veľmi osvedčilo. Je spoľahlivé a vyradenú CD-romku dostanete buď zadarmo alebo za pár korún.
Elektronicky je táto karta veľmi jednoduchá. Obidva motorčeky sú spínané do oboch strán príslušným bitom, cez výkonové (Darlingtonovo) zapojenie dvoch tranzistorov. Schéma ovládania jedného motorčeka je na obrázku.

Karta meniča farieb (colorchanger)
Túto kartu som experimentálne prerobil na krokový motor. Použil som, ako inak, motorček z CD-romky. Tento motorček má tri fázy. Je dosť slabý a preto som ho doplnil ešte jedným prevodom 1:3, tým som získal 24 krokov na jednu otáčku. Fázy sú spínané Darlingtonovo zapojenými tranzistormi. Je tu však ešte naviac ochrana proti príchodu logických jedničiek naraz na všetkých bitoch, čo sa stane, keď je demultiplexor na matičnej doske neaktívny (prepnutý na inú kartu). Keď to máme takto urobené, stačí softvérom vyrobiť postupnosť bitov tak, aby boli spínané postupne všetky fázy vzostupne pre jeden smer a zostupne pre druhý smer. Aby som predišiel chybe a nemusel používať snímače polohy, urobil som pri prvej a poslednej farbe zarážky, tým sa poloha sama kalibruje v prípade chyby. Otáčku mám rozdelenú na 6 častí, t.j. po štyroch krokoch. 6 častí preto, lebo scanner má 6 farieb, samozrejme tento počet je možné aj zväčšiť. V ovládacom programe je uložená poloha (nastavená farba) do premennej, a vďaka tomu počítač vie, koľko krokov a do ktorej strany má urobiť k požadovanej farbe. To je všetko. Takt motorčeka je treba nastaviť tak, aby sa farby nastavovali spoľahlivo. Je samozrejme možné zastaviť na ktoromkoľvek kroku a tým vyrobiť aj dvojfarby. Táto karta využíva len 3 dátové bity.

–––> koleso s farbami

Karta meniča gobosov (gobochanger)
Táto karta má dva jednosmerné motorčeky. Jeden polohuje gobá a druhý nimi rotuje. Polohovanie gobosov je tu síce zaujímavé ale málo spoľahlivé, preto aj tu odporúčam použiť krokový motor a rovnaký postup ako pri meniči farieb. Moje polohovanie spočíva v zápise trojbitovej hodnoty do registra, jej dekódovanie inverzným dekóderom, ktorý má svoje výstupy vyvedené na segmenty plošného spoja, ktoré sú umiestnené do kruhu okolo osky kolesa. Vždy ten segment, ktorého hodnota je zapísaná v registri, je bez napätia a ostatné sú pod napätím. Bežec z potenciometra sa dotýka týchto segmentov a zastaví sa na tom, ktorý je bez napätia. To je celá veda. Segmenty sa ale rýchlo výšúchajú a bežec občas zle dosadá a potom je to dosť blbé. A práve preto sú tu krokové motory.
Motorček rotácie sa spína jedným bitom cez register. Spínanie je opäť urobené Darlingtonovým zapojením, rovnakým ako inde.
Pri tejto karte je ale najhoršia mechanika. Na hriadelke kolesa musia byť voľne dané dve kolesá so žliabkom, ktoré sú spojené. Na jeden žliabok sa dá gumička z motorčeka a z druhého žliabku ide gumička okolo gobosov. Gobá vyzerajú asi ako vrchnáky od fliaš, ktoré sú nasadené na krátkych trubkách upevnených na kolese. Tu sa treba poriadne vyhrať a skúšať všetky haraburdy, ktoré nájdete. Najlepšie sa hľadá v armatúre (ja som použil vrchnáky od fliaš, do ktorých som urobil zárez pre gumičku a nasadil som ich na ukončenie vodovodnej batérie. To je tá vecička ktorá sa dá odmontovať a je v tom sitko na bordel). Gobá je najlepšie vyrezať do plechu. Trvá to dlho, ale sú nezničiteľné. Akýkoľvek papier vám zhorí. Fantázii sa pri výrobe gobosov medze nekladú, ale keď viete, že to čo si nakreslíte musíte potom vyrezať, rozmýšľate trochu inak.

Karta uzávierky (shutter)
Túto kartu nemám hotovú ešte ani ja, ale veľmi by som chcel. Rozmýšľal som nad astabilným multivibrátorom, ktorý by dával impulzy na T – klopný obvod a ten by striedavo spínal motorček do jednej a druhej strany. Celé by sa to spínalo nejakým registrom. Bude potrebné ešte vedieť kontrolovať otvorený a zatvorený stav. Dá sa tu dosť experimentovať.

Krabička
Krabička je z 1mm čierneho plechu. Nakreslil som si ju a dal som ju urobiť do zámočníckej dielne. Design nechávam na vás. Po vyvŕtaní všetkých otvorov som ju natrel základnou farbou a striekol matným čiernym sprejom. Pred farbením na ňu nezabudnite pripevniť zemniaci vodič.

Ovládací a konektorový panel
Na hornej časti scannera (pri napájacej časti) je ovládací panel, na ktorom sú konektory, sieťový vypínač, kontrolná LEDka a ja tam mám aj potenciometre, ktorými sa reguluje napätie na motorčekoch zrkadla, a tlačidlo RESET.

Ovládací Software
Ovládací softvér si musí urobiť každý sám, podľa toho, ako urobil scanner, a ako chce aby to celé fungovalo. Ukážka z môjho softu je na obrázku. Je napísaný v Turbo Pascale 7.0 pre DOS. Je určený pre viac svetiel. Dajú sa ním ovládať všetky funkcie scannera, dajú sa naprogramovať sekvencie a scény. Pohyb zrkadielka sa ovláda myšou aj pri manuálnom ovládaní aj pri nahrávaní sekvencie.

Príkaz na priamy zápis na parelelný port je:

PORT[$378]:= hodnota;

Pohyb zrkadielka sa najlepšie riadi impulzovo. Počítač vyrába impulzy, ktorých strieda a dĺžka určuje rýchlosť pohybu. Týmto spôsobom sa v podstate simuluje krokový motor.

Žiarovka, optika a chladenie
Od žiarovky záleží celková sila výsledného efektu. Ja som použil 12V/100W EFP, pretože som jednoducho mal len takého trafo. Nie je problém osadiť scanner silnejším trafom a silnejšou žiarovkou. Typ EFP znamená, že žiarovka má parabolku z dichroického zrkadla, ktoré sústreďuje jej svetlo do úzkeho zväzku. Ak by ste chceli použiť žiarovku bez reflektoru, potrebujete špeciálnu sústavu šošoviek a reflektora, zvanú kalimátor. Teda použitie parabolickej žiarovky značne zjednodušuje prevedenie, nevýhoda je len v cene. Túto žiarovku vyrába firma Osram, stojí asi 450,-Sk a životnosť má len 500h. Ak vám vyhorí, stačí žiarovku „vydlabať“ z reflektora a zasadrovať tam obyčajnú za 100,- Sk a tá má už životnosť až 2000h. Žiarovky sa nikdy nedotýkajte holými rukami !!! Mastné škvrny spôsobia nerovnováhu v teplotnom cykle a žiarovke sa minimálne skráti životnosť.
Tým pádom sa optika scvrkla len na jednu šošovku, ktorá by mala byť na konci trubky, ktorou sa dá hýbať hore a dolu, čím sa vlastne scanner ostrí. Dobre poslúži novodur, ktorý sa nahreje a vtlačí sa do neho šošovka. Lepšie riešenie je použiť profi objektív. Veľmi dôležité sú samozrejme vzdialenosti medzi žiarovkou, gobami a objektíom. Je potrebné ich nastaviť tak, aby boli gobá ostré. Na drobné odchýlky je určený posúvateľný objektív.
Farebné filtre bude asi obtiažne zohnať. Najlepšie by boli z dichroického skla, ale dobre poslúžia aj fólie. Pri silnejšej žiarovke ale fólie v žiadnom prípade neprichádzajú do úvahy.
Chladenie zabezpečuje ventilátor, rovnaký ako v zdroji k PC. Tento ventilátor odsáva horúci vzduch zo scannera von. Pri jeho výpadku alebo neprítomnosti hrozí zapálenie vnútorností scannera. Netreba to podceňovať, už sa mi to stalo.

Real foto

Tak takto si spokojne visí u mňa v izbe na strope

Pár slov na záver
Pre tých, ktorí ovládajú technológiu procesorov PIC alebo ATMEL, určite nebude problém osadiť ako srdce scannera procesor a kompletne ho vybaviť krokovými motormi. Potom je už aj samozrejmosťou sériová komunikácia s PC a celkovo je scanner profesionálnejší.
Rád by som upozornil aj na niektoré nedokonalosti môjho prevedenia v elektronickej časti. Darlingtonové výkonové spínače spínajú motorčeky, takže indukčné záťaže. Pri spínaní indukčných záťaží vznikajú na vinutiach nebezpečné napäťové špičky, preto by nebolo od veci premostiť tieto vinutia (motorčeky) diódami, ktoré tieto vinutia po zatvorení tranzistorov preskratujú. Ja ich ale premostené nemám a zatiaľ mi žiadny tranzistor neodišiel. Je to hlavne preto, lebo používam kvalitné motorčeky, buď z CD-ROM mechaniky alebo z kazetových prehrávačov. Nechválne známe čínske motorčeky z hračiek sú nepoužitelné. Majú veľký prúdový odber, malú silu, hlučný chod a ešte k tomu v okruhu 10m zrušia akýkoľvek vysokofrekvenčný signál.
Kvôli väčšej ochrane počítača by ho možno bolo dobré galvanicky oddeliť od záťaže. Je možné použiť optočleny. Ale aj napriek tomu moje zapojenie bez optočlenov je pomerne bezpečné, pretože cez 22k odpor sa aj pri úplne odpečených tranzistoroch nedostane naspäť ani von žiadny nebezpečný prúd. Treba vždy dodržať maximálne prípustné zaťaženie portu, ktoré je asi 1mA. V mojom zapojení sa pohybuje tento prúd ešte v oveľa nižších hodnotách.
Namiesto demultiplexorov môže byť výhodnejšie použitie registrov a dekódera adresy, teda klasickú zbernicu. Pri demultiplexorovom usporiadaní netreba zabudnúť ochrániť zrkadlovú kartu pred príchodom jedničiek na všetkých bitoch naraz, čo by spôsobilo zopnutie motorčeka naraz do oboch smerov, teda skrat. Stačí to urobiť rovnako ako pri meniči farieb – použiť hradlo NAND.

Všetky otázky, námietky a protesty posielajte na matokocik@yahoo.com a ja sa vám budem snažiť pomôcť.

Pripravujem: Výkonová jednotka

Technické parametre

- 6 kanálov spínaných manuálne, z toho dva majú možnosť stmievania – 230V/10A
- 6 kanálov ovládaných počítačom cez paralelný port aj manuálne – 230V/5A
- Všetky kanály istené poistkami
- Kanály spínané počítačom sú galvanicky oddelené
- Možnosť pridania pamäte RAM a jej naprogramovania, čím sa odstráni nutnosť použitia PC (tzv. programovateľný svetelný automat)
- Výkonové spínače realizované triakmi alebo pomocou relé.
- Možnosť vyvedenia dát aj na scanner

Autor: matokocik@yahoo.com