【参赛】单片机控制的蜂房式绕线机的设计和制作

oldwood_hmgh

蜂房式线圈具有分布电容小、外形美观的特点，在各种无线电、电子制作中用途很广，但是机械式蜂房绕线机构结构复杂，价格昂贵，一般业余者很少拥有，为此我设计了这个微处理器控制的蜂房绕线机。
（一）蜂房绕法的原理
下图是每圈四折和每圈六折绕法的示意图（其实用得最多的是每圈二折绕法，但每圈二折绕法在示意图上不易表示出来）




从图中可以看到，导线每绕一圈经四次或六次折返，导线并不回到起点位置，而是必须超前一定角度，否则就会与上一圈导线重合而导致无法继续绕下去，正是这个超前角导致了机械式蜂房绕线机的传动机构复杂，不容易实现多功能。这个超前角的大小还决定了线圈的疏密程度，超前角越大线圈越稀疏，超前角越小线圈越紧密，但过小的超前角会造成导线重叠，线圈不能成型。
我设计的这个微处理器控制的蜂房绕线机，用步进电机驱动主轴和排线机构，超前角的控制就变得十分容易了，只是步进电机多走几步或少走几步的事，从根本上免除了机械式蜂房绕线机复杂的传动机构，通过程序控制还可以绕多种花样的线圈，这是一般机械式蜂房绕线机很难做到的。
下图是我设计的微处理器控制板，这块控制板你可以理解为它是个复杂的变速箱，通过面板上的编码开关设定它的不同功能，我给这个控制板写了个说明书，介绍控制板的各种功能和设置方法，可以下载了去看，这里不再一一说明了。
控制板功能和设置法说明书：

蜂房绕机控制板使用说明.pdf (214.17 KB, 下载次数: 247)

2021-1-20 21:55 上传

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控制板说明书

控制板照片




下图是控制板的电路图，如果看不清楚可以下载同名的PDF文件。



beersch.pdf (30.91 KB, 下载次数: 213)

2021-1-20 21:58 上传

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下面的文件是控制板的微处理器keil程序。

main.pdf (100.51 KB, 下载次数: 357)

2021-1-20 21:59 上传

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（二）机械部分的制作说明
微处理器的使用大大简化了蜂房式绕线机的机械结构，只需要两台步进电机和不很复杂的丝杆滑块排线机构。这些几乎都是标准件，很容易买到。
两个步进电机都要是1.8度每步的，主轴电机建议用57的，排线电机用42的足够了，我估计用35的会更合适些，排线电机不要用57的，因为惯性太大换向时容易丢步。这两个电机都用成品的L298N驱动模块来驱动，电机供电电压随电机特性而定。以选5或12V电压为合适，因为这样可以利用廉价的PC电源供电。排线电机的丝杆导程3mm左右比较合适。以上的建议并非绝对，可以根据自己的用途做成更大型或更小型的。

下图是我制作的一台样机，控制板和电机都在底台上面，底台下面安装L298N驱动模块和PC电源,底台厚实些为好,我的底台厚度不足,我加了一块厚铁板和木块在电机下面。可以减轻步进电机运行时可能产生的噪声。





机械部分的结构是主轴电机固定在底台上，主轴的高度决定可绕线圈的最大直径，但不要太高，够用就好。丝杆排线机构安装在与主轴异面垂直的水平滑道的滑块上，排线机构上的靠轮与所绕线圈靠在一起，绕线时随着线圈直径逐渐增大，靠轮带动整个排线机构沿滑道向后移动，从而保持送线嘴与线圈的相对位置不变。



排线电机要有个手轮，用来调节送线嘴的初始位置与线圈边缘对齐。送线嘴我用拆自废光驱的尼龙齿条制作，不伤导线，还有点自润滑的效果。靠轮最好也做成位置可调的，以便与线圈位置对齐。用磁带录音机的压带轮做靠轮很合用。靠轮的支架要尽量小巧，其突出部分不能超过靠轮，以免刮蹭线圈和送线嘴，靠轮的轮轴高度要与主轴电机的轮轴高度相等或略低一点。送线嘴固定在一个L型铁片上，L型铁片钻孔，用一颗螺丝加弹簧垫片与排线丝杆的滑块紧固在一起，送线嘴与线圈和靠轮的相对位置要能够调整（L型铁片的安装孔可以比螺丝大1、2mm，以便调整），它们之间的距离小些为好，以不刮蹭线圈和靠轮为度。













最后四张照片是以前做的另一个机器的机械部分图，这个机器的控制板与上面那个机器是一样的，机械结构也大同小异，这个机器的机械结构件大部分是FU-32李兄赠送的，在此再次感谢李兄。底板我用了拆自报废光学仪器的10mm厚刨平铝板，用料很奢侈了，它工作的十分好。下图是在这个机器上绕制的大型蜂房线圈，有5000圈，这样的线圈我曾经做了20多个，每个都是一气呵成 。这几个是做实验时的样品。顺便说做这样的大线圈，要用醇粘漆包线，导线到达线圈之前一米左右要在无水酒精盒中过一下，放线轮、酒精盒、尼龙导轮、磁力阻尼器每样都不能马虎。如果用纱包线绕制则相对简单些，只需适当控制张力，不必过酒精盒，但在线圈绕完之后从主轴上卸下之前应涂漆或涂蜡，否则导线张力会造成线圈垮塌。

oldwood_hmgh

skyrusher 发表于 2021-1-20 22:51
楼主做的很棒！能示范下使用更粗线径或更多股数利兹线绕制的线圈吗？

我没用更粗的线和更多股的线试验过，我没有利兹线。用过4股0.15mm线并绕过，没有问题。

吃猫的鱼

看楼主这大饼摊的，是又大，又红！

河西老道

残照 发表于 2021-1-21 08:56
蜂房的绕法一般用在什么地方？

蜂房式线圈一般是电子管收音机的天线调谐线圈，或者是高频扼流圈。

hujingdi

欢迎楼主作品《单片机控制的蜂房绕线机》参赛！

oldwood_hmgh

吃猫的鱼 发表于 2021-1-21 09:00
看楼主这大饼摊的，是又大，又红！

调试绕线机，浪费了好多自粘漆包线，至今还心疼呢。

oldwood_hmgh

hujingdi 发表于 2021-1-21 09:44
欢迎楼主作品《单片机控制的蜂房绕线机》参赛！

谢谢版主！

gxg0000

楼主制作的超级棒！为你点赞

爱康木

这个好，眼前一亮。

changwanren

     这个非常好，也很实用。过年后按照主楼的思路仿制一个，将绕制匝数，各功能等改成键盘输入，显示屏用JLX12864。
     若有不懂之处，敬请主楼多指教。

oldwood_hmgh

changwanren 发表于 2021-1-21 20:57
这个非常好，也很实用。过年后按照主楼的思路仿制一个，将绕制匝数，各功能等改成键盘输入，显示屏用J ...

那样很好，比我这个要美观。有一个问题是键盘输入的参数在关机或重新启动后怎么保存下来？这个功能必须有。