Digital Kumpas uzerine tersine muhendislik -1

Doğrudan sonucu görmek isterseniz 1. ve 2. yazıyı atlayıp 
Digital Kumpas uzerine tersine muhendislik -3 yazısına geçebilirsiniz.
Çünkü 1 ve 2 nolu yazılarda çıkmaz sokaklara girilmiştir. 

Usilcuz Çin malı kumpaslar fiyatlarına göre çok iyi iş çıkartıyorlar. Nasıl çalışıyorlar diye internette bakındım fakat ansiklopedik bilgiden fazlasını göremedim.

Kumpasın üzerinde sayıları barındıran cetvel kısmına ait plastik tabakayı kaldırdım.

Kumpas1

Şekil 1

Plastik şeridin altından yukarıdaki pcb çıktı. Bu kısımın elektronik devre ile direk bağlantısı yok. Fotografta sonradan boyadığım kırmızı renkli T şeklindeki bakır yüzey kendini tekrarlamaktadır ve hiç bir komşusu ile teması yoktur. Mavi renkteki bakır yüzeyler ise birbirine bağlıdır.

Kumpas2

Şekil 2

Üzerinde gösterge ve tuşların bulunduğu hareketli elektronik kartı önlü arkalı fotoğrafladım.  Yukarıdaki fotonun alt parçası üzerinde dikey ince şeritlerin (kapasitör plakalarının) vialarla bir yerlere bağlı olduğunu görünce olayı kavramak adına fotoya renkli çizgileri eklediğimde yapının aşağıdaki gibi olduğunu gördüm.Kumpas3

Şekil 3

8 tane ince elektrod var ve bunlar kendini 8 kez tekrarlıyor. Bu 8 elektrota MCU tarafından sinyaller gönderiliyor. Her biri 8 elektrotdan oluşan 8 ayrı grup olduğunu ve bu grupların paralel bağlandığını gördüm. (Elimdeki kumpaslardan, 0.01 mm ölçm yapan kumpasta toplam 64 adet ince şerit var.  0.1mm  ölçüm yapan kumpasta ise 56 adet ince şerit bulunmakta.)

Kumpasın sabit kısmında yeralan pcb üzerindeki geniş levhalı plakalarla hareketli aksamındaki 64 çizgi şeklindeki ince plakalar nasıl örtüşüyorlar onu incelemeliyiz. (Karşılıklı duran bu levhaların kapasitör oluşturduğunu biliyoruz.)

Bunu anlayabilmek için sabit ve hareketli plakaları alt alta koyup tepeden fotoğraf çektim. Daha sonra foto programıyla hareketli elektrod takımından bir parca kesip sabit plaka üstüne olabildiğince doğru şekilde yerleştirmeye çalıştım. Ancak bu yöntemin burada kullanılamayacağını çok geç farkettim. Cep telefonunda olduğu gibi minik mercekler nesnelerin kenarlarında çok fazla eğilmeye neden olduğundan yapılan mesafe ölçümleri hatalı sonuçlar vermekte. Boyutların oranlarına büyükçe bir büyüteçle doğrudan nesnelere bakarak karar ettim.

Kumpas4Şekil 4

Sinyalleri enjekte eden elektrodların genişliği 1 birim.
Enjekte edilen sinyalleri toplayan elektrodların genişlikleri 4 birim.
Tüm sinyalleri toplayan elektrodun genişliği ise 56 birim.

İnternetten bulduğum ölçüler aşağıda mevcut. Ancak bu ölçülendirmede, levhalar arasındaki mesafelerden hiç söz edilmemiş.Kumpas_Olculeri

Hareketli aksamdaki 64 elektrodtan sadece 56 tanesinin kullanılması muhtemelen sinyal toplama elektrodunun iki baş ucundaki, kenar etkisini azaltmak olduğunu düşünüyorum. (Paralel levhalı kapasitörlerde orta kısımlardaki elektrik alanı üniform iken kenarlarda kenar etkisinden dolayı üniform yapı bozulur. Bu nedenle iki taraftan da 4 elektrot değerlendirmeye alınmamıştır.)

Asıl neden ancak yazımın 3. bölümünü okuduktan sonra anlaşılacaktır. Sebebi lineer motorda/kumpasta iki baştaki ucun komşu kutupları etkisinde kalması gerekir. O yüzden 4 faz sağda 4 faz solda olmak üzere değerlendirmeye alınmazsa 64-4-4=56 kutup/plaka komu kutuplardan etkilenecek homojen yapı bozulmayacaktır. Tabiki istenseydi 64 kutbun baş uçlarına 4 palaka daha eklenip 64 elektrodun tamamı değerlendirmeye alınabilirdi.

Kumpas5

Şekil 5

8 elektrot grubu birbirine paralel olduğundan incelememi 8 elektrod ve iki yan komşusu ile yapabilirim. İnce elektrodların genişliği 0.5 mm civarında olduğundan son derece küçük kapasitor değerleri oluşacağından sinyal aktarımında sıkıntılar yaşanacaktır. Bu nedenle paralel bağlantı ile kapasite değerinin artırıldığını düşünüyorum. Acaba neden daha geniş levhalar çizilmedi de paralel bağlantı tercih edildi?

Şekil 5 de 2,3,4 ve 6, 7, 8 nolu levhalar 1 birimlik kapasitor oluştururlar. Fakat 1 ve 5 nolu levhalar Ca ve Cb olmak üzere iki bileşenli kapasitör oluşturur. a+b=1 dir. Bu durumda şekildeki levha  diziliminde 0<a<1 aralığında sistemi analiz edebiliriz.

Şekil 3'teki 8 elektroda MCU'dan gelen sinyallerin dalga şeklini merak ettim. 1,2,3,4 nolu hatlara ait sinyallerin dalga şekiller aşağıda.

(Mavi 1) (Kırmızı 2) (Yesil 3) (Kahve 4) 5, 6, 7 ve 8 nolu sinyaller ise  bu sinyallerin inversi.
Yani birinci sinyalin inversi 5 nolu sinyal oluyor. 2 nolu sinyalin inversi de 6 nolu sinyal ….

Kumpas 8 kanal

Şekil 6

Yukarıdaki sinyaller PWM yapısında gibi duruyor.

Aşagıdaki dalga şekli ise toplama elektrodundan okunan sinyal.

Kumpas8

Şekil 7

0.02 mm hassasiytteki bu kumpasa bir hayli kafa yordum ve işin içinden çıkamadım. 5 USD'ye siparis ettigim 0.2 mm hassasiyetteki kumpas bu gun geldi. Belki bunda ilerleme sağlayabilirim düşüncesiyle bunu da açtım.

Elektrodlarin fotograflari asagida. Ilk kumpastan farkli olarak sabit kisimdaki elektrodlarin hic biri bir biri ile bagli degil.

20190115_135011

 20190115_135023

Scanner ile tarama yaptim ve baski aldim. Baski aldigim kagidi kesip elektrodlarin cakismasini gozledim. Umarim bu kez optiklerin husranina ugramam.

20190115_144139

Maalesef işin içine daldıkça sorular soruları getiriyor. Bu kumpas gerçekten çok ilginç bir tasarıma sahip. İtiraf edeyim 40 yılı aşkın meslek hayatımda çalışma prensibini anlamakta zorlandığım başka bir cihaz hatırlamıyorum. Bu kumpas canımı çok sıkıyor.

İnternetteki sitelerden birisinde bu kumpasın çalışma prensibini araştıran bir kişinin mesajına rastladım. Koca dünyada bir kişi ev ortamında bu kumpası klonlayamamış ona şaşarım, Google aramalarından hiç bir şey çıkmıyor diyor.

Ben de Google aramalarından hiç bir şeye ulaşamadım.

Haa aşağıdaki gibi bir açıklamadan tatmin olanlar olacaksa şunu hemen söyleyebiliriz.

Kumpasın sabit aksamı üzerindeki levhalarının üzerinde hareket eden levhalar var. Bunlar kapasitör oluşturuyor ve kumpasın hareketi kapasitörlerin değerini değiştiriyor. Bir MCU kapasiteyi ölçüp bunu mm yada inch cinsinden ekrana yazıyor. Bu kadar basit yani.

Bu yazımdan bir bok çıkmaz.    2. Bölümde görüşmek üzere.

 

Bu yazı 2- Arm ve Asm kategorisine gönderilmiş. Kalıcı bağlantıyı yer imlerinize ekleyin.