Conversão do sensor de efeito Hall Logitech 3D Extreme Pro: 9 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

O controle do leme no meu joystick estava falhando. Tentei desmontar os potes e limpá-los, mas não adiantou muito. Então comecei a procurar potes de reposição e me deparei com alguns sites diferentes de vários anos atrás que se referiam à instalação de sensores de efeito hall em vez dos potes. Sentindo uma grande ideia de projeto, decidi fazer a conversão e publicar as instruções aqui para que outros possam fazer o mesmo. Projetei essa conversão para ser 100% facilmente reversível - não há fios para cortar e apenas 2 fios para soldar. a placa principal para alimentação (e uma pequena remoção de plástico ao redor do acelerador que não é necessária). O resto do corte e da solda são os próprios novos componentes.

Ao desmontar o joystick, observe o tamanho dos parafusos em quais furos, pois existem 2 tamanhos diferentes usados (pelo menos no meu). Além disso, certifique-se de anotar quais potes no joystick têm os clipes de metal para ajudá-los a permanecer instalados. Você precisará instalá-los com os novos potes para mantê-los no lugar.

Suprimentos:

• Joystick Logitech 3D Extreme Pro (funcionando com exceção de potes)
• Sensores de efeito Hall SS495 x 4
• Ímãs de haste diametricamente magnetizados (0,1875 "x 0,375") x 4
• Parafuso de chapa metálica de cabeça redonda nº 2, 3/16 "de comprimento x 5
• Componentes impressos em 3D (veja abaixo)
• Fio de conexão sortido
• Tubos termorretráteis sortidos
• Ferro de solda
• Solda
• Conectores elétricos diversos

Etapa 1: solicitar e imprimir materiais para o novo conjunto de "pote"

Dependendo de onde você obtém os materiais, alguns podem ter um prazo de execução mais longo. Eu comprei o SS495 no eBay por cerca de US $ 6, mas eles foram enviados da China, então cerca de 4 semanas para chegar. Os ímãs que usei são D36DIA da K&J Magnetics (cerca de US $ 0,65 cada, mais frete). Eles têm 3/16 "de diâmetro x 3/8" de comprimento, grau N42. Um ímã semelhante de qualquer fornecedor comparável deve produzir resultados semelhantes, embora se tiver uma resistência diferente, isso pode afetar a resposta geral do SS495 em função da distância do ímã.

O restante das peças precisará ser impresso em 3D. No mínimo, você precisará de:

• 4 x postes magnéticos
• 3 x bases retas
• 1 x Base angular (NOTA: Faça pelo menos 2 destes … veja abaixo)
• 4 x suportes deslizantes de sensor

Eu recomendo fortemente a impressão de extras dos pinos do ímã, e provavelmente pelo menos 1-2 peças sobressalentes para cada peça, caso eles quebrem por algum motivo. O arquivo STEP e o arquivo de projeto do Autodesk Fusion 360 estão disponíveis para download. O Fusion 360 pode ser baixado e licenciado gratuitamente por 1 ano se você criar uma conta de amador. É um software muito poderoso. Meu chefe no trabalho tem sua própria fábrica de produção de impressoras 3D funcionando em seu porão, então ele gentilmente imprimiu todas essas peças para mim. Ele usou filamento de copoliéster Colorfabb nGen com um preenchimento de 80% em uma camada de 0,10 mm de espessura.

Outra observação: o pote que mede o pitch perto do tabuleiro para os botões do lado esquerdo do joystick pode funcionar melhor como uma base angular em vez de reta. Eu construí meu joystick com uma base reta, mas a montagem final foi muito apertada, e eu tive que dobrar os fios para aquele potenciômetro mais do que eu queria juntar tudo de volta … você pode querer experimentar neste e pelo menos ter opções.

Etapa 2: polir e ajustar as peças impressas

As peças impressas em 3D conforme projetadas e provavelmente impressas terão alguma interferência e provavelmente haverá rebarbas e defeitos de impressão. Especificamente, o orifício para o ímã se encaixar na haste é impresso de tamanho inferior, portanto, haverá alguma interferência para segurar o ímã no lugar. Além disso, o orifício de 7 mm nas bases tem exatamente o mesmo tamanho que o diâmetro externo de 7 mm do pino do ímã, portanto, o orifício nas bases precisará ser cuidadosamente ampliado até atingir o tamanho correto.

Para o pino do ímã, pegue uma broca de 3/16 "e CUIDADOSAMENTE perfure o orifício onde o ímã irá. Perfure lentamente e pare quando a ponta da broca atingir o fundo do orifício cônico - continuar pode remover o material que segura a parte superior do poste na parte inferior. Não perfure por muito tempo, apenas o suficiente para limpar o orifício de forma que o ímã pressione nele. Você vai querer um ajuste apertado, então não Continue perfurando e removendo material das paredes da coluna assim que o ímã entrar. Eu também não recomendaria fazer isso se o plástico estiver muito frio, pois ele pode não flexionar corretamente e pode ficar grande imediatamente - se o plástico flexionar, isso ajudará o buraco fica um pouco abaixo de 3/16 "do tamanho nominal. Você precisará experimentar, e é por isso que imprimiu peças extras:-)

Depois que o ímã vai para o poste, usei uma ferramenta de escarear para limpar o chanfro na parte superior do poste para ajudar a guiar o ímã no lugar. Você pode querer alternar a broca e esta ferramenta escareadora para obter o ímã de forma limpa.

Com o pino e o ímã bem encaixados, os orifícios da base precisam ser limpos. Com a extremidade lisa de uma broca de tamanho apropriado com lixa (grana cerca de 100 ou 120) enrolada em torno da extremidade LISA, limpe o interior do orifício de 7 mm na base. Continue até que a coluna deslize para o lado do orifício e gire razoavelmente livremente. Você vai querer ter cuidado aqui também, pois você não quer muito jogo entre a base e o poste.

Com o encaixe do pino na base, verifique se o flange de 9 mm no pino do ímã se encaixa perfeitamente na ranhura correspondente na base e, se necessário, lixe a parte externa do flange do pino. Eu fiz isso pressionando o poste na extremidade lisa da broca de 3/16 e colocando-a na minha broca (a extremidade da broca no mandril) e passando o flange sobre a lixa, até que o flange se encaixe o sulco de forma limpa.

Finalmente, com o espigão e o encaixe da base, lubrifique-os colocando grafite nas superfícies de contato com um lápis. Desenhe em todas as superfícies de contato para deixar uma camada generosa de grafite, e isso o ajudará a operar com muito mais suavidade. Lixe / limpe as superfícies conforme necessário e reaplique o grafite para obter uma operação suave.

Etapa 3: faça o sensor

O joystick se conecta aos seus potenciômetros de saída com conectores fêmeas de 3 pinos em um passo de 0,100 . Isso significa que podemos usar pinos comuns para fazer os conectores, com algumas modificações.

Eu queria ter certeza de que não iria inserir os pinos ao contrário no conector, então cortei um pedaço de plástico que poderia colar na base do pino do coletor para fazer uma aba de chave. O plástico veio de uma colher de remédio para crianças da Walgreens, e cortei no tamanho certo com um cortador de lata e alicate para obter o tamanho certo. Em seguida, usei super cola para prender as abas de plástico à base do pino do coletor para fazer o conector. O conector acabado só será inserido no conector do joystick de uma maneira. Tenho certeza de que você também pode imprimi-los, se quiser.

Com os conectores de pinos prontos, agora precisamos começar a soldar os fios. Usei o fio 28AWG para mantê-lo flexível e espero que tudo se encaixe com o pequeno espaçamento dos pinos no sensor. No meu joystick, todos os 3 conectores seguiram o mesmo padrão - você vai querer verificar essa configuração no seu, pois pode haver variações nas várias versões deste joystick. Com a aba de plástico voltada para LONGE de você e os pinos para baixo:

O pino esquerdo será VCC (5 VDC - vermelho na imagem)

No meio estará o sinal de voltagem de volta para o joystick (branco com redução amarela na imagem)

À direita será GND (preto nas fotos).

Os fios soldados nos pinos do cabeçote devem ter cerca de 2 de comprimento - isso lhe dará espaço suficiente para fazer a conexão no joystick, mas não tanto que se tornem um incômodo na remontagem.

No lado do sensor SS495, você deseja confirmar a sequência de fiação em sua folha de dados. O meu usou o seguinte com o lado PLANO do sensor voltado para os pinos para baixo:

Esquerda: VCC (5 VDC)

Médio: GND

Direita: Sinal

Veja as fotos para orientação. Com o sensor feito, eu recomendaria conectá-lo a uma fonte de tensão / placa de ensaio e verificar se a saída muda com a mudança no campo magnético … quando eu fiz meu primeiro sensor, tive o sinal e os fios terra trocados no sensor, e esquentou muito rápido … Por algum milagre, não libertei a fumaça mágica do sensor. Certifique-se de verificar se o sensor não aquece e fornece a mudança de tensão esperada com a mudança do campo magnético.

Etapa 4: montar os "potes"

Com o sensor conectado ao conector e os postes magnéticos encaixados nas bases, agora o potenciômetro completo pode ser montado. Veja o modelo 3D da Etapa 1 para os detalhes completos da montagem.

Primeiro - uma palavra de advertência - durante o teste final e configuração do joystick, percebi que o acelerador precisa ter sensibilidade diminuída em comparação com os outros eixos e, como tal, o sensor precisa estar mais longe do ímã do que nos outros postes. Você pode querer esperar para montar um último potenciômetro até obter a configuração do acelerador no caso de precisar modificar o slide ou a base para permitir que o sensor fique longe o suficiente. Acabei fazendo o ajuste lixando o plástico do slide, mas demorou um pouco … teria sido mais fácil lixar o bolso em que o sensor entra e aprofundá-lo.

Ok, continuando …

Com cada sensor e slide, use super cola para montar o sensor no slide, conforme mostrado no modelo 3D. As partes cônicas do sensor vão para o bolso, com a parte plana do sensor voltada para fora em direção ao ímã. Os fios sobem e saem do lado totalmente plano do escorregador. Certifique-se de que o sensor não ultrapasse a parte inferior do slide, ou isso irá interferir com o flange no pino do ímã quando em operação.

Assim que a cola endurece, o resto do pote pode ser montado. Os ímãs podem ser instalados nas colunas de forma um tanto aleatória neste ponto - você usará um alicate de bico para girá-los quando instalado no joystick posteriormente durante os ajustes finais. Se você quiser tentar chegar perto, use uma bússola para encontrar os lados do ímã. Aqui está o que você precisa saber:

O norte na bússola aponta para o lado do ímã que dará um sinal de 0 V do sensor

Sul aponta para o sinal de 5V

Girar o sensor no potenciômetro no sentido anti-horário (sentido anti-horário, visto do topo do potenciômetro) deve diminuir a tensão, de modo que o sensor se moverá em direção ao norte, girar no sentido horário deve mover o sensor em direção ao pólo sul, aumentando a tensão.

Com os ímãs instalados nos postes, coloque o poste na base e, em seguida, coloque o slide no topo da base e instale o parafuso nº 2 para prendê-lo todos juntos. Verifique se há operação gratuita, mas não desleixada, ajuste conforme necessário.

Etapa 5: modificações de joystick

Para remover os potes, uma força firme e constante os tirará se forem presos com os pequenos clipes de metal. O potenciômetro do leme só é segurado pelo próprio conjunto da alça e não deve sair sem problemas.

Os sensores de efeito Hall exigem 5 VCC completos para operar corretamente, mas o joystick fornece apenas cerca de 4,2 V para os potenciômetros, então precisaremos religar as coisas um pouco. Para obter pontos de conexão suficientes para 5VDC e GND, precisamos de jumpers no conector USB de entrada. Remova a placa do joystick para que possa ser modificada.

Para o conector / jumper de alimentação, usei alguns conectores antigos de 4 pinos de uma fonte de alimentação de computador que eu tinha ao redor. Qualquer coisa que forneça um mínimo de 3 conexões para um conector de pino funcionará. Os fios do conector foram soldados juntos e a um fio comum, feito para 5 VCC (vermelho) e GND (preto), e um tubo termorretrátil aplicado quando apropriado. Eles foram soldados na parte inferior do conector USB na placa junto com um pequeno capacitor de 3,3 uF (apenas no caso). Eu não tinha certeza sobre a necessidade do boné, mas imaginei que não faria mal. Obviamente, tenha muito cuidado ao soldar para ter certeza de não fazer conexões indesejadas.

Com a conexão de energia à placa feita, ela pode ser reinstalada no joystick, afastando os conectores da placa em direção à lateral do joystick onde o cabo principal entra.

Em seguida, você precisará remover a cola que prende os 3 fios do sensor do leme (azul, preto, marrom) que saem da seção superior. Retire a cola com cuidado e corte conforme necessário para soltá-la.

Deste conector, remova cuidadosamente os fios azul e marrom do conector. Isso pode ser feito levantando suavemente o clipe de retenção de cada pino do conector. Posteriormente, você adicionará fios de extensão a esses pinos para fazer as conexões de 5 VCC e GND para o sensor.

Nos outros 2 conectores da placa principal, execute as mesmas etapas. Para o conector indo para os 2 potes próximos à base do stick (inclinação do stick), remova os fios Vermelho e Preto do conector. No conector que vai para o acelerador e os botões laterais, remova os fios Vermelho e Branco (rastreie-os de volta ao acelerador para ter certeza).

Etapa 6: faça os cabos de ligação e as conexões de energia

Para conectar os conectores de energia aos conectores que alimentam os sensores, fiz 3 conjuntos de jumpers. Você pode usar os fios da placa de ensaio existentes, se os tiver … basicamente, isso é tudo.

Cada fio tinha cerca de 6 de comprimento - ajuste como achar melhor. São necessários 3 de cada cor (vermelho e preto para 5 VDC e GND). Solde os pinos do conector do pino em cada extremidade e termine o tubo conforme necessário para ajudar segure tudo junto. Insira os pinos nos pinos do conector apropriados que você liberou na etapa anterior:

Leme (torção):

Azul - 5 VCC (jumper vermelho, cabeçalho vermelho)

Marrom - GND (jumper preto, cabeçalho preto)

Acelerador:

Vermelho - 5 VCC (jumper vermelho, cabeçalho vermelho)

Branco - GND (jumper preto, cabeçote preto)

Pitch and Yaw (stick tilt):

Vermelho - 5 VCC (jumper vermelho, cabeçalho vermelho)

Preto - GND (jumper preto, cabeçalho preto)

Insira a outra extremidade do jumper no conector de alimentação apropriado.

Editar 7 de maio de 2020 - consulte o PDF do diagrama de fiação para obter informações adicionais.

Etapa 7: Modificar a carcaça do acelerador

Uma modificação permanente do joystick - há um pedaço inútil de plástico saindo da carcaça do acelerador que vai atrapalhar nossos novos sensores. Você precisará cortá-lo nivelado com o resto da carcaça.

Antes de remover a carcaça do acelerador, tente marcar a posição relativa da engrenagem na carcaça com a alavanca do acelerador na parte externa. Conforme você move o acelerador, verá em algum ponto que há uma marca na marcha indicando uma posição inicial ou de referência. Quando você encontrar isso, marque a posição da alavanca do acelerador com um marcador para que você saiba como alinhar tudo ao montá-lo novamente. Apenas certifique-se de levar algum tempo para inspecioná-lo antes de desmontar.

Nas fotos você pode ver onde fica a área que precisa ser removida. Eu apenas usei uma lâmina de serra e segurei-a rente ao resto da borda da carcaça e cortei a parte que ficaria no caminho. Com isso removido, o potenciômetro do acelerador pode ser instalado.

Ao instalar o potenciômetro do acelerador, certifique-se de reinstalar o clipe de metal que retém o potenciômetro na carcaça do acelerador e certifique-se de parar. Em seguida, alinhe a engrenagem e a alavanca do acelerador como estavam quando você a desmontou e aparafuse tudo de volta.

Etapa 8: instalar e ajustar potes

Depois de instalar o potenciômetro do acelerador, os outros 3 serão basicamente os mesmos. Os potes na base do manche prendem os clipes de retenção de metal no poste para ajudar a mantê-los no lugar, e o de cima para o controle do leme não. Conecte cada sensor a seu respectivo conector. Lembrete de possivelmente usar uma base angular em vez de reta na panela perto dos botões do lado esquerdo para que os fios do sensor não interfiram na placa - teste e verifique.

Depois de instalar todos os 4 potes, você precisará ajustar a sensibilidade angular de cada eixo, bem como o ponto central. Para fazer isso, você precisará ligar o joystick. Se preferir, isso pode ser feito conectando o joystick a qualquer adaptador de carregador USB, pois tudo o que realmente precisamos é de energia para os sensores. Caso contrário, conectá-lo ao seu computador deve ser OK - apenas certifique-se de não causar curto circuito de 5 VCC ao GND por qualquer motivo.

Estas são as metas de ajuste:

Eixo centrado: 2,3 VDC ± 0,1

Tensão do eixo baixa: 0,6 VCC ± 0,1 (eixo de inclinação puxado para trás em direção à alavanca do acelerador, Eixo R-L empurrado totalmente para a direita, torção da alavanca totalmente no sentido anti-horário, aceleração até o máximo "-" ou 0%)

Tensão do eixo alta: 4,0 VCC ± 0,1 (eixo de inclinação empurrado para frente na direção oposta à alavanca do acelerador, eixo R-L empurrado totalmente para a esquerda, torção da alavanca totalmente no sentido horário, aceleração para "+" total ou 100%)

Em meus testes, eles representaram aproximadamente os limites em que fui capaz de maximizar a sensibilidade do joystick. Levando tudo para 5 VCC ou 0 VCC para o sinal não pareceu funcionar …. ele parou de responder à mudança de tensão abaixo de cerca de 0,4 V e acima de cerca de 4,5 V. Além disso, quando eu testei o sistema pela primeira vez com os potenciômetros originais, 0,5 e 4,3 V foram os extremos que observei em todos os 4 circuitos.

Conecte um multímetro ao sistema, com o GND do medidor conectado ao conector de alimentação GND (Preto) e o terminal + do medidor lendo o sinal do sensor (pode ser lido em paralelo com qualquer conexão do joystick). Comece com o slide do pote no meio de sua faixa. Usando um alicate de bico fino, gire suavemente o ímã até que a tensão do sensor seja de cerca de 2,5 V. Em seguida, mova o joystick ou o acelerador para uma das paradas e determine se a faixa do sensor está muito alta ou muito baixa. Se for movido para uma posição de alta tensão e a leitura exceder 4,3 V, o sensor precisará ser movido para longe do ímã. Se estiver em alta tensão e a leitura for inferior a 4,1 V, mova o sensor para mais perto do ímã. Ajuste e repita o teste em ambas as direções até que a tensão esteja na faixa. Se um lado estiver dentro do alcance, mas o outro lado estiver fora do alcance, o centro pode precisar ser ajustado girando levemente o ímã para deslocar o ponto central. O ajuste será um processo iterativo e provavelmente levou cerca de uma hora para que todos os 4 potes fossem ajustados de forma satisfatória. O ajuste do leme é o mais demorado, pois requer pelo menos remontagem parcial da alavanca a cada vez para obter uma sensação real do ajuste do potenciômetro.

Depois de ajustado, antes de remontar o joystick, recomendo conectá-lo ao computador e fazer uma calibração. Isso confirmará que todos os eixos estão se movendo na direção desejada e que nenhum deles está invertido (com um ímã girado 180º de onde deveria estar).

Etapa 9: Remontagem e teste final

Após o ajuste do potenciômetro, verifique novamente a funcionalidade de todos os eixos através de uma calibração do joystick em seu computador, certificando-se de que cada movimento corresponde à direção que você pretende seguir.

Quando tudo estiver pronto para funcionar, prenda todos os fios para que não se movam durante a montagem.

Como você está instalando a tampa principal que tem o acelerador e a placa de botões, fique de olho nos fios que saem do potenciômetro do lado esquerdo - no meu joystick os fios desse sensor ficaram presos e interferiram com a placa, e eu tive que dobrar os fios do sensor fora do caminho. Como mencionei na introdução, se eu soubesse que isso aconteceria, posso ter usado uma base angular aqui, embora tenha conseguido fazer com que funcionasse como estava.

Após a montagem final, faça uma calibração e teste finais! Aproveitar!

Se você tiver dúvidas sobre qualquer coisa, fique à vontade para deixar comentários e eu responderei da melhor maneira possível, ou carregue fotos adicionais.