Поделки из нерабочих HDD — мини-помпа

Понадобилась мне как-то для будущих самоделок водяная помпа. Да не простая — с ограничениями по габаритам — толщина до 25мм, ширина до 50мм (длина — уже можно варьировать). Из желаемых характеристик — напор 1м и расход 100л/ч. Не найдя в продажах желаемого (в основном — по габаритам), по своей упоротойупорной натуре приступил к реализации своего решения данного вопроса!

Внимание — много фото!

«Мозги» и немного предыстории:

Строго говоря, идея использовать для помп моторчики HDD не нова. C 2009 года ведётся целая ветка на одном известном форуме. Так что изначально был нацелен на изготовление помпы из «ноутбучного» жёсткого диска и поиска подходящего драйвера c интегрированными силовыми ключами и бессенсорным управлением.

Но «из коробки» перенять опыт мне не удалось. Череда тестов с разными драйверами (MTD6501C, DRV11873 и ряда прочих китайских поделок) давали неутешительный итог: более крупные моторы от 3.5 дисков работают идеально. А вот с мелкими моторами в лучшем случае удается запустить единицы, и те работают крайне нестабильно. С таким неутешительным результатом давняя идея была заброшена и находилась на грани забвения.

Но относительно недавно наткнулся на довольно любопытный драйвер от TI — DRV10987. При своих скромных габаритах обладает довольно внушительным потенциалом:

• Рабочее напряжение от 6v до 28v
• Интегрированный понижающий преобразователь на 5v (можно запитать МК для управления)
• Постоянный рабочий ток до 2А (пиковый — 3А)
• Огромное число программно определяемых параметров (задание значений конфигурационных регистров по шине I2C) для управления работой мотора
• Автоматический перезапуск мотора после аварийной остановки / сбое (если условия возникновения сбоя прошли)
• Защита от перегрузки по току
• Защита от перенапряжения
• Детектирование остановки/блокировки ротора
• Отключение при перегреве контроллера

Вооружившись ардуинкой (да простят меня за это ругательное слово местные электронщики) для задания параметров, изготовленной ЛУТом платой под данный драйвер, углубился в опыты по запуску моторчиков. Что же, данный контроллер меня не разочаровал! Несмотря на примененный метод «научного тыка» при подборе параметров, удалось найти подход к любому мотору от HDD!

Помог мне в этом самописный онлайн-конфигуратор настроек. Пользуйтесь на здоровье!)

Вот скетч по заливке параметров через ардуино:

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>

#define I2C_DRV10983_Q1_ADR 0x52
#define Fault_Reg 0x00 
#define MotorSpeed_Reg 0x01 
#define DeviceIDRevisionID_Reg 0x08
#define SpeedCtrl_Reg 0x30 
#define EEPROM_Access_Code_Reg 0x31
#define EEPROM_EeReady_Reg 0x32
#define EEPROM_Iindividual_Access_Adr_Reg 0x33
#define EEPROM_Individual_Access_Data_Reg 0x34
#define EEPROM_Access_Reg 0x35
#define EECTRL_Reg 0x60

void setup() {
    Serial.begin(9600);
    Wire.begin(); 
}

byte readByAdress(byte reg_adr,  unsigned int &result) { //I2C write 2-byte register
    byte i = 0, err = 0;
    byte bytes[2] = {0, 0}; 
    Wire.beginTransmission(I2C_DRV10983_Q1_ADR); 
    Wire.write(reg_adr); 
    err = Wire.endTransmission();
    if(err!=0)
        return err;
    Wire.requestFrom(I2C_DRV10983_Q1_ADR, 2);
    while(Wire.available()) 
    { 
        bytes[i] = Wire.read();
        i++;
    }
    result = ((bytes[0] << 8) | bytes[1]);
    return 0;
}

byte writeByAdress(byte reg_adr,  unsigned int value) { //I2C read 2-byte register
    byte bytes[2]; 
    bytes[1] = value & 0xFF;
    bytes[0] = (value >> 8) & 0xFF;
    Wire.beginTransmission(I2C_DRV10983_Q1_ADR); 
    Wire.write(reg_adr); 
    Wire.write(bytes,2);
    return Wire.endTransmission();
}

boolean flag = true;
void loop() {
    if(flag){
        unsigned int onReady = 0;
        writeByAdress(EECTRL_Reg, 0xFFFF);
        writeByAdress(EEPROM_Access_Code_Reg, 0x0000); //Reset EEPROM_Access_Code_Reg
        writeByAdress(EEPROM_Access_Code_Reg, 0xC0DE); //Set EEPROM_Access_Code_Reg
        while(onReady == 0){ // Wait EEPROM ready
            readByAdress(EEPROM_EeReady_Reg, onReady);
        }
        Serial.println("EEPROM_Access.");
        onReady = 0;
        //Write values on shadow registers
        //writeByAdress(EEPROM_Access_Reg, 0x1000); //Not use EEPROM storage. Store values in shadow registers
        writeByAdress(0x90, 0x154F);
        writeByAdress(0x91, 0x042C);
        writeByAdress(0x92, 0x0090);
        writeByAdress(0x93, 0x09EA);
        writeByAdress(0x94, 0x3FAF);   
        writeByAdress(0x95, 0xFC33);
        writeByAdress(0x96, 0x016A);
        writeByAdress(EEPROM_Access_Reg,0x0006); //EEPROM mass access enabled && update 
        while(onReady == 0 ){ // Wait EEPROM ready
            readByAdress(EEPROM_EeReady_Reg, onReady);
        }
        Serial.println("EEPROM_Update.");
        writeByAdress(EECTRL_Reg, 0x0000); //Run motor
        flag = false;
    }    
}

Затем уже были заказаны в поднебесной более презентабельные платки:



После регистрации (ну вот так требуют) можете бесплатно скачать файлы проекта. Или сразу же заказать платы здесь.

О «пересадке сердца»

Осталось дело за малым — достать из корпуса HDD мотор, который кстати говоря, в 2.5 дисках (и в большинстве 3.5) является его неотъемлемой частью. Вкратце можно процесс описать известной фразой "Пилите, Шура, пилите!":


Из фанеры изготавливается внешняя направляющая под коронку по металлу с креплением к корпусу диска. Для сохранности шлейф мотора приклеивается к его основанию, чтобы не был срезан коронкой


После высверливания получаем кругляшки с моторчиком. После обработки напильником получаем диаметр основания около 25мм.

Подготовка реципиента к трансплантации:

Мозги и сердце будущей помпы отлично ладят друг с другом и готовы обрести новое место обитания. Так что самое время подумать о корпусе и крыльчатке.

Так как нужно получить при малом рабочем объеме высокое давление, крыльчатку спроектировал с 7 лучами:


Печать на 3D принтере поликарбонатом
3D модель

Поликарбонат — вещь для корпуса отличная. Но печатать целый корпус им дорого. Куски толстых листов очень трудно найти да и фрезеровка не бесплатна (для меня). Зато у рекламщиков за спасибо можно выпросить обрезки от листов толщиной 4мм и 2мм. Так что корпус проектировался для последующего нарезания лазером деталей и их склейкой в единое целое без необходимости фрезеровки. Потребуется разве что высверливание отверстий под фитинги и гайки.


Вид 3D модели
3D модель


Набор деталей для склейки «топа» помпы. В местах сопряжения каналов притока и оттока срезаны грани

Ход операции:

Тут хотелось бы сделать лирическое отступление и напомнить желающим повторить и не только, что дихлорэтан, которым проводилась склейка — содержит мало витаминов и вдыхать нужно больше довольно токсичное и летучее вещество. Работы с ним нужно проводить или на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении.


Стек деталей «топа» на сушке после склейки — верх-приток-сепаратор-крыльчатка-ротор. Аналогично склеивается основание для мотора (или изготовить из 6мм куска поликарбоната целиком)


После склейки высверливаются отверстия для фитинга — 8мм латунной трубки по насечкам на детали «сепаратор»


Старый добрый состав БФ-4 как по мне дает надежную склейку латуни и поликарбоната


Тем же клеем приклеивается основание мотора в нижней части помпы. В верхней части рассверливаются (не насквозь!) отверстия под вклейку гаек-заклепок М3. И на фото видна прокладка из тонкого силикона

Тестирование:

Вот и пришла пора проверить в работе самоделку. Для этого был наскоро собран тестовый стенд. Так как Хабр читают дети серьезные разработчики, у которых внешний вид и состав стенда может вызвать приступы паники, ужаса и дезориентации, хотел его спрятать под спойлер… но надеюсь, всё обойдётся, и потом не говорите, что я вас, уважаемые читатели, не предупреждал!


Ардуинка подаёт управляющий сигнал PWM, коэффициент заполнения которого задается вручную переменным резистором, считывает значение конфигурационных регистров, а так же определяет скорость вращения как через внутренние регистры драйвера (RPMrg), так и по сигналу FG (RPMfg). Питание мотора — 12v

Запуск мотора без нагрузки. Регулировка оборотов и замер энергопотребления

Мотор успешно стартует от 6% управляющего PWM сигнала. А в конце видео видно, как на высоких оборотах значения скорости во внутреннем регистре «подвисают» на интервале от 10к до 13к оборотов, хотя через выход FG частота фиксируется без изменений.

С холостым ходом всё понятно — получили 13к оборотов при напряжении 12v и потреблении 0.16A. Но собиралась водяная помпа, а я тут воздух гоняю. Так что следующий этап — сопровождение домочадцев на улицу, дабы не мешались, и оккупация ванной комнаты!


Делать замеры и снимать видео у меня, увы, не получилось. Так что обойдемся фото общего плана. К измерительному оборудованию добавились секундомер и банка на 3л


По итогам замеров получилась вот такая таблица


График расхода

Как итог — данная поделка целиком удовлетворяет моим требованиям. А в случае поломки, благодаря разборной конструкции и наличию в любых ремонтных мастерских / сервисных центрах ящиков с дохлыми 2.5HDD — починить не составит труда. И путь к дальнейшему построению СВО открыт! Так что продолжение следует!