Выключатель для штангенциркуля, теперь без пайки

В прошлом месяце я рассказывал о том, как добавить выключатель в китайский инкрементальный штангенциркуль и для чего это вообще нужно. Но в комментариях коллега maxik предложил альтернативный метод выключения, который можно реализовать без порчи печатной платы устройства и вообще без пайки. Идея меня заинтересовала, и я решил проверить, окажется ли такой выключатель проще в реализации, а также насколько удобным он будет в повседневной эксплуатации прибора. В качестве подопытного на этот раз выступает хорошо известный в узких кругах пластиковый штангенциркуль из фикспрайса.

---

Если вы не читали предыдущую статью, то кратко напомню, зачем вообще штангенциркулю нужен выключатель. Дело в том, что основная часть доступных приборов, продающихся сегодня на рынке является инкрементальными. Чтобы такой прибор мог правильно показывать измеренное расстояние, он должен постоянно контролировать положение рамки на штанге, и, если она вдруг перемещается, производить подсчет пройденного расстояния. Такой подсчет должен производиться даже в выключенном состоянии, поэтому микроконтроллер прибора физически никогда не выключается, а лишь гасит экран изображая выключение, но продолжая потреблять небольшой ток от батарейки. Это потребление полностью высаживает батарейку за полгода-год лежания на полке, в результате однажды в нужный момент прибор перестает работать, так как оказывается разряженным. Наиболее оптимальным решением данной проблемы по совокупности всех пользовательских сценариев (по мнению автора) является установка в штангенциркуль миниатюрного выключателя, который будет физически разрывать цепь питания микроконтроллера.

Итак, пластиковый штангенциркуль из фикспрайса, что это вообще такое и почему он имеет право на существование? В качестве ответа я просто приведу эту фотографию:


Внешне это совершенно обычный штангенциркуль, только выполнен он целиком из пластика. Несмотря на то, что такой прибор обладает намного меньшей жесткостью, чем его металлический собрат, если сильно не давить, точность его измерений весьма высокая. Конечно, если надавить посильнее, показания «поплывут», и можно уменьшить искомый размер на половину или даже на целый миллиметр, но есть ситуации, когда пластиковый штангенциркуль оказывается предпочтительней металлического. Например, если вам надо произвести какие-то измерения в щитке с подключенным напряжением или даже просто замерить точную длину аккумулятора. Применение металлического прибора без дополнительной изоляции может закончиться фейерверком, а вот пластиковый справится с этой задачей куда лучше (только надо помнить про собственную безопасность при измерениях).

Также пластиковый штангенциркуль невероятно дешев, из-за чего его не так жалко потерять или сломать, что позволяет вам бросить по одной штуке в каждую машину, гараж, подвал или просто в каждый рабочий чемоданчик или рюкзачок. И это было бы по-настоящему отличным решением, если бы не собственное потребление прибора в выключенном состоянии, сложенное с повышенными требованиями к напряжению батарейки, что в результате дает полный разряд выключенного штангенциркуля за полгода лежания на полке. Если вам интересна математика – потребляет он около 15 мкА, но перестает работать при напряжении батарейки 1.25-1.3 В, то есть, на половине её заряда. При средней ёмкости элемента AG13 в 125 мАч это дает 125/(2*24*0.015) = 174 дня работы.

Значит, надо устанавливать выключатель. Конечно, можно было бы по аналогии с предыдущим решением использовать миниатюрный электрический выключатель, но сегодня мы пойдем другим путем – постараемся интегрировать в прибор небольшую пластиковую пластинку, которая будет просто размыкать пружинный контакт подключения батареи и, таким образом, имитировать механический выключатель. Для начала посмотрим на штангенциркуль:


Его необходимо разобрать. Снимаем защелку и извлекаем элемент питания:


Теперь переворачиваем штангенциркуль и отклеиваем серую защитную наклейку, под которой скрываются скрепляющие корпус шурупы:


К сожалению, отклеить без повреждения не получилось, половина клея осталась на корпусе прибора, вторая половина – на наклейке:


Так как я хочу потом вернуть наклейку на место, остаток клея пришлось отмыть. Получилось не очень, но стикер будет закреплен на двухсторонний скотч, так что этого видно не будет:


Теперь выкручиваем шурупы, и, кстати, обратите внимание, что пятого шурупа в приборе нет прямо с завода:


Затем снимаем подвижную рамку:


Если внимательно посмотреть на шкалу штангенциркуля, можно рассмотреть рисунок из проводящих дорожек, с помощью которого микроконтроллер определяет расстояние:


Видно, что рисунок полностью повторяется через небольшой интервал. В пределах этого интервала штангенциркуль всегда может точно сказать положение рамки, а вот номер интервала он определить не может никак, только подсчитывать при перемещении. Поэтому он и называется инкрементным.

Далее необходимо снять основную плату, для этого выкручиваем еще четыре мелких шурупа:


И, собственно, извлекаем плату (будьте аккуратней с дисплеем, его токопроводящая резинка сначала приклеивается к плате, но уже через пару минут отваливается от неё):


Размыкать цепь батарейки я буду путем прижима нижнего пружинного контакта обратно к плате с помощью тонкой пластиковой прокладки, вставляющейся между платой и батарейкой. По фото видно, что установлен контакт вертикально, то есть, чтобы прокладка могла легко прижимать и отпускать его, она тоже должна ходить вертикально. Но я хочу разместить выключатель на правой стороне рамки и хочу, чтобы он ходил горизонтально вдоль штанги, поэтому разработал модель прокладки с ручкой следующей формы:


Для того, чтобы при горизонтальном перемещении прокладки эффективное её перемещение относительно контакта было вертикальным, её передняя рабочая грань выполнена скошенной. Когда прокладка полностью вставлена в штангенциркуль, она будет попадать между контактом и батарейкой, за счет чего цепь питания прибора окажется разомкнута. При выдвижении прокладки наружу она будет освобождать контакт, и он за счет своей пружинной формы будет замыкаться на батарейку и восстанавливать питание штангенциркуля. Рабочая толщина прокладки составляет 0.4 мм, и так как это достаточно мало, я добавил по бокам небольшие ребра жесткости, препятствующие её изгибанию. Под них, а также под саму прокладку придется сделать небольшие пропилы в корпусе рамки:


Итак, печатаем:


И примеряем в прибор:


Встает и перемещается нормально. На самом деле, сделать рабочую прокладку у меня получилось только с третьего раза, это уже финальная версия.

Далее вставляем обратно отвалившийся от платы дисплей:


И прикручиваем саму плату:


Во включенном состоянии рамка выглядит так:


А в выключенном, соответственно, так:


Теперь собираем обратно прибор и проверяем полную функциональность доработки. Включено:


Выключено:


На этом этапе можно было бы подвести итог доработки и сравнить получившееся решение с миниатюрным выключателем, однако я вдруг вспомнил, что у меня есть еще один китайский цифровой штангенциркуль, купленный более десяти лет назад. По сути, это был мой первый цифровой измерительный прибор:


Вот он как раз весь косой и кривой, не обладает достаточной жесткостью конструкции, из-за чего его показания действительно могут плавать в пределах трех-пяти соток. Но даже в таком виде он оказался точнее и проще в эксплуатации в сравнении с классическим чисто механическим вариантом. Батарейку, конечно же, он тоже кушает с аппетитом, так почему бы не добавить выключатель и ему? Для начала переворачиваю прибор и отклеиваю защитную пленку сзади:


По какой-то загадочной причине тут тоже не хватает одного крепежного шурупа. Откручиваю их и снимаю рамку:


Выглядит здесь она как-то странно, по краям платы какие-то проточки. Далее так же откручиваю плату (тут я уже сразу снял с неё дисплей):


И на плате мы видим, что нижний контакт батареи расположен под таким углом, что не получится организовать выключатель полностью аналогично предыдущему – просто не выйдет сделать так, чтобы контакт размыкался при перемещении прокладки влево и замыкался обратно при её перемещении вправо. Казалось бы, можно изменить логику на обратную, пусть полностью вставленная прокладка означает включенный прибор, а полностью вытащенная – выключенный. Но это не серьезно, всё приборы должны включаться и выключаться одинаково. К счастью, мне повезло и контакты на этой плате не припаяны и их можно извлечь:


А затем установить немного по-другому, в плате даже есть подходящие отверстия:


И теперь уже понятно, что реализовать понравившуюся логику включения и выключения большого труда не составит. Разрабатываю модель, она тут будет немного отличаться от предыдущей:


Если вдруг обратили внимание, то вырез снизу – это не случайность, это под ролик. Печатаю:


В крышке рамки под неё также надо будет сделать небольшие пропилы. После этого примеряю на приборе. Включен:


Выключен:


Собираю обратно. Выключен:


Включен:


А вот теперь настал момент подвести итоги. Выключатели, в принципе, получились хорошие, задачу отключения штангенциркулей они решают. Удобней ли они электрического тумблера? Я бы сказал, что в чем-то да, а в чем-то нет. К плюсам можно отнести установку без необходимости перерезать дорожку, портить плату, где-то искать подходящий миниатюрный выключатель и припаивать его, а также достаточно стильный внешний вид.

Первый минус заключается в том, что прокладку надо разрабатывать индивидуально под контакт вашего штангенциркуля и особенности его установки, которые у разных экземпляров даже одной модели могут оказаться несколько разными. Вторым и основным минусом я бы назвал более тугой ход выключателя по сравнению с электрическим. Это означает, что для включения или выключения прибора банально нужно значительно большее усилие, чем для простого переключения тумблера. И вот это может оказаться решающим фактором, ведь делается выключатель только один раз, а использоваться будет всю дальнейшую жизнь прибора.

Для себя я, наверное, остановился бы ровно на таком положении дел, как оно есть сейчас – основной рабочий клон Mitutoyo выключается удобным небольшим электрическим выключателем, а дополнительные черновые пластиковые варианты из фикспрайса — с помощью напечатанной прокладки. Как именно окажется удобно вам, вы сможете решить сами, но теперь у вас есть еще один дополнительный вариант выключения прибора, за идею которого выражаю благодарность пользователю maxik.

Модели и исходники печатных деталей можно скачать здесь:

www.thingiverse.com/thing:7405269

На этом у меня всё, спасибо за внимание.