Home Projects Mcu (Microcontrollers) Θάλαμος εμφάνισης PCB με Λαμπτήρες φθορισμού και Μηχανισμό αντίστροφης μέτρησης

 

 

Κατασκεύασε τον δικό σου Θάλαμο εμφάνισης PCB με
Λαμπτήρες φθορισμού και Μηχανισμό αντίστροφης μέτρησης


Συγγραφέας: Θεοδοσίου Αντώνιος
   Ηλεκτρολόγος Μηχ. & Μηχ. Η/Υ
Ημερομηνία: Σεπτέμβριος 2009

aetheodhotmail.com

click here for English edition

 

Εισαγωγή


Βαρέθηκες να σπαταλάς την ώρα σου με κολλήσεις καλωδίων; Μήπως οι πλακέτες σου δεν είναι και τόσο καλαίσθητες ώστε να ψάχνεις ένα τρόπο για να κατασκευάζεις τυπωμένα που να δείχνουν πιο επαγγελματικά; Τότε θα πρέπει να δοκιμάσεις την τύχη σου στην τεχνική της φωτο-έκθεσης (photo etching). Και το πρώτο βήμα για να το κάνεις αυτό είναι να διαθέτεις τον κατάλληλο εξοπλισμό που δεν είναι άλλος από έναν Αυτοματοποιημένο Θάλαμο Εμφάνισης Τυπωμένων Πλακετων (PCB). Επιπλέον, αν σου αρέσει να πειραματίζεσαι με τους μικροελεγκτές, ορίστε μια καλή πρόκληση και πλέον είναι καιρός να σκέφτεσαι στα σοβαρά την κατασκευή του δικού σου Θαλάμου Εμφάνισης PCB.

Στα παρακάτω περιγράφω την διαδικασία που ακολούθησα για να κατασκευάσω το Κουτί, το Σύστημα λαμπτήρων, και τον Μηχανισμό αντίστροφης μέτρησης  ο οποίος βασίζεται στον μικροελεγκτή AVR mega8.

 


Σύντομη Περιγραφή


Τέσσερεις λαμπτήρες φθορισμού υπεριώδους ακτινοβολίας, 15W έκαστος, εκπέμπουν στην περιοχή των UVA, με ένα μέγιστο περίπου στα 350nm περιοχή όπου η λεπτή επίστρωση πάνω από τον χαλκό της φωτοευαίσθητης πλακέτας, είναι... ευαίσθητη. Οι λαμπτήρες λαμβάνονται σε ζεύγη και συνδέονται εν σειρά, σχηματίζοντας, έτσι, δύο όμοιες βαθμίδες. Κάθε βαθμίδα έχει το δικό της ballast και συνδέεται στα 220V AC με τη βοήθεια ενός ρελαί.

Ένας μικροελεγκτής μετράει αντίστροφα ένα προκαθορισμένο από το χρήστη χρονικό διάστημα και την στιγμή που φτάνει στο μηδέν ενεργοποιεί το ρελαί. Ο εναπομείναντας χρόνος απεικονίζεται σε τέσσερεις οθόνες απεικόνισης με leds 7 τμημάτων. Ο μέγιστος χρόνος που μπορεί να μετρηθεί είναι 99 λεπτά και 59 δευτερόλεπτα.

Ο επιθυμητός χρόνος μέτρησης, εισάγεται με την χρήση μόνο δύο κουμπιών, των SET και START/STOP. Βραχυπρόθεσμο πάτημα του κουμπιού SET θα αυξήσει την τιμή του εκάστοτε ψηφίου ενώ παρατεταμένο πάτημα οδηγεί σε αλλαγή μεταξύ των ψηφίων από δευτερόλεπτα σε δεκάδες δευτερολέπτων, σε λεπτά κτλ. Απλό πάτημα  του START/STOP, θα κάνει τον μικροελεγκτή να δεχτεί την προκείμενη χρονομέτρηση. Πιέζοντας το START/STOP άλλη μια φορά, ξεκινάει η αντίστροφη μέτρηση και το σύστημα των λαμπτήρων συνδέεται στα 220V AC, μέσω του ρελαί. Εάν το START/STOP πατηθεί ξανά, προτού η χρονομέτρηση φτάσει στο μηδέν, το σύστημα των λαμπτήρων απενεργοποιείται. Όταν η χρονομέτρηση φτάνει στο μηδέν, το σύστημα των λαμπτήρων απενεργοποιείται και ένας βόμβος των 3 δευτερολέπτων ηχεί από το buzzer. Ο χρονομετρητής θυμάται την χρονομέτρηση που χρησιμοποιήθηκε την τελευταία φορά, και την προσφέρει σαν προκαθορισμένη κάθε φορά που το σύστημα ενεργοποιείται.

Τα προαναφερθέντα στεγάζονται σε ένα ξύλινο κουτί. Αν και μπορείτε να σχεδιάσετε το κουτί και μόνοι σας, εγώ προτίμησα να το πάρω έτοιμο από έναν ξυλουργό.

Υπάρχουν τρεις ξεχωριστές βαθμίδες που συνιστούν τον Θάλαμο Εμφάνισης PCB, το κουτί, το σύστημα με τους λαμπτήρες, και ο χρονομετρητής με την οθόνη απεικόνισης.

 

Το Κουτί


Θα χρειαστείτε ένα ξύλινο κουτί με διαστάσεις περίπου 50x30x60 cm3. Στο κουτί θα πρέπει να προβλέψετε έναν εξτρα χώρο όπου θα μπουν η πλακέτα και τα ballasts. Το ύψος του χώρου αυτού, η απόσταση δηλαδή μεταξύ του πάτου του κουτιού και του ραφιού θα είναι 5-8 cm. Στη μια πλευρά του κουτιού εγκαθίστανται οι τέσσερεις βάσεις των starters ενώ στην άλλη οι λαμπτήρες μαζί με τις G13 βάσεις τους.
Εδώ υπάρχει μια αρκετά λεπτομερής περιγραφή για το πώς να κατασκευάσετε το κουτί, πάνω στην οποία βασίστηκα για να αποφασίσω στις διαστάσεις. Η τελική σχεδίαση ωστόσο, είναι παρόμοια με αυτή του Παπανικολάου Β. στο  Darkroom Timer project. Θερμές ευχαριστίες και στους δυο.

 

Το Σύστημα των Λαμπτήρων


Για το σύστημα λαμπτήρων θα χρειαστείτε:

  • 4 x 15W Black Light UVA λαμπτήρες φθορισμού με μέγιστο ακτινοβολίας στα ~350nm. Οι λαμπτήρες αυτοί είναι κατάλληλοι για φωτοχημικές διεργασίες και συχνά χρησιμοποιούνται στην εξόντωση εντόμων. Παραδείγματα είναι οι F15W/T8/BL της Sylvania και Actinic BL της Phillips (εκτιμ. κόστος 10€/λάμπα)

  • 2 x 40W Ballast. Τα μπάλαστ που χρησιμοποιούνται και στους κοινούς λαμπτήρες φθορισμού
    (εκτιμ. κόστος 2€/ballast)

  • 4 x Starters που να αντέχουν 15W λάμπες (πχ 22W starters εκτιμ. κόστος 0.5€/starter)

  • 4 x Starter βάσεις (εκτιμ. κόστος < 0.2€/βάση)

  • 8 x Βάσεις λαμπτήρων με τρύπες ώστε να μπορούν να βιδωθούν στο ξύλο (εκτιμ. κόστος 0.6€/βάση)

  • Καλώδιο Προτιμήστε το κοινό εύκαμπτο καλώδιο που συχνά χρησιμοποιείται στους λαμπτήρες φθορισμού.

  • 20 x Βίδες Χρησιμοποιείστε το μέγεθος που πιστεύετε ότι ταιριάζει καλύτερα.

     

 

Η εικόνα δείχνει τις συνδέσεις που θα πρέπει να γίνουν για το σύστημα των λαμπτήρων.
Η προκείμενη σύνδεση χρησιμοποιείται ευρέως όταν πρόκειται για λαμπτήρες χαμηλής ισχύος σε σειρά.

Υπάρχουν δύο ίδιες βαθμίδες συνδεμένες παράλληλα. Σε κάθε βαθμίδα, αρχικά, το AC ρεύμα ρέει δια μέσου των starters και του στραγγαλιστικού πηνίου ballast. Μετά από λίγο, ένα από τα starters, εκ φύσεως του, ανοικτοκυκλώνεται και το ρεύμα στο κύκλωμα διακόπτεται. Η κατάσταση αυτή φέρνει το ballast πηνίο σε μια εξαιρετικά άβολη θέση γι’ αυτό και αντιδρά βίαια αναπτύσσοντας μια τεράστια τάση στα άκρα του. Η τάση αυτή μπορεί να φτάσει έως και μερικά kV, που είναι μια τιμή ιδανική για την εκκίνηση μιας  λάμπας φθορισμού. Μετά το μεταβατικό αυτό φαινόμενο η τάση στα άκρα του λαμπτήρα σταθεροποιείται στα 50~60V που είναι και η τάση λειτουργίας του.

Όσον αφορά τις κατασκευαστικές λεπτομέρειες, τοποθέτησα τις λάμπες και τα starters στις δύο πλευρές του ραφιού, ενώ τα ballasts τοποθετήθηκαν στο πάτο του κουτιού.  
 

Έτσι όσον αφορά το ράφι, έκανα τις ακόλουθες συνδέσεις και ξεκίνησα βιδώνοντας τις βάσεις των starters στη μια πλευρά του ραφιού
 

 

Έπειτα, στην άλλη πλευρά του ραφιού, βίδωσα τις οχτώ G13 βάσεις, έχοντας πρώτα ανοίξει τις αντίστοιχες
τρύπες που απαιτούνται για να ενωθούν οι βάσεις των λαμπτήρων με τις βάσεις των starters


Επίσης καλό είναι να βιδώσετε και δύο πιασίματα – γάντζους.  Έπειτα κάντε τις συνδέσεις


 

και προσθέτοντας τα starters και τους λαμπτήρες το ράφι είναι έτοιμο


Το τελειοποιημένο σύστημα λαμπτήρων θα μοιάζει ως εξής

 

 

Ο χρονομετρητής


Πρόκειται για το πιο διασκεδαστικό κομμάτι της υπόθεσης. Εδώ θα ασχοληθείτε με software και hardware.

Όσον αφορά το κομμάτι του software, ο κώδικας είναι γραμμένος σε C με τα winAVR και avr-gcc plugin σε συνδυασμό με το avrStudio. Με το  ProteusVSM έλεγξα τον κώδικα σε επίπεδο προσομοίωσης κάτι το οποίο με γλύτωσε από πολύ κόπο και χρόνο. Έπειτα κατέβασα τον hex κώδικα στο chip με την αναπτυξιακή κάρτα STK500. Συνιστώ να πειραματιστείτε με τον κώδικα από μόνοι σας γι’ αυτό και δεν γίνεται λόγος για σύνταξη κώδικα εκτός από το downloadable hex. Αν παρ’ όλα αυτά χρειαστείτε βοήθεια με τη σύνταξη κώδικα, mail me at aetheodhotmail.com.

Όσο για το Hardware έχουν ήδη ειπωθεί πολλά. Ο Darkroom Timer του Βασίλη Παπανικολάου περιέχει κατανοητά schematics και PCBs. Το δικό μου schematic περιέχει όλες τις μετατροπές που απαιτούνται για την αντικατάσταση του PIC με τον AVR mega8. Έπειτα χρησιμοποιώ μόνο δυο κουμπιά και έβαλα τους regulators παράλληλα αντί για εν σειρά.

Το schematic της main unit που περιέχει τον microcontroller και το τροφοδοτικό είναι:

click on schematic for higher resolution or download it in PDF format

 

Θα χρειαστείτε τα ακόλουθα εξαρτήματα

QTY PART-REFS VALUE
--- --------- -----


Resistors
---------
10 R1 - R10 220R
1 R11 470R
1 R12 4K7

Capacitors
----------
2 C1,C2 1uF
1 C3 1000u
2 C4,C5 100n

Integrated Circuits
-------------------
1 U1 CD4511 BCD to 7segm. Com. Cath. Decoder
1 U2 ATMEGA8 AVR 8bit RISC microcontroller
1 U3 OPTOCOUPLER-NPN
1 U4 7812 12V Regulator
1 U5 7805 5V Regulator

Transistors
-----------
6 Q1-Q5,Q7 BC328 pnp 800mA transistor
1 Q6 2N2222A npn 800mA transistor

Diodes
------
1 D4 1N4001

Miscellaneous
-------------
1 BR1 Any diode bridge > 1A
1 FU1 1A fuse
1 J1 AC OUT socket
1 J2 CONN-DIL14 14 pin header for the connection with the
led board
1 J3 BUZZER
1 J4 SET button
1 J5 START/STOP button
1 J6 POWER LED
1 J7 AC IN socket
1 RL1 12V relay
1 TR1 220V/14V 1VA transformer (from an old Radio)
 

Download Parts List in txt format

 

Ομοίως το schematic για την οθόνη απεικόνισης

LED BOARD SCHEMATIC

click on schematic for higher resolution or download it in PDF format

 

QTY PART-REFS VALUE
--- --------- -----
Diodes
------
2 D1,D2 LED-GREEN
 

Miscellaneous
-------------
1 J1 CONN-DIL14 for the connection with the main unit
4 LED0-LED3 Common Cathode 7segment displays
 

Download Parts List in txt format
 

Έλεγξα την ορθότητα των schematics τόσο σε πραγματικό χρόνο όσο και σε επίπεδο προσομοίωσης. Και μιλώντας για προσομοίωση εννοώ ότι χρησιμοποίησα κάποιο λογισμικό προσομοίωσης ηλεκτρονικών κυκλωμάτων όπως το Proteus VSM (...ίσως και να μην υπάρχει άλλο ανταγωνιστικό του). Αυτή τη στιγμή δεν κάνω κάποιο είδος διαφήμισης αλλά το Proteus VSM είναι ένα εξαιρετικό λογισμικό και για όσους δεν έχουν καν ακούσει γι’ αυτό συνιστώ να το δοκιμάσουν τουλάχιστον σαν demo version από το  www.labcenter.co.uk

Αφού το κύκλωμα ήταν λειτουργικό σε επίπεδο προσομοίωσης, το δοκίμασα και στο ράστερ διορθώνοντας τα προβλήματα που δεν μπορούσαν να προβλεφθούν από την προσομοίωση.

Στο εξής βίντεο φαίνεται ο χρονομετρητής να δουλεύει πάνω στο ράστερ.

 

Video 1


Έτσι, αφού διαβεβαίωσα ότι όλα λειτουργούσαν όπως έπρεπε, ήταν καιρός να κατασκευάσω τα τελευταία μου καλωδιομένα PCBs!
 

Ξεκίνησα με τις οθόνες απεικόνισης

έπειτα με την main unit


Και συνέδεσα τις βαθμίδες μεταξύ τους με 14pin καλώδιο


Εδώ υπάρχει ένα video που δείχνει τον χρονομετρητή να σβήνει τα φώτα του γραφείου μου μετά από 10 δευτερόλεπτα.
 

Video 2

 

Ενώνοντας τα κομμάτια...


Μέχρις εδώ όλα καλά! Όλα λειτουργούν καλά και είναι καιρός να τοποθετήσουμε τον χρονομετρητή και το σύστημα λαμπτήρων στο κουτί. Ένα γενικό διάγραμμα για να κατανοηθεί καλύτερα η θέση της κάθε βαθμίδας είναι το ακόλουθο

Πρώτα εγκαθίσταται μια πρίζα στο πίσω μέρος του κουτιού, μετά τα ballasts, η main unit, η οθόνη με τους διακόπτες 
 


και αφού εγκαταστήσουμε και το ράφι, ο Θάλαμος εμφάνισης PCB είναι έτοιμος
 


σε αυτό το βίντεο μπορείτε να δείτε τον θάλαμο εμφάνισης σε λειτουργία.


Video 3

 

Όπως είδατε άφησα την κάμερα να βιντεοσκοπεί και απομακρύνθηκα(!), αφού η UVA ακτινοβολία είναι βλαβερή και επικίνδυνη. Ποτέ να μην κοιτάτε τις λάμπες ευθέως.

 

PCBs


LED board layout -  Download it in PDF
 

LED board pcb -  Download it in PDF

 


Main board pcb -  Download it in PDF
 

Main board pcb -  Download it in PDF

 

Αυτό ήταν...

Αυτό ήταν όλο! Ελπίζω αυτός ο οδηγός να σας παρακινήσει να φτιάξετε και σεις τον δικό σας Θάλαμο Εμφάνισης PCB, ή τουλάχιστον να σας κάνει να ασχοληθείτε μ’ αυτά τα μικρά διαμαντάκια τους μικροελεγκτές. Για να είμαι ειλικρινής και εγώ κινητοποιήθηκα από παρόμοιους οδηγούς και είμαι ευγνώμων σ’ αυτούς που τους δημοσίευσαν, και θέλησαν να μοιραστούν την εμπειρία τους με εμένα και τους υπόλοιπους του αντικειμένου.
Για οποιαδήποτε βοήθεια, ερωτήσεις σκοτεινά σημεία mail me at aetheodhotmail.com

Ειδικές ευχαριστίες στους Βασίλη Παπανικολάου, Πέτρο Μακρή και τα παιδιά του www.electronics-lab.com

 

Το επόμενο βήμα...

Αν λοιπόν κατάφερες να κατασκευάσεις και εσύ τον δικό σου Θάλαμο Εμφάνισης PCB είσαι πλέον έτοιμος να αξιοποιήσεις την συσκευή σου και να τυπώσεις τα δικά σου PCB. Εδώ, υπάρχει ένας εξαιρετικός οδηγός περί φωτο-έκθεσης και αποχάλκωσης από τον Πέτρο Μακρή. Ρίξε του μια ματιά...

 

Download


Κατεβάστε αυτό το project σε zip

 
 

 
120x90 spot

 

 

Search Site | Advertising | Contact Us
Elektrotekno.com | Free Schematics Search Engine | Electronic Kits