Устройство ультрафиолетового облучения для изготовления печатных плат — Страница 2 — Меандр

Таймер

Для того чтобы усовершенствовать мой ультрафиолетовый ящик, я спроектировал и встроил в него таймер обратного отсчета.

Есть несколько других решений этой задачи, но чтобы улучшить прибор, я хотел бы добавить ему следующие ключевые функции:

— Точное отображение времени

— Регулируемое время, разрешение 10 сек

— Пуск / пауза процедуры

— Автоматическая пауза и выключение УФ-светодиодов, когда ящик открыт

— Наличие предварительно записанных в память значений времени для легкого доступа

Реализация мер безопасности проста, переключатель на ящике может управлять либо, красными, либо УФ-светодиодами. Таймер должен контролировать УФ-светодиоды, для этого я использовал МДП-транзистор. Кроме того, необходимо знать, какое состояние крышки ящика. Я построил схему, которая справляется со всеми вышепоставленными задачами. Схематическую концепцию можно увидеть ниже:

Символически схема показывает матрицу красных и ультрафиолетовых светодиодов в основной ячейке: на панели серии из трёх светодиодов и резистора повторяются. Как видите, включить УФ-светодиоды невозможно, если крышка ящика открыта, даже если такая команда будет поступать от микроконтроллера (МК). МК может зажечь УФ-светодиоды с помощью полевого транзистора только когда крышка ящика закрыта. Эта функция прописана в программном коде. Для того чтобы определить, открыт ящик или нет, микроконтроллер отслеживает состояние катода красной светодиодной матрицы. Когда крышка закрыта, он заземлён и микроконтроллер считывает низкий логический уровень напряжения, когда открыта, красные светодиоды начинают производить ток, МК считывает высокий логический уровень. Сила производимого тока маленькая, ток ограничен резистором (10 кОм) и, следовательно, МК может посчитать, что красные светодиоды не включены. Я мог бы оставить их постоянно зажженными, и это бы не повлияло на функционирование устройства, но прибавило бы расходов и тепла, которое необходимо рассеять на нижней панели.
Хотя это не совсем оправдано, я решил поработать в полную силу и собрал схему таймера с дисплеем. Вариантов реализации – море, начиная с простой схемы включения таймера 555. Я хотел, чтобы схема была компактной, так что мелкие SMD компоненты используются, где только можно.
Дисплей — KW4-361ASB Luckylight. Это маленький, семисегментный четырёхразрядный дисплей, высотой знака 9,2 мм. Я выбрал такой дисплей по двум основным критериям: во первых, хотел чтобы он был маленьким и эффективным настолько, чтобы даже небольших значений тока хватало для достаточной яркости подсветки, во вторых, желательно, чтобы дисплей был мультиплексным, так как это упрощает топологию печатной платы.
В качестве микроконтроллера выбрал ATTiny2313, так как ему присущи все функции, необходимые для выполнения поставленных задач: достаточная нагрузочная способность ножек, таймер, нужное количество ножек и объём памяти. В наличии также встроенный генератор, но я не использовал его, потому что посчитал допуск по частоте в пределах 10% слишком высоким для этого проекта. Позже я добавил на плату кристалл кварца, но с поправкой исходного значения таймера конкретно для моей цепи, чтобы компенсировать внутреннее отклонение частоты осциллятора. Определить поправку было просто, так как я знал, что частота обновления экрана для дисплея должна быть равна 50 Гц, поэтому мне понадобился частотомер. Я считаю, что частота обновления не должна изменяться, поэтому определённая поправка будет достаточной при колебании частоты менее 2-3%. Я предлагаю использовать кристалл кварца, но это не обязательно, можете делать по-моему или просто принять максимальный допуск генератора равным 10%.

Для включения УФ-светодиодов используется TSM2302 МДП-транзистор, ток истока которого равен 3.6 A, что более чем достаточно для обеих плат. Могут быть использованы другие транзисторы, например такие как IRLML0060TRPBF.

Кроме этого, на плате таймера есть четыре кнопки, стабилизатор 7805 и разъёмы. Кнопки выполняют следующие функции (слева направо): старт/пауза таймера, добавить ещё 10 секунд, отнять 10 секунд, установка уже заданных значений из памяти.
Поскольку программное обеспечение позволяет удобно подключить дисплей, я решил установить разъёмы так, чтобы как можно больше упростить топологию печатной платы, и именно поэтому схема не очень проста.

Соединение переключателя на крышке ящика и светодиодных матриц показано ниже:

Готовая печатная плата показана ниже, она очень компактна и выполнена в размерах менее 6×3.5 см:

На плате нет программируемого разъёма по двум причинам: я хотел, чтобы сделать плату как можно более компактной и, по факту, это тип схемы требует единичного программирования (для конечного пользователя). Так как все контакты, необходимые для программирования, подключены к дисплею, то легко подсоединить несколько проводов к программатору. Как я это сделал, видно на фото ниже: