UVLamp - SRO2003: 9 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Ahoj!

Dnes vám představím realizaci UV LED lampy. Moje žena je návrhářka šperků z polymerové hlíny a na své výtvory často používá pryskyřici. V zásadě používá klasickou pryskyřici, která jednoduše polymeruje na čerstvém vzduchu, funguje dobře, ale je dostatečně dlouhá na to, aby ztuhla (asi 2 dny). Nedávno ale objevila pryskyřici, která polymeruje díky UV světlu, stačí pryskyřičný předmět na krátkou dobu vystavit zdroji ultrafialových paprsků, aby byla pryskyřice pevná. Když si objednala pryskyřici, váhala s koupí lampy (moc to nestojí…), ale hned jsem to zastavil a řekl: MÁM UV LED! NEVÍM, S ČÍM DĚLAT, MŮŽU VÁM VYROBIT SVĚTLO !!! (ano, někdy reaguji příliš rychle, pokud jde o elektroniku …;))

A tak se zde snažím vyrobit lampu s tím, co mám v dně zásuvky …

Krok 1: Povinnosti

- Světlo vyzařované lampou by mělo být co nejhomogennější, lampa by měla osvětlovat celý předmět, který bude umístěn níže.

- Lampa musí mít nastavitelný čas odpočítávání alespoň 1 minutu 30 sekund

- Lampa by měla být dostatečně velká, aby zakrývala předměty až do průměru 6 cm, ale neměla by být příliš objemná.

- Žárovka musí být snadno pohyblivá.

- Lampa musí být napájena „bezpečným“zdrojem energie (baterie/adaptér)

Krok 2: Nástroje a součásti elektroniky

Elektronické komponenty:

- 1 mikročip PIC 16F628A

- 2 okamžitá spínací tlačítka

- 2 tranzistory BS170

- 1 tranzistor 2N2222

- 2 jednociferné číselné zobrazení

- 1 červená LED 5 mm

- 17 UV LED 5 mm

- 8 odporů 150 ohmů

- 17 odporů 68 ohmů

- 2 odpory 10 Kohm

- 1 odpor 220 ohmů

- 1 bzučák

- 2 desky plošných spojů

- ovinovací drát (např.: 30 AWG)

Ostatní komponenty:

- 8 podložek

- nějaké šrouby

- 1 víčko trubice z PVC (100 mm)

- 1 trubková objímka z PVC (100 mm)

- smršťovací bužírky

Nástroje:

- vrtačka

- páječka- svařovací drát

- programátor pro vložení kódu do Microchip 16F628 (např. PICkit 2)

Doporučuji vám použít Microchip MPLAB IDE (freeware), pokud chcete upravit kód, ale budete také potřebovat kompilátor CCS (shareware). Můžete také použít jiný kompilátor, ale v programu budete potřebovat mnoho změn. Ale já vám poskytnu. HEX, abyste jej mohli aplikovat přímo do mikrokontroléru.

Krok 3: Schéma

Zde je schéma vytvořené pomocí CADENCE Capture CIS Lite. Vysvětlení role součástí:

- 16F628A: mikrokontrolér, který spravuje vstupy/výstupy a čas pro odpočítávání

- SW1: tlačítko nastavení časovače- SW2: tlačítko spuštění

- FND1 a FND2: číselné číselné displeje indikující čas odpočítávání

- U1 a U2: výkonové tranzistory pro číselné číselné displeje (multiplexování)

- Q1: výkonový tranzistor k napájení na LED diodách

- D2 až D18: LED diody UV

- D1: stavová LED, rozsvítí se při zapnutí LED diod

- LS1: bzučák, který vydává zvuk, když odpočítávání skončí

Krok 4: Výpočty a prototypování na prkénku

Sestavíme součásti na prkénko podle výše uvedeného schématu a naprogramujeme mikrokontrolér!

Před sestavením celku jsem systém rozdělil na několik částí:- část pro LED diody

- část pro správu zobrazení

- část pro správu tlačítek a světelných/zvukových indikátorů

Pro každou část jsem vypočítal hodnoty různých komponent a poté zkontroloval jejich správnou funkci na prkénku.

Část UV LED: LED diody jsou připojeny k Vcc (+5 V) na jejich anodách přes odpory a jsou připojeny k GND na jejich katodách přes tranzistor Q1 (2N2222).

Pro tuto část je jednoduše nutné vypočítat základní odpor potřebný k tomu, aby tranzistor měl dostatečný proud, aby jej správně nasytil. Rozhodl jsem se dodávat pro každou z nich LED diody s proudem 20 mA. Existuje 17 LED, takže bude existovat celkový proud 17*20mA = 340mA, který bude procházet tranzistorem z jeho kolektoru na jeho emitor.

Zde jsou různé užitečné hodnoty z technické dokumentace pro provádění výpočtů: Betamin = 30 Vcesat = 1V (přibližně…) Vbesat = 0,6V

Známe -li hodnotu proudu na kolektoru tranzistoru a betaminu, můžeme z něj odvodit minimální proud na bázi tranzistoru, aby byl nasycen: Ibmin = Ic/Betamin Ibmin = 340mA/30 Ibmin = 11,33mA

Vezmeme koeficient K = 2, abychom se ujistili, že je tranzistor nasycený:

Ibsat = Ibmin * 2

Ibsat = 22,33mA

Nyní vypočítáme hodnotu základního odporu pro tranzistor:

Rb = (Vcc-Vbesat)/Ibsat

Rb = (5-0,6)/22,33mA

Rb = 200 ohmů

Vybral jsem standardní hodnotu z řady E12: Rb = 220 ohmů V zásadě jsem měl zvolit odpor s normalizovanou hodnotou rovnou nebo nižší než 200 ohmů, ale už jsem neměl příliš velký výběr hodnot pro odpory, takže jsem vzal nejbližší hodnota.

Část správy displeje:

Výpočet odporu omezujícího proud pro segmenty displeje:

Zde jsou různé užitečné hodnoty z technické dokumentace (číslicový displej a tranzistor BS170) pro provedení výpočtů:

Vf = 2V

If = 20mA

Výpočet aktuální mezní hodnoty:

R = Vcc-Vf/If

R = 5-2/20mA

R = 150 ohmů

Vybírám standardní hodnotu z řady E12: R = 150 ohm

Správa multiplexování:

Rozhodl jsem se použít techniku multiplexovaného zobrazení k omezení počtu vodičů potřebných k ovládání znaků na displejích. Existuje displej, který odpovídá desítkové číslici a další displej, který odpovídá číslici jednotek. Tato technika je velmi jednoduchá na implementaci, zde je návod, jak funguje (např: zobrazení čísla 27)

1 - mikrokontrolér vysílá signály na 7 výstupech odpovídajících znaku, který má být zobrazen pro desítky číslic (číslice 2) 2 - mikrokontrolér aktivuje tranzistor, který napájí displej, který odpovídá desítkám 3 - uplyne zpoždění 2 ms 4 - mikrokontrolér deaktivuje tranzistor, který napájí displej, který odpovídá desítkám 5 - mikrokontrolér vysílá signály na 7 výstupů odpovídajících znaku, který má být zobrazen pro číslici jednotek (číslice 7) 6 - mikrokontrolér aktivuje tranzistor, který napájí displej odpovídající jednotkám 7 - uplyne zpoždění 2 ms 8 - mikrokontrolér deaktivuje tranzistor, který napájí displej odpovídající jednotkám

A tato sekvence se velmi rychle opakuje ve smyčce, takže lidské oko nevnímá okamžik, kdy je jeden z displejů vypnutý.

Část tlačítek a světelných/zvukových indikátorů:

Hardwarové testování a ještě menší výpočet pro tuto část.

Vypočítá se, že proud omezující odpor pro stavovou LED: R = Vcc-Vf/If R = 5-2/20mA R = 150 ohm

Vybírám standardní hodnotu z řady E12: R = 150 ohm

U tlačítek jsem jednoduše zkontroloval, že jsem schopen detekovat stisk díky mikrokontroléru a zvýšit počet stisknutí na displejích. Testoval jsem také aktivaci bzučáku, abych zjistil, zda funguje správně.

Podívejme se, jak je to všechno s programem zpracováno …

Krok 5: Program

Program je napsán v jazyce C s MPLAB IDE a kód je kompilován pomocí kompilátoru CCS C.

Kód je plně komentovaný a celkem snadno pochopitelný. Nechám vás stáhnout zdroje, pokud chcete vědět, jak to funguje, nebo pokud to chcete upravit.

Jediná trochu komplikovaná věc je snad správa odpočítávání pomocí časovače mikrokontroléru, pokusím se dostatečně rychle vysvětlit princip:

Mikrokontrolér volá každé 2 ms speciální funkci, v programu se jedná o funkci RTCC_isr (), která spravuje multiplexování displeje a také správu odpočítávání. Každé 2 ms se displeje aktualizují, jak je vysvětleno výše, a současně se funkce TimeManagment také nazývá každé 2 ms a spravuje hodnotu odpočítávání.

V hlavní smyčce programu je jednoduše správa tlačítek, v této funkci je nastavení hodnoty odpočítávání a tlačítka pro spuštění rozsvícení UV LED a odpočítávání.

Níže naleznete zip soubor projektu MPLAB:

Krok 6: Pájení a montáž

Celý systém jsem distribuoval na 2 desky: jedna deska podporuje odpory UV LED a druhá deska, která podporuje všechny ostatní komponenty. Poté jsem přidal mezerníky pro překrytí karet. Nejsložitější bylo pájet všechna připojení horní desky, zejména kvůli displejům, které vyžadují mnoho vodičů, a to i v případě multiplexního systému…

Spoje a drát jsem spojil tavným lepidlem a teplem smrštitelným pláštěm, abych získal co nejčistší výsledek.

Poté jsem na čepici z PVC vytvořil značky, abych LEDky rozdělil co nejlépe, abych získal co nejrovnoměrnější světlo. Poté jsem vyvrtal otvory o průměru LED diod, na obrázcích vidíte, že ve středu je více LED diod je to normální, protože lampa bude sloužit hlavně k vyzařování světla na malé předměty.

(Na prezentačních obrázcích na začátku projektu můžete vidět, že PVC trubka není namalovaná jako čepice, je normální, že si ji moje žena chce ozdobit sama … pokud jednoho dne budu mít obrázky, přidám je!)

A nakonec jsem připájel samičí USB konektor, abych mohl lampu napájet například nabíječkou mobilního telefonu nebo externí baterií (pomocí kabelu muž-muž, kterého jsem měl doma …)

Během realizace jsem nafotil spoustu obrázků a docela „povídají“.

Krok 7: Provozní schéma systému

Zde je schéma fungování systému, nikoli programu. Je to jakýsi mini uživatelský manuál. Jako přílohu jsem vložil soubor PDF s diagramem.

Krok 8: Video

Krok 9: Závěr

Toto je konec tohoto projektu, který bych nazval "oportunistou", skutečně jsem tento projekt vytvořil, abych splnil okamžitou potřebu, takže jsem to udělal s regeneračním vybavením, které jsem již měl, ale přesto jsem docela hrdý na konečný výsledek, zvláště docela čistý estetický aspekt, který se mi podařilo získat.

Nevím, jestli bude můj styl psaní správný, protože částečně používám automatický překladač, abych šel rychleji, a protože nemluvím nativně anglicky, myslím si, že některé věty budou pravděpodobně divné pro lidi, kteří píší anglicky perfektně. Takže díky překladači DeepL za pomoc;)

Pokud máte k tomuto projektu jakékoli dotazy nebo připomínky, dejte mi prosím vědět!