Электроника для самых маленьких: или еще один UV излучатель для активации фотополимера

Однажды в своих запасах я наткнулся на пакет с микроконтроллерами ATtiny2313A, которые были куплены по акции лет шесть назад на всем известном китайском маркетплейсе и успешно заброшены в дальний угол. Эта неожиданная находка побудила меня создать простое и компактное устройство, которое имеет важное значение для производства прототипов печатных плат в домашних условиях. И что из этого получилось — об этом далее.

❯ Цели, мотивации, причины

В первую очередь, мне хотелось вспомнить прошлое и поработать с ATtiny2313 — одним из моих любимых микроконтроллеров в доардуиновскую эпоху. Во вторых, собрать компактное устройство для засветки фоторезиста. В третьих, Just For Fun еще никто не отменял).

Функционал устройства

Функционал устройства примитивный, нам необходим таймер экспозиции, соответственно нужно реализовать элементы управления в виде кнопок пуск/стоп и установки времени таймера. Для взаимодействия с пользователем будет использоваться дешевый четырехразрядный семисегментный индикатор с общим катодом, а питание устройства будет выполняться от стандартного USB порта с напряжением питания 5 В. В качестве источника UV излучения будет использоваться массив светодиодов.

Что там по компонентам?

Для реализации задуманного, нам необходимы следующие компоненты:

Сердце нашего проекта ATTINY2313A-SU(SOP-20) — 1 шт ($4)
Цифровой индикатор красный, KEM-5461AR — 1 шт ($2)
Светодиод Galaxy light 5MM UV (395 ~ 400 нм) — 63 шт ($0,6 за 100 шт)
Транзистор AOD208 — 1 шт ($0,8)

Стоимость SMD резисторов и конденсаторов я не учитывал, мосфет можно взять из VRM системы, например, старой материнской платы.

Принципиальная схема и печатная плата

Для разработки принципиальной схемы и печатной платы я использовал кроссплатформенную САПР KiCad EDA, ниже приведены результаты проектирования.

Принципиальная схема устройства

Рендер печатных плат

Изготовление печатной платы

Печатная плата изготавливалась в домашних условиях, с применением фоторезиста и фотошаблона. Ниже результат изготовления платы.

Плата блока управления после травления

Микро ПО устройства, оно же прошивка

Чтобы не пугать начинающих инженеров и для упрощения реализации, разработка микро ПО велась в среде Arduino IDE с применением ядра ATTinyCore. Прошивка микроконтроллера выполняется по SPI интерфейсу с помощью специализированных программаторов, но, к счастью, в качестве программатора можно использовать платы Arduino. Заострять внимание на процедуре прошивки по SPI в этой статье не будем, в интернете достаточно доступной информации по данному вопросу. Исходный код прошивки будет размещен в конце статьи. Так как у нас задействованы все пины микроконтроллера и нет возможности использовать внешний кварцевый резонатор для тактирования, то нам необходимо задействовать внутренний тактовый генератор для работы ATtiny2313. В Arduino IDE конфигурация выполняется следующим образом:

После выбора конфигурации нам необходимо нажать на пункт «Записать загрузчик», данная операция запишет в память микроконтроллера конфигурационные FUSE биты.

Корпус устройства

Корпус устройства довольно простой и компактный, который разрабатывался в соответствии с размерами печатных плат. Разработка корпуса выполнялась в САПР FreeCAD, далее элементы корпуса были распечатаны на 3D принтере.

Рендер корпуса

Сборка устройства и тест

Тестовое включение

Так выглядит массив светодиодов устройства

Массив светодиодов при работе

Устройство в собранном виде

Как можно видеть на изображении, время на индикаторе разделяется точкой на минуты и секунды. Для установки времени экспозиции используются две правые кнопки «-» и «+». Для запуска таймера и активации светодиодов используется крайняя левая кнопка, если нажать на эту кнопку при нулевом значении таймера, то она будет просто выполнять функцию включения / выключения массива светодиодов.

❯ Итоги

В результате у нас получилось простое и компактное устройство с равномерным световым потоком для активации фотополимеров в домашнем производстве печатных плат и не только. Надеюсь мой опыт будет вам полезен. Спасибо за уделенное время! Ниже представлено видео демонстрации работы.

Бонусный контент: Изготовление платы с помощью описанного устройства

Ниже приведен пример изготовления звуковой платы из моего проекта «Моя б̶е̶з̶умная колонка или бюджетный DIY голосового ассистента для умного дома».

На фото процесс облучения, проявления и травления платы. Для проявления фоторезиста я использую десятипроцентный раствор гидроксида натрия, хардкорно но эффективно. :). Для травления платы я использую трехкомпонентный раствор из насыщенной алифатической трёхосновной гидроксикислоты, пероксида водорода и хлористого натрия.

На изображении показана плата после травления, минимальная толщина дорожки 0,25 мм. Для лужения платы я применил химический метод осаждения оловянного покрытия, погрузив плату, предварительно очистив медную поверхность с помощью чистящего средства Comet, в раствор двухлористого олова и выдержал пару минут (рекомендуется 15 мин). После химического лужения, с помощью термофена припаял элементы к плате, но для более «чистого» монтажа рекомендую применять термостол. Как можно видеть, я ошибся с размером контактных площадок под сверление, поэтому часть площадки было утрачено. А если нанести маску, то плата заиграет новыми красками.

Полезные ссылки к статье

ПО для разработки:

Исходные файлы проекта:

ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/782354/