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.
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:
- САПР для разработки корпуса FreeCAD
- САПР для разработки печатных плат KiCad EDA
- Среда разработки Arduino IDE
- Ядро ATTinyCore
Исходные файлы проекта:
