Lampada UV - SRO2003: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Ciao!

Oggi vi presento la realizzazione di una lampada UV LED. Mia moglie è una designer di gioielli in fimo e usa spesso la resina per realizzare le sue creazioni. In linea di massima si usa una resina classica che polimerizza semplicemente all'aria aperta, funziona bene ma è abbastanza lunga da diventare solida (circa 2 giorni). Ma recentemente ha scoperto una resina che polimerizza grazie ai raggi UV, basta esporre l'oggetto resinato a una fonte di raggi UV per un breve periodo per rendere solida la resina. Quando ha ordinato la resina ha esitato a comprare una lampada (non costa molto…) ma l'ho interrotta subito dicendo: HO LED UV! NON SO COSA FARE, POSSO FARE LA TUA LAMPADA!!! (sì, a volte reagisco un po' troppo velocemente quando si tratta di elettronica…;))

E così eccomi qui a provare a fare una lampada con quello che ho nel fondo dei miei cassetti…

Fase 1: Obblighi

- La luce emessa dalla lampada deve essere il più omogenea possibile, la lampada deve illuminare l'intero oggetto che verrà posizionato al di sotto.

- La lampada deve avere un conto alla rovescia regolabile di almeno 1 minuto e 30 secondi

- La lampada deve essere abbastanza grande da coprire oggetti fino a 6 cm di diametro ma non deve essere troppo ingombrante.

- La lampada deve essere facilmente spostabile.

- La lampada deve essere alimentata da una fonte di alimentazione "sicura" (batteria/adattatore)

Passaggio 2: strumenti e componenti elettronici

Componenti elettronici:

- 1 Microchip PIC 16F628A

- 2 pulsanti di commutazione momentanei

- 2 transistor BS170

- 1 transistor 2N2222

- Display numerico a 2 cifre singole

- 1 LED rosso 5mm

- 17 LED UV 5mm

- 8 resistenze 150 ohm

- 17 resistori 68 ohm

- 2 resistenze 10 Kohm

- 1 resistenza da 220 ohm

- 1 cicalino

- 2 schede PCB

- filo di avvolgimento (es: 30 AWG)

Altri componenti:

- 8 distanziali

- alcune viti

- 1 tappo per tubo in pvc (100mm)

- 1 manicotto in pvc (100mm)

- guaine termoretraibili

Utensili:

- un trapano

- Saldatore a filo di saldatura

- un programmatore per iniettare il codice in un Microchip 16F628 (es. PICkit 2)

Ti consiglio di usare Microchip MPLAB IDE (freeware) se vuoi modificare il codice ma ti servirà anche il compilatore CCS (shareware). Puoi anche usare un altro compilatore ma avrai bisogno di molte modifiche nel programma. Ma ti fornirò il. File HEX in modo da poterlo iniettare direttamente nel microcontrollore.

Passaggio 3: schematico

Ecco lo schema creato con CADENCE Capture CIS Lite. Spiegazione del ruolo dei componenti:

- 16F628A: microcontrollore che gestisce ingressi/uscite e tempo per il conto alla rovescia

- SW1: pulsante di impostazione del timer - SW2: pulsante di avvio

- FND1 e FND2: display numerici a cifre per indicare il tempo del conto alla rovescia

- U1 e U2: transistor di potenza per display numerici a cifre (multiplexing)

- Q1: transistor di potenza per l'accensione dei led UV

- D2 a D18: LED UV

- D1: LED di stato, si accende quando i LED UV sono accesi

- LS1: buzzer che emette un suono al termine del conto alla rovescia

Fase 4: Calcoli e Prototipazione su Breadboard

Assembliamo i componenti su una breadboard secondo lo schema sopra e programmiamo il microcontrollore!

Ho diviso il sistema in più parti prima di assemblare il tutto:- una parte per i led UV

- una parte per la gestione del display

- una parte per la gestione dei pulsanti e degli indicatori luminosi/acustici

Per ogni parte ho calcolato i valori dei diversi componenti e poi ho verificato il loro corretto funzionamento sulla breadboard.

La parte dei led UV: I led sono collegati al Vcc (+5V) sui loro anodi tramite le resistenze e sono collegati a GND sui loro catodi tramite il transistor Q1 (2N2222).

Per questa parte è semplicemente necessario calcolare la resistenza di base necessaria affinché il transistor abbia una corrente sufficiente per saturarlo correttamente. Ho scelto di fornire ai led UV una corrente di 20mA per ciascuno di essi. Ci sono 17 led, quindi ci sarà una corrente totale di 17*20mA=340mA che attraverserà il transistor dal suo collettore al suo emettitore.

Ecco i diversi valori utili dalla documentazione tecnica per fare i calcoli: Betamin=30 Vcesat= 1V (circa…) Vbesat=0.6V

Conoscendo il valore della corrente sul collettore del transistor e quello Betamin possiamo dedurre da esso la corrente minima da avere sulla base del transistor affinché sia saturato: Ibmin=Ic/Betamin Ibmin=340mA/30 Ibmin= 11,33 mA

Prendiamo un coefficiente K=2 per essere sicuri che il transistor sia saturo:

Ibsat=Ibmin * 2

Ibsat= 22,33 mA

Ora calcoliamo il valore del resistore di base per il transistor:

Rb=(Vcc-Vbesat)/Ibsat

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

Rb=200 ohm

Scelgo un valore standard dalla serie E12: Rb=220 ohm In linea di massima avrei dovuto scegliere un resistore con un valore normalizzato uguale o inferiore a 200 ohm ma non avevo più molta scelta nei valori per i resistori quindi ho preso il più vicino valore.

La parte di gestione del display:

Calcolo della resistenza di limitazione della corrente per i segmenti del display:

Ecco i diversi valori utili dalla documentazione tecnica (display digit e transistor BS170) per effettuare i calcoli:

Vf=2V

Se=20mA

Calcolo del valore limite attuale:

R=Vcc-Vf/Se

R=5-2/20mA

R=150 ohm

Scelgo un valore standard della serie E12: R=150 ohm

Gestione del multiplexing:

Ho scelto di utilizzare la tecnica del display multiplexato per limitare il numero di fili necessari per controllare i caratteri sui display. C'è un display che corrisponde alla cifra delle decine e un altro display che corrisponde alla cifra delle unità. Questa tecnica è abbastanza semplice da implementare, ecco come funziona (es: visualizzare il numero 27)

1 - il microcontrollore invia segnali su 7 uscite corrispondenti al carattere da visualizzare per la cifra delle decine (cifra 2) 2 - il microcontrollore attiva il transistor che alimenta il display che corrisponde alle decine 3 - trascorre un ritardo di 2ms 4 - il il microcontrollore disattiva il transistor che alimenta il display che corrisponde alle decine 5 - il microcontrollore invia segnali su 7 uscite corrispondenti al carattere da visualizzare per la cifra delle unità (cifra 7) 6 - il microcontrollore attiva il transistor che alimenta il display corrispondente alle unità 7 - trascorre un ritardo di 2ms 8 - il microcontrollore disabilita il transistor che alimenta il display corrispondente alle unità

E questa sequenza si ripete in loop molto velocemente in modo che l'occhio umano non percepisca il momento in cui uno dei display è spento.

La parte pulsanti e indicatori luminosi/acustici:

Ci sono pochissimi test hardware e ancora meno calcoli per questa parte.

Si calcola che la resistenza di limitazione della corrente per il led di stato:R=Vcc-Vf/If R=5-2/20mA R= 150 ohm

Scelgo un valore standard della serie E12: R=150 ohm

Per i pulsanti ho semplicemente verificato di essere in grado di rilevare la pressione grazie al microcontrollore e di incrementare il numero di pressioni sui display. Ho anche testato l'attivazione del cicalino per vedere se funzionava correttamente.

Vediamo come tutto questo viene gestito con il programma…

Passaggio 5: il programma

Il programma è scritto in linguaggio C con MPLAB IDE e il codice è compilato con il compilatore CCS C.

Il codice è completamente commentato e abbastanza semplice da capire ti faccio scaricare i sorgenti se vuoi sapere come funziona o se vuoi modificarlo.

L'unica cosa un po' complicata forse è la gestione del conto alla rovescia con il timer del microcontrollore, cercherò di spiegare abbastanza velocemente il principio:

Una funzione speciale viene chiamata ogni 2ms dal microcontrollore, questa è la funzione chiamata RTCC_isr() nel programma. Questa funzione gestisce il multiplexing del display e anche la gestione del conto alla rovescia. Ogni 2ms i display vengono aggiornati come spiegato sopra, e contemporaneamente viene richiamata anche la funzione TimeManagment ogni 2ms e gestisce il valore del conto alla rovescia.

Nel loop principale del programma c'è semplicemente la gestione dei pulsanti, è in questa funzione che c'è l'impostazione del valore del conto alla rovescia e il pulsante per avviare l'accensione dei LED UV e il conto alla rovescia.

Vedi sotto un file zip del progetto MPLAB:

Passaggio 6: saldatura e assemblaggio

Ho distribuito l'intero sistema su 2 schede: una scheda supporta le resistenze dei LED UV e un'altra scheda che supporta tutti gli altri componenti. Ho poi aggiunto dei distanziatori per sovrapporre le carte. La cosa più complicata è stata saldare tutte le connessioni della scheda superiore, soprattutto a causa dei display che richiedono molti fili, anche con il sistema multiplexing…

Ho consolidato le connessioni e il filo con colla a caldo e guaina termoretraibile per ottenere il risultato più pulito possibile.

Ho quindi tracciato dei segni sulla calotta in PVC in modo da distribuire al meglio i LED per ottenere la luce più uniforme possibile. Poi ho praticato i fori con il diametro dei led, dalle foto si vede che ci sono più led al centro è normale perchè la lampada servirà principalmente per emettere luce su piccoli oggetti.

(Potete vedere nelle foto di presentazione all'inizio del progetto che il tubo in PVC non è dipinto come il tappo, è normale che mia moglie voglia decorarlo da sola… se un giorno avrò delle foto le aggiungerò!)

E infine ho saldato un connettore USB femmina in modo da poter alimentare la lampada con un caricabatteria per cellulare o una batteria esterna ad esempio (tramite un cavo maschio-maschio che avevo in casa…)

Ho fatto molte foto durante la realizzazione e sono abbastanza "parlanti".

Passaggio 7: diagramma di funzionamento del sistema

Ecco lo schema di come funziona il sistema, non il programma. È una specie di mini manuale utente. Ho messo il file PDF dello schema come allegato.

Passaggio 8: video

Passaggio 9: conclusione

Questa è la fine di questo progetto che definirei "oportunista", infatti ho realizzato questo progetto per soddisfare un'esigenza immediata, quindi l'ho fatto con l'attrezzatura di recupero che già avevo ma sono comunque abbastanza orgoglioso del risultato finale, soprattutto l'aspetto estetico piuttosto pulito che sono riuscito a ottenere.

Non so se il mio stile di scrittura sarà corretto perché sto usando in parte un traduttore automatico per andare più veloce e poiché non parlo inglese in modo nativo penso che alcune frasi saranno probabilmente strane per le persone che scrivono perfettamente l'inglese. Quindi grazie al traduttore DeepL per il suo aiuto;)

Se avete domande o commenti su questo progetto, fatemelo sapere!