UVLamp - SRO2003: 9 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Hoi!

Vandaag presenteer ik u de realisatie van een UV LED lamp. Mijn vrouw is een sieradenontwerper in polymeerklei en ze gebruikt vaak hars om haar creaties te maken. In principe gebruikt het een klassieke hars die gewoon in de open lucht polymeriseert, het werkt goed, maar het is lang genoeg om vast te worden (ongeveer 2 dagen). Maar onlangs ontdekte ze een hars die polymeriseert dankzij UV-licht, het is voldoende om het verharste object korte tijd bloot te stellen aan een bron van UV-stralen om de hars vast te maken. Toen ze de hars bestelde, aarzelde ze om een lamp te kopen (het kost niet veel…) maar ik stopte er meteen mee en zei: IK HEB UV-LEDS! IK WEET NIET WAT TE DOEN, IK KAN UW LAMP MAKEN!!! (ja ik reageer soms iets te snel als het om elektronica gaat…;))

En dus probeer ik hier een lamp te maken met wat ik in mijn ladebodems heb…

Stap 1: Verplichtingen

- Het door de lamp uitgestraalde licht moet zo homogeen mogelijk zijn, de lamp moet het gehele object dat eronder komt te verlichten.

- De lamp moet een instelbare afteltijd hebben van minimaal 1 minuut 30 seconden

- De lamp moet groot genoeg zijn om voorwerpen met een diameter tot 6 cm te bedekken, maar mag niet te groot zijn.

- De lamp moet gemakkelijk verplaatsbaar zijn.

- De lamp moet gevoed worden door een "veilige" stroombron (batterij/adapter)

Stap 2: Gereedschappen en elektronische componenten

Elektronische componenten:

-1 Microchip PIC 16F628A

- 2 momentschakelaars

- 2 transistoren BS170

- 1 transistor 2N2222

- 2 eencijferig numeriek display

- 1 rode LED 5mm

- 17 UV-LED 5 mm

- 8 weerstanden 150 ohm

- 17 weerstanden 68 ohm

- 2 weerstanden 10 Kohm

- 1 weerstand 220 ohm

- 1 zoemer

- 2 printplaten

- wikkeldraad (bijv.: 30 AWG)

Andere componenten:

- 8 afstandhouders

- enkele schroeven

- 1 pvc buisdop (100mm)

- 1 pvc pijpmof (100mm)

- krimpkousen

Gereedschap:

- een boormachine

- soldeerbout- lasdraad

- een programmeur om de code te injecteren in een Microchip 16F628 (bijv. PICkit 2)

Ik raad je aan om Microchip MPLAB IDE (freeware) te gebruiken als je de code wilt wijzigen, maar je hebt ook de CCS Compiler (shareware) nodig. Je kunt ook een andere compiler gebruiken, maar dan zul je veel wijzigingen in het programma nodig hebben. Maar ik zal u de. HEX-bestand zodat u het rechtstreeks in de microcontroller kunt injecteren.

Stap 3: Schematisch:

Hier is het schema gemaakt met CADENCE Capture CIS Lite. Toelichting op de rol van componenten:

- 16F628A: microcontroller die ingangen/uitgangen en tijd voor het aftellen beheert

- SW1: knop timerinstelling instellen- SW2: startknop

- FND1 en FND2: cijferdisplays om de afteltijd aan te geven

- U1 en U2: vermogenstransistors voor numerieke displays (multiplexing)

- Q1: vermogenstransistor om UV-leds aan te zetten

- D2 tot D18: UV-leds

- D1: status-LED, licht op wanneer UV-leds aan zijn

- LS1: zoemer die een geluid afgeeft wanneer het aftellen voorbij is

Stap 4: Berekeningen en prototypen op breadboard

Laten we de componenten volgens het bovenstaande schema op een breadboard assembleren en de microcontroller programmeren!

Ik heb het systeem in verschillende delen verdeeld voordat ik het geheel monteerde: - een deel voor UV-leds

- een onderdeel voor displaybeheer

- een onderdeel voor het beheer van drukknoppen en licht-/geluidsindicatoren

Voor elk onderdeel heb ik de waarden van de verschillende componenten berekend en vervolgens hun juiste werking op het breadboard gecontroleerd.

Het gedeelte UV-leds: De leds zijn via de weerstanden verbonden met de Vcc (+5V) op hun anodes en zijn verbonden met de GND op hun kathodes via transistor Q1 (2N2222).

Voor dit onderdeel is het eenvoudigweg nodig om de basisweerstand te berekenen die nodig is om de transistor voldoende stroom te laten hebben om deze correct te verzadigen. Ik heb ervoor gekozen om de UV-leds te voorzien van een stroomsterkte van 20mA per stuk. Er zijn 17 leds, dus er zal een totale stroom van 17*20mA=340mA zijn die de transistor van zijn collector naar zijn emitter zal kruisen.

Hier zijn de verschillende bruikbare waarden uit de technische documentatie om de berekeningen te maken: Betamin=30 Vcesat= 1V (ongeveer…) Vbesat=0.6V

Als we de waarde van de stroom op de collector van de transistor en de Betamin kennen, kunnen we daaruit de minimale stroom afleiden die op de basis van de transistor moet staan, zodat deze verzadigd is: Ibmin=Ic/Betamin Ibmin=340mA/30 Ibmin= 11.33mA

We nemen een coëfficiënt K=2 om er zeker van te zijn dat de transistor verzadigd is:

Ibsat=Ibmin * 2

Ibsat= 22.33mA

Laten we nu de basisweerstandswaarde voor de transistor berekenen:

Rb=(Vcc-Vbesat)/Ibsat

Rb=(5-0.6)/22.33mA

Rb=200 ohm

Ik kies een standaard waarde uit de E12 serie: Rb=220 ohm In principe had ik een weerstand moeten kiezen met een genormaliseerde waarde gelijk aan of lager dan 200 ohm maar ik had niet veel keuze in waardes voor de weerstanden dus ik nam de dichtstbijzijnde waarde.

Het displaybeheergedeelte:

Berekening van stroombegrenzingsweerstand voor displaysegmenten:

Hier zijn de verschillende bruikbare waarden uit de technische documentatie (digit display en BS170 transistor) om de berekeningen te maken:

Vf=2V

Als=20mA

Berekening van de huidige grenswaarde:

R=Vcc-Vf/If

R=5-2/20mA

R=150 ohm

Ik kies een standaard waarde uit de E12 serie: R=150 ohm

Multiplexbeheer:

Ik heb ervoor gekozen om de multiplex-displaytechniek te gebruiken om het aantal draden te beperken dat nodig is om de tekens op de displays te bedienen. Er is een display dat overeenkomt met het tiental en een ander display dat overeenkomt met het eenheidscijfer. Deze techniek is vrij eenvoudig te implementeren, hier is hoe het werkt (bijvoorbeeld: om het nummer 27 weer te geven)

1 - de microcontroller zendt signalen op 7 uitgangen die overeenkomen met het teken dat moet worden weergegeven voor het tiental (cijfer 2) 2 - de microcontroller activeert de transistor die het display voedt dat overeenkomt met de tientallen 3 - een vertraging van 2 ms verstrijkt 4 - de microcontroller deactiveert de transistor die het display voedt die overeenkomt met de tientallen 5 - de microcontroller stuurt signalen op 7 uitgangen die overeenkomen met het teken dat moet worden weergegeven voor het cijfer van de eenheden (cijfer 7) 6 - de microcontroller activeert de transistor die het display voedt corresponderend met de eenheden 7 - een vertraging van 2 ms verstrijkt 8 - de microcontroller schakelt de transistor uit die het display levert dat overeenkomt met de eenheden

En deze reeks herhaalt zich zeer snel in een lus, zodat het menselijk oog het moment waarop een van de displays uit is niet waarneemt.

De drukknoppen en licht/geluidsindicatoren deel:

Er zijn heel weinig hardwaretests en nog minder berekeningen voor dit onderdeel.

Er wordt berekend dat de stroombegrenzingsweerstand voor de statusled: R=Vcc-Vf/If R=5-2/20mA R= 150 ohm

Ik kies een standaard waarde uit de E12 serie: R=150 ohm

Voor de drukknoppen controleerde ik eenvoudig of ik het indrukken kon detecteren dankzij de microcontroller en het aantal drukken op de displays kon verhogen. Ik heb ook de activering van de zoemer getest om te zien of deze goed werkte.

Laten we eens kijken hoe dit allemaal wordt afgehandeld met het programma…

Stap 5: Het programma

Het programma is geschreven in C-taal met MPLAB IDE en de code is gecompileerd met de CCS C Compiler.

De code is volledig becommentarieerd en vrij eenvoudig te begrijpen. Ik laat je de bronnen downloaden als je wilt weten hoe het werkt of als je het wilt wijzigen.

Het enige dat een beetje ingewikkeld is, is misschien het beheer van het aftellen met de timer van de microcontroller, ik zal proberen het principe snel genoeg uit te leggen:

Een speciale functie wordt elke 2 ms door de microcontroller aangeroepen, dit is de functie genaamd RTCC_isr() in het programma. Deze functie beheert het multiplexen van het display en ook het beheer van het aftellen. Elke 2 ms worden de displays bijgewerkt zoals hierboven uitgelegd, en tegelijkertijd wordt de TimeManagment-functie ook elke 2 ms genoemd en beheert de aftelwaarde.

In de hoofdlus van het programma is er gewoon het beheer van de drukknoppen, het is in deze functie dat de aftelwaarde wordt ingesteld en de knop om de verlichting van de UV-LED's en het aftellen te starten.

Zie hieronder een zip-bestand van het MPLAB-project:

Stap 6: Solderen en monteren

Ik heb het hele systeem verdeeld over 2 borden: een bord ondersteunt de weerstanden van de UV-LED's en een ander bord dat alle andere componenten ondersteunt. Vervolgens heb ik spacers toegevoegd om de kaarten over elkaar heen te leggen. Het meest ingewikkelde was om alle verbindingen van het bovenste bord te solderen, vooral vanwege de displays die veel draden nodig hebben, zelfs met het multiplexsysteem …

Ik heb de verbindingen en de draad verstevigd met smeltlijm en een krimpkous om een zo schoon mogelijk resultaat te krijgen.

Vervolgens heb ik markeringen aangebracht op de PVC-kap om de LED's zo goed mogelijk te verdelen om een zo gelijkmatig mogelijk licht te krijgen. Daarna heb ik de gaten geboord met de diameter van de LED's, op de foto's kun je zien dat er meer LED's in het midden zijn, dit is normaal omdat de lamp voornamelijk zal worden gebruikt om licht uit te stralen op kleine objecten.

(Je kunt op de presentatiefoto's aan het begin van het project zien dat de PVC-buis niet is geverfd zoals de dop, het is normaal dat mijn vrouw hem zelf wil versieren… als ik ooit foto's heb, zal ik ze toevoegen!)

En tot slot heb ik een vrouwelijke USB-connector gesoldeerd om de lamp te kunnen voeden met bijvoorbeeld een oplader voor een mobiele telefoon of een externe batterij (via een mannelijk-mannelijk kabel die ik thuis had …)

Ik heb veel foto's gemaakt tijdens de realisatie en ze zijn behoorlijk "praten".

Stap 7: Systeembedieningsschema

Hier is het diagram van hoe het systeem werkt, niet het programma. Het is een soort mini-gebruikershandleiding. Ik heb het PDF-bestand van het diagram als bijlage toegevoegd.

Stap 8: Video

Stap 9: Conclusie

Dit is het einde van dit project dat ik "oportunist" zou noemen, inderdaad ik heb dit project gemaakt om in een onmiddellijke behoefte te voorzien, dus ik deed het met de herstelapparatuur die ik al had, maar ik ben niettemin best trots op het eindresultaat, vooral het vrij schone esthetische aspect dat ik kon verkrijgen.

Ik weet niet of mijn schrijfstijl correct zal zijn omdat ik deels een automatische vertaler gebruik om sneller te gaan en aangezien ik geen moedertaal Engels ben, denk ik dat sommige zinnen waarschijnlijk raar zullen zijn voor mensen die perfect Engels schrijven. Dus dank aan de DeepL-vertaler voor zijn hulp;)

Als je vragen of opmerkingen hebt over dit project, laat het me weten!