- Techno Mind - https://techno-mind.ru -

Ламинатор для ЛУТ

Всем радиолюбителям известен метод изготовления печатных плат в домашних условиях при помощи лазерного принтера и утюга, именуемый ЛУТ [1] (лазерно-утюжная технология). Для тех кто не знаком с данной методикой, предлагаю тотчас хорошенько загуглить [2], ознакомиться с ней и взять на вооружение, ибо уже при небольшой сноровке можно добиться впечатляющих результатов, подобных рисунку справа. лут2

В данной статье я хочу предложить метод усовершенствования процесса, позволяющий на порядок улучшить качество получаемых печатных плат, и дорожки шириной 0.2-0.3мм перестанут быть проблемой.

При изготовлении плат методом ЛУТ основная загвоздка заключается в трудности точного переноса рисунка, распечатанного на бумаге, на медную поверхность заготовки. То утюг перегрет, то даванешь чуть сильнее — в итоге расплавленный тонер начинает плыть, соседние дорожки сливаются в одну сплошную, дырочки на пятачках исчезают и т.п. Если же паяльник недогрет, или давление на утюг недостаточно, то рисунок плохо пристает к заготовке, что тоже абсолютно неприемлемо. Конечно через какое-то время придрачиваешься, начинаешь попадать в эту золотую середину, но все равно нутром чуешь, что каждый раз есть небольшая погрешность, не позволяющая выжать максимум. Да и стоит не заниматься изготовлением плат с месяцок, вся приобретенная сноровка куда-то пропадает. Да и вообще, все что делается руками больше 2 раз, должно быть автоматизировано.

ламинатор [3] В поисках способа избавиться от всех описанных выше трудностей, был найден сайт немецкого радиолюбителя [4], который придумал и реализовал относительно простой агрегат — решение всех проблем. Идея заключается в использовании ламинатора вместо утюга: равномерное давление валков ламинатора на будущую плату и стабильная идеальная их температура исключают сливание дорожек или их неприлипание. Благодаря своим прорезиненным валкам, он легко справляется с платами самой разной толщины.

Проблема заключается в том, что температура плавления тонеров большинства принтеров не менее 200 градусов Цельсия, что много выше рабочей температуры ламинатора. Кроме того, система контроля температуры ламинатора часто реализована на биметаллических датчиках, что подразумевает довольно большие осцилляции температуры валков ламинатора в процессе работы.

Таким образом задача состоит в том, чтобы взять любой доступный ламинатор, поднять рабочую температуру до стабильных 200 градусов (или около того – зависит от конкретного тонера и определяется экспериментально).

К сожалению, датчики температуры работающие в подобном диапазоне – редкость, и цены на них не радуют. Решение, найденное немцом оказалось очень оригинальным: он предложил использовать в качестве датчика температуры обычный стеклянный диод 1N4148. Падение напряжения на нем, в зависимости от температуры, носит линейный характер. Причем температура в 200 градусов не является запредельной. У немца на сайте есть график вычисленной им зависимости. Вот такой:

лут [4]

Эта зависимость – основа всего проекта!

Простой микроконтроллер Atmel AtMega8 с АЦП [5] на борту решает все проблемы. На основании падения напряжения на диоде, меняющегося в зависимости от температуры валков ламинатора, строится управляющий сигнал ШИМ [6]. Сигнал этот подается на твердотельное реле [7], управляющее, в свою очередь, нагревателями ламинатора.

Схема немца практически не претерпела изменений, так как она близка к идеалу:

 

Схема

Close [8]
Схема

 

Диод-сенсор подключается КАТОДОМ к ЗЕМЛЕ. В гнездо Heater подключается разрыв высоковольтной цепи нагревателей. Соотвественно реле будет то замыкать, то размыкать цепь.
Мне пришлось только переразвести плату под DIP версию корпуса микроконтроллера AtMega8 и другой корпус реле, так как то реле, что использовал немец я приобрести не смог. Работа была проделана в замечательной программе моделирования и дизайна электронных схем Proteus.
Вот такой родился проект:

 

Схема

Close [8]
Схема

Скачать проект можно по следующей ссылке:

laminator_pcb.zip [9]

Реле можно заменить на любое другое, предназначенное для коммутации нагрузки переменного тока 220В и тока, достаточного для питания конкретного ламинатора. Например мой ламинатор, точно такой как на картинке выше, имеет мощность всего 80Вт и ему достаточно тока менее 0.5А для функционирования. Так что придется вам тоже немного подредактировать разводку платы, или подвесить свое реле на проводках, короче покреативить.

После сборки схемы, AtMega8 надо прошить. Прога немца была написана на древней версии связки AVR Studio и WinAVR, и у меня запускаться категорически не хотела. Поэтому я ее переписал по новой в CodeVisionAVR. Скачать можно тута:

laminator_atmega8.zip [10]

Не забудьте прошить фьюзы на 8МГц внутренний резонатор чипа (CKSEL0=0; CKSEL1=0; CKSEL2=1; CKSEL3=0).

Теперь наступает самое интересное и важное – доводка схемы (важно дочитать до конца, прежде чем делать поспешные выводы):

Из-за погрешностей в диоде, возникающих в процессе его производства, падение напряжения на нем, в зависимости от температуры будет разным, для каждого конкретного диода. Поэтому необходимо подкорректировать данные в программе, на основании которых будут производиться дальнейшие вычисления.

Доводка схемы состоит из двух этапов. Для начала необходимо подключить наш новоиспеченный контроллер к RS232 порту компа (через преобразователь уровней, естественно) и запустить терминал (например Putty [11] – прога с недавних пор поддерживает работу с RS232) в режиме Baud Rate 9600, 8 Data bits, 1 Stop bit, No Parity check. При включении контроллера, в терминал начнут посылаться данные в следующем формате:

PWM: <значение>; PWM counter:<значение>; ADC value:<значение>; Current temp measure:<значение>
|

когда

Выглядит это вот так:
Вывод информации
При этом ADC value будет точным значением, а вот Current temp measure вычисляется из ADC value путем интерполяции на прямой “падение напряжения в зависимости от температуры диода”, и так как прямая для каждого диода своя (в силу озвученных выше причин) значение Current temp measure будет вычислено неверно. Вот эту шнягу и надо исправить.

Для этого сначала посмотрлут-доводка [12]им значение ADC value при комнатной температуре и запишем его на бумажку, вместе с температурой в комнате. Это координаты первый точки на графике.

Затем, присобачим диод-датчик к источнику контролируемой температуры (например, жало паяльной станции), подождем пока он нагреется и запишем новое значение ADC value при значительно более высокой температуре (градусов 200 или 250 например). Это и будет второй точкой искомой прямой.

Внесем обе точки в прогу. В верхней части кода есть такое место:

// GLOBAL VARIABLES //////////////////////////////////////////////////////////
static float t1=19.5; // Room temperature
static float v1=275;  // ADC value at room temperature
static float t2=202;  // Second measured temperature
static float v2=154;  // ADC value at second measured temperature

t1 и v1 это температура и значение ADC value при комнатной температуре, а t2 и v2 при большей.

Теперь прогу надо перекомпилировать и перезашить в микроконтроллер заново.

На этом первая и основная часть доводки завершена.

В верхней части проги есть такая строка:

#define REQUIRED_TEMP 165 //(Define here required temp in degrees of Celsius)

В ней задается значение желаемой температуры ламинатора. При приближении к данной температуре, вы увидите, как диод на плате контроллера перестанет гореть постоянно и начнет мигать, сигнализируя о том, что теперь питание на нагреватели подается не постоянно, а импульсно. Это и поддерживает температуру на желаемом уровне.

Вам остается лишь пробовать на практике перенести рисунок с бумаги на плату с помощью ламинатора, и найти идеальную температуру работы экспериментальным путем. (Придется каждый раз перешивать контроллер с новой REQUIRED_TEMP. У меня это 195.)

ВАЖНО:

Я выяснил, что в принципе, на первый этап можно забить, поскольку разброс характеристик диодов, даже из разных партий, не столь велик, и можно не нивелировать прямую зависимости, а сразу перейти к подбору подходящего значения REQUIRED_TEMP. У меня это получалось уже после 3-4 перепрошивок микроконтроллера. Вся процедура занимает около 10-15 минут. Радует, что она нужна только 1 раз.

БЕЗОПАСНОСТЬ:

Программа защищена от обрыва в цепи диода и от его короткого замыкания. В обоих случаях нагреватель отключится.

Полезно вставить предохранитель в цепь питания нагревателя.

НЕМНОГО О ЛАМИНАТОРЕ:

Был куплен самый дешевый ламинатор формата А4. Корпус и вся родная электроника и электрика были немедленно демонтированы, а механика привинчена к первой попавшейся доске. На ней же разместилась и плата контроллера.

Родная рабочая температура ламинатора составляла около 130 градусов, тем не менее он уверенно работает при повышении температуры даже до 230 градусов — ничего не дымит и не взрывается. Температура выдерживается очень точно.

Диод-датчик я вымазал в термопасте и металлическим ушком легонько прижал его к кожуху нагревателя на ламинаторе. Важно не сломать корпус диода и не замкнуть его выводы.

Вот как выглядит конечный девайс:

This SimpleViewer gallery requires Macromedia Flash. Please open this post in your browser or get Macromedia Flash here [13].
This is a WPSimpleViewerGallery [14]

А так в работе:

Платы стали выходить идеальными, все как одна. Вот первая, что я сделал на пробу на ламинаторе:

плата

Кстати, для проекта было куплено вот такое реле (ZG3M-308B Solid State Relay 8A Output 90-480VAC):

zg3m

Размеры, блин, 46×22х13мм. Монстрик!

Забавно, что в него уже встроен LED, так что он мигает вместе с его коллегой на плате.

Творческих успехов!
Если появятся вопросы — задавайте в комментах. Буду рад ответить! В инете я часто :-)