Ванна для травления с контроллером

Автор: axillent
Опубликовано 11.09.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2013!"

Вступение

Радиоэлектроника для меня хобби как наверное и для многих домашних котов. Хобби должно приносить удовольствие, и было решено травить платы с комфортом и удовольствием.

Идея была почерпнута из ряда похожих конструкций, в частности из двух статей на сайт Кота - про аквариум и про пузырьки.

Техническое задание для себя было сформулировано таким образом:

• ванночка из оргстекла с возможностью травления плат размером примерно до 20х15 см;
• максимальный эффективный объем - то есть наоборот минимальный объем раствора для травления, что потребовало сделать более узкую ванночку чем у схожих конструкций, но потребовало сделать утолщение в нижней части, чтобы разместить нагреватель от аквариума;
• нагрев раствора от аквариумного нагревателя на 200вт;
• удобный подвес платы, настраиваемый на разные размеры плат;
• возможность хранения раствора в ванночке - требуется герметичная крышка;
• распылитель пузырьков воздуха с компрессором в нижней части ванночки для ускорения процесса травления и для перемешивания раствора;
• наличие электронного контроллера процесса с автоматическим нагревом до заданной температуры, режимом поддержания температуры до момента погружения платы и далее поддержание температуры в процессе травления с таймером обратного отсчета.

Ванночка

Корпус ванны был разработан в SolidWorks с элементами из оргстекла и элементами для печати на 3д принтере. Оргстекло было отфрезеровано на ЧПУ станке с пазами, но на самом деле это оказалось не на столько уж и нужно, можно с таким же успехом выкроить детали резаком по оргстеклу и точно так же их склеить дихлорэтаном. Детали напечатанные на 3д принтере не обязательны, скорее просто украсили конструкцию за исключением держателя плат - он целиком напечатан на 3д принтере. Без 3д принтера можно использовать обычные подвесы на проволочках или тонких пластиковых хомутах для стяжки проводов.

Модель готовой ванны:

Чертеж с основными размерами указанными в метрах:

Контроллер

Для удобства хранения и использования было решено сделать моноблок из контроллера и воздушного компрессора со съемным креплением этого моно-блока к ванне. На ванне были закреплены (вклеены прозрачной эпоксидкой) нагреватель и датчик температуры DS18B20.  Так же была выведена трубка от встроенного в ванночку распылителя воздуха. Трубка выла выведена через верх - таким образом можно избежать вытекания раствора через трубку (известно, что жидкость может просачиваться внутрь распылителя когда компрессор выключен). Получилось вот так (ванна без контроллера):

и так с установленным и подключенным контроллером (использовано разъемное соединение для датчика и нагревателя):

Но вернемся к самому контроллеру. За его основу была взята atmega8 и самый простой текстовый дисплей 16х1 символов (легко можно заменить на более распространенные 16х2 или 8х2). Электронная часть для целей компактного размещения была разбита на несколько схем-плат.

Схема контроллера с кнопками управления:

В качестве источника питания применен готовый модуль стабилизированного источника на 5в с dx.com. Он впаян поверх силовой платы. На плате впаян предохранитель, для управления компрессором и нагревателем, применены твердотельные реле с датчиком нуля PR39MF21 (какие были по рукой). Вместо них можно применить любые твердотельные реле с датчиком нуля. Для компрессора с его малой мощностью можно поставить более распространенные MOC3061-3063 или MOC3081-3083 как это сделано в известном на сайте контроллере ламинатора. Для нагревателя можно применить такой же опто-симистр в паре например с BT134 или BT139 включив их по схеме из даташита на опто-симистр. Не спрашивайте меня зачем установлены диоды параллельно низковольной части твердотельных реле :) Схема из даташита на это реле.

Схема блока питания и силового управления:

Плата светодиодов закреплена на той стенке контроллера которая крепится к ванночке - светодиоды подсвечивают раствор. Два светодиода цветных отображающих текущий статус и один мощный 1Вт светодиод который применен для удобства - подсвечивает процесс травления. Схема платы светодиодов:

Плата контроллера сделана двухсторонняя и на нее сверху на стойках крепится дисплей. Две остальные платы односторонние. Плата контроллера верх:

и низ:

плата силовая низ:

плата светодиодов верх (пайка сверху, большая площадка для охлаждения мощного светодиода):

Все платы в хорошем разрешении есть в приложенных PDF файлах (в архиве) и готовы для ЛУТа.

Одно из требований была компактность, для этого был разработан корпус в SolidWorks с достаточно плотной компоновкой. Чтобы это сделать с минимум ошибок сначала были сделаны модели готовых плат, потом эти модели были размещены в виртуальном пространстве с минимальными зазорами и после чего вокруг них был нарисован корпус. Особенностью конструкции является крышка - она Г образной формы, вставляется сверху в пазы и закрывает как верхнюю часть с дисплеем и кнопками так и переднюю часть корпуса - это позволило достаточно комфортно "упаковать" все содержимое корпуса не смотря на малые зазоры. Так это выглядело в модели:

без крышки, видны виртуальные внутренности

В сборе с первой версией лицевой панели (новая версия ниже отдельно)

А так получилось после сборки (вырез под трубку компрессора сердечком из-за ошибки в модели компрессора :), допилено дремелем ):

Сам процесс сборки, начиналось все с комплектования готовыми платами, соединительными шнурами, разъемами, готовыми пластиковыми деталями корпуса и что не менее важно - винты, гайки и специальные латунные стойки "звездочка" для вклеивания в пластик:

В процессе сборки и отладки:

В приложенном архиве есть STL модели для корпуса.

Для декорирования верхней части корпуса и для подписей к кнопкам была приклеена пленка для печати на струйном принтере, печать с обратной стороны (в приложении есть исходный файл для печати из GIMP):

Программа управления

Код написан в microC, проект приложен в исходниках, внутри проекта есть и готовая HEX прошивка. Фьюзы нужно выставить на внешний кварц с поддержкой кварца 8МГц. Логика работы программы простая - есть всего несколько режимов, в каждом режиме  предопределена отображаемая информация и действие кнопок. Дисплей логически разбит на три зоны (они обозначены на зеленой панели чуть выше на фото) - зона сообщений, зона температуры и зона времени. Время отображается в секундах до 990 секунд, свыше отображается в минутах. Для управления есть четыре кнопки с условными названиями Старт (Start), Меню (Menu), Плюс (+) и Минус (-). Коротко алгоритм использование такой:

1. После включения видим какие параметры температур и времени заданы, если хотим изменить - нажимаем M и меняем время и температуру нажимая M  и +/-, выход из меню клавиша S (параметры сохраняются в EEPROM)
2. После нажатия S начинается предварительный нагрев - раствор доводится до заданной температуры после чего переходим в режим готовности с поддержанием температуры (на дисплее будет "Ready")
3. Погружаем плату и нажимаем S - на дисплее будет "Run"
4. По окончании прозвучит сигнал и на дисплее отобразится "Done"

Более подробно режимы работы подробно описаны в таблице ниже, для таблицы использован сокращения:

• (S) КН1 (старт/стоп) – остановка (переход в режим ожидания) или старт (активный режим) либо выход из меню
• (S) КН1.1 – нажатие КН1 более 2 сек
• (M) КН2 (меню) переход по пунктам меню
• КН3 и КН4 (+) и (-) изменение параметров либо навигация по меню
• КН3.2 – нажатие более 1 сек и удержание
• КН4.2 – нажатие более 1 сек и удержание
• LED1 – 1вт светодиод внизу корпуса внутри для подсветки процесса травления
• LED2 – красный светодиод для подсветки прозрачного корпуса сверху
• LED3 - голубой светодиод для подсветки прозрачного корпуса сверху
• HEAT1 - нагреватель
• AIR1 – компрессор
• BUZ1 - пищалка

Заключение

Ванночка упрощает процесс травления давая нужный контролируемый нагрев, удобную подсветку и перемешивание раствора. Таймер на практике не очень нужен так как процесс контролируется только визуально, но если где-то зазеваемся, процесс таки будет по таймеру прекращен.

Из почерпнутого опыта:

• я применил длинный (в виде трубки) распылитель воздуха и не стал его обрезать по длине дна, а загнул вверх. Так делать не надо - лучше обрезать. Иначе воздух предпочитает выходить как раз в верхней части загнутой трубки, ленясь добираться до дна.
• аквариумные нагреватели как правило имеют встроенный биметаллический регулятор. В изначальном виде он не даст нагревать раствор больше 37-40 градусов. Чтобы убрать ограничение (в программе есть свое ограничение на верхнюю температуру) нужно вмешаться в конструкцию. Мне попадались два варианта:

1. регулятор реально может быть настроен на значительно большую температуру, но "крутилка" имеет ограничители. Тут все просто - или откусываем ограничители (обычно пластик) или снимаем ручку и пассатижами докручиваем до нужного состояния
2. регулятор в принципе не позволяет настроить на высокую температуру. В этом случае нужно аккуратно вынуть внутренности из стеклянной колбы - как правило они вставлены туда без клея и все "захлопнуто" плотной резиновой пробкой. После чего при помощи паяльника закоротить контакты регулятора и собрать все обратно

• ни  в коем случае не наливайте холодный раствор или воду сразу после использования ванночки с режимом нагрева. Я таким образом менял нагреватель - стекло не выдерживает даже минимальных резких перепадов температуры и моментально лопается. Сейчас есть нагреватели с корпусом из нержавейки, но их применение не желательно по причине агрессивности любого раствора для травления ко многим металлам.

В завершение пример травления в картинках:

Файлы:
Архив ZIP

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

DIP(8,16) в место SOP(8,16)

Меднение металлов в персульфате аммония.

Печатная плата дома, или как изготовить печатную плату дома с использованием станка ЧПУ.

Лужение печатной платы в глицерине

Ультрафиолет по-китайски. GTL-3 - бюджетный стиратель УФ-ПЗУ.