製作掃描式感光電路板曝光機 Part-2 控制部份

本文在 2011/12/26 23:34 發表於 Yahoo!奇摩部落格
因Yahoo!奇摩部落格將於2013年12月26日終止服務故遷移至此

接前篇 製作掃描式感光電路板曝光機 Part-1 機械部份
為了控制我這玩具, 我需要一個專門給它用的板子
控制步進馬達的方案可參考前篇 透過 L297 / L298 控制四線式步進馬達
可是用 STM32 太高檔了, 雖然彩色螢幕看起來賞心悅目XD
不過那只是驗證用的平台, 另外, 別人家做的驅動模組看起來頗礙眼(?)
要就要整片都自己做的 ! 於是我製作了一張 8051 的板子

這板子是用現有機構曝光的, 只是完成前是手動, 每兩分半推一下XD

接著上料

TQFP44 版 8051, 加上震盪, reset, isp ...等
整片板面積和 DIP40 的 8051 差不多, 看起來相當不錯
接著開始接線
8051 直接接 L298 控制, 不透過 L297
我們知道 L297 是個訊號時序產生器
只要有多出足夠的接腳和處理時間
我們是可以自己產生訊號時序, 還挺容易的
所以我選擇直接送訊號而不透過 L297
組起來的樣子

這樣就可以曝光了, 用法是這樣的:



把當遮罩用的投影片蓋到感光電路板上
接著在上面壓一片玻璃或壓克力
我都是做這種 SMD 的板子, 所以板材都切得小小的
如果用一般掃描器改造的那種方案我將很難把光罩對準板子
因為我要看正面才知道光罩線路是否有確實的對正板子

接著就插上燈管電, 8051 通電, 它就會走









......好像很 low 喔?XD
有一種土砲的感覺XD
不行啊, 這樣不給力啊, 都上微控制器了就不能自動點嗎XD
掃完我還要自己移動回位, 燈管手動拔插頭, 8051 電源也是, 太不方便了
於是我開始想... 嗯, 我會需要更自動的方案
最好還可以幫我算時間看曝光多久
移動速度若可以調, 還可以用在別的地方 (好像想太多?)XD
若要做這些, 總要有個介面來使用會比較方便吧
改來改去, 最後終於定案

東西變得有點多XD
方案是這樣的 :

用 8051 驅動步進馬達
用按鈕和文字型 LCD 設定及顯示狀態
用光遮斷器感測滑塊位置
用繼電器自動開關日光燈管

用 8051 驅動步進馬達的方法前面已說
文字型 LCD 以前寫過, 玩法可參考前篇  用 8051 控制文字 LCD
光遮斷器玩法是這樣的

如上圖, 右邊那個有兩根柱子下面標接腳的就是光遮斷器
通常有四隻腳, 構造對應到上圖左邊
就是一個柱子裡放紅外線 LED, 另一個柱子裡放紅外線接收晶體
接收晶體就等同一顆 NPN 電晶體
當紅外線 LED 亮著時, 電晶體 B 極呈現高電位, 電流通過
在上圖 10K 電阻那裡就產生電壓差, 10K 變成負載, 8051 IO 會收到低電位
接著拿個不透光的東西塞在兩根柱子間
此時紅外線光被遮蔽, 電晶體 B 極呈現低電位, 電流截斷
8051 IO 就會收到高電位
選定 8051 的 P0 port 任一接腳, 一開機先設輸入腳為 1 作輸入模式
接著一直 loop 去讀就可以知道光是否被遮斷
上圖 330 歐姆電阻串在 LED 上用來限流
一般 LED 要接電阻才能正常發光, 紅外線 LED 也不例外
不然大電流直入就燒了, 做這途中我就因為接錯線燒了兩顆
檢查 LED 是否損壞可用數位相機對準 LED 柱那端
如果通電可以看到紫色光就表示狀態良好
大部分數位相機或手機內建相機可以收到紅外線光並顯示出來
監視器用的效果更好, 它們就是用這種 LED 來進行夜間補光又不會讓人發現它在打光
就是專門監視用, 用軍用夜視鏡...扯太遠了XD

繼電器就更簡單了, 繼電器串上 NPN 電晶體, B 極接給 8051 就能開關
驗證完成後就可以把它們全部裝到一張板子上
由於考慮到大部分元件都是 DIP 版
像 L298, 還有 L298 周邊的高功率電阻以及一堆二極體
其實只有 8051 用 TQFP 版感覺並不太有意義 : 因為縮小不了多少空間
加上手邊有幾顆 DIP40 的 8051, 留著無用丟了可惜 ! XD
把它用了吧 !

做完我就後悔了XD
一直做 SMD 板的我已經忘記了鑽孔的痛苦
我靠 ! 光 8051 就 40 個洞 !
因為沒有需求, 小的電鑽和鑽針也沒有帶上來, 都留在老家
於是用製模用打磨機硬上, 結果負載過大, 鑽完孔機器也毀了, 真是虧大了
勉強作成這樣


背面

因為打磨機在洞還沒全鑽完就陣亡了
所以有兩個零件只能貼在背面, 沒洞可插(?)XD
最後整組的樣子


有 Demo 影片 !
掃描式感光電路板曝光機Demo


拆裝收納的樣子

並沒有比掃描器少太多
掃描器是三合一事務機拆下的所以外觀有點詭異XD
不過長寬和一般掃描器差不多的, 只是薄了點而已


曝光機線路資料 :

線路圖

連接方法

J7, J6 為馬達信號和馬達所需的電壓
J13 接開關燈管的繼電器
J10, J11 為 LCD 介面的控制按鈕
J2, J3 接光遮斷開關, 開關所需電阻內建, 只要接上接腳即可
J8 接 16x2 文字型 LCD
J4 接 8051 燒錄器
J1 為控制器電源 5V



最後結算製作過程 "中間物品"


真是不少, 拍完照留下重要的其他丟掉, 桌面終於恢復原有的清爽

後記 :

其實這個計畫不太需要步進馬達
一開始是因為用牽引的可能要需要精算步數
可是考慮到移動時牽引力可能不足導致空轉而多算步數
還是用光遮斷去抓位置會比較精確
既然都有光遮斷的 feedback, 那我用直流馬達不就好了?
直流馬達一定比步進馬達便宜, 或許這是 NXT 選直流馬達的原因
反正用 PWM 硬體一樣可以控制速度, 而且只要一組 H 橋就可以正反轉
但是 PWM 硬體 8051 並沒有 (軟體模擬同時跑 LCD 介面時可能會出包)
那我可能要用比較高貴的 PIC 或 AVR 才能做得比較穩
哪個比較便宜則還需計算, 進了業界一定會算 BOM 表錢, 這是壞習慣XD
很多細節都是做了才知道, 往往不如想像那樣

原先做這種形式的曝光機主要目的是節省空間
因為租屋處空間小, 不用時能拆裝最小化, 要用時又能曝光最大面積是上選
若沒有這需求, 其實這東西並沒有太大的好處XD
因為掃描器改裝的燈管陣列方案簡單又快速, 只要有燈具就能用, 了不起加個 timer
時間到自動關閉, 這網路上都能找到別的作品, 這是最多人採用的方案
我也不知道為什麼我會想做這麼靠北的方法XD
而且拆裝後整體體積也只砍到約一般掃描器的一半
我知道透過縮小軌道料絕對可以再砍掉許多空間, 但是我累了XD
這長達半年以上的計畫該結案了, 這些想法等以後太閒時再來說了