UV-Belichtungsgerät

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Abb. 1 - Das Belichtungsgerät in Betrieb

Manch einer wird sich fragen: "Wozu braucht man so etwas?" Demjenigen soll hier geholfen werden. Dieses Gerät hilft ungemein bei der Herstellung von Platinen (gedruckte Schaltungen).

Es gibt Leiterplattenmaterial, dessen Kupferseite mit einem Fotolack beschichtet ist. Dieser Lack muss vor dem Ätzen der Platine genau dort entfernt werden, wo das Kupfer verschwinden soll. Der Vorteil bei diesem Lack ist, dass er sich nach der Bestrahlung mit UV-Licht sehr leicht mit einer Base (gegenteil von Säure) ablösen lässt.

Soweit ist das vermutlich jedem klar. Nur wie schützt man die Stellen die nicht weggeätzt werden sollen vor dem UV-Licht? Das erledigt die "Vorlage" für uns. Die Vorlage ist nichts weiter, als das Layout ausgedruckt auf transparenter Folie. Diese Folie legt man zwischen UV-Röhren und Leiterplatte. Für diesen Zweck ist über den Röhren eine Glasplatte angeordnet. Da die Vorlage ohne Zwischenräume auf der Leiterplatte aufliegen muss, ist das Gerät mit einem Deckel versehen, der die Platine fest auf der Glasplatte fixiert.

 

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Abb. 2 - So siehts mit geschlossenem Deckel aus

Da es ziemlich wichtig ist die Platine nur eine bestimmte Zeit lang zu belichten, wurde noch ein Timer eingebaut, der die UV Bestrahlung nach einer vorher eingestellten Zeit automatisch beendet. Abbildung 1 zeigt den Belichter in seiner vollen Pracht.

Auf Abbildung 2 sieht man den Belichter nochmal von Nahem. Rechts und links am Gehäuse sitzen die beiden Schnappverschlüsse, die dafür sorgen, dass der Deckel fest auf die zu belichtende Platine drückt. Das Gewicht allein würde nicht reichen da er nur aus 8mm Pappelsperrholz besteht.

Ausserdem sieht man das Display im eingebauten Zustand. Rechts daneben sitzen 4 Taster mit denen das Gerät bedient wird. Links neben den beiden Siebensegmentanzeigen steckt das Flachbandkabel an der Platine, welches das Display mit dem Microcontroller verbindet.

 

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Abb. 3 - Ein Blick in die Innereien

Was ganz offensichtlich noch fehlt ist eine Frontplatte, nur leider sind das so Sachen auf die man keine Lust mehr hat, wenn das Ganze endlich funktioniert und einem schon wieder 1000 andere Ideen durch den Kopf geistern.

Egal!! Ich gelobe Besserung ;-) Also weiter im Text.

Abbildung 3 mal oben ohne, na wenn das nix ist oder? OK was sieht man jetzt: Unten links sitzt die Steuerung rechts daneben die Elektronik für die Neonröhren. Darüber befindet sich der Lichtkasten mit den 3 UV-Röhren - jede jeweils mit 8Watt Leistung. Links und rechts neben dem Lichtkasten ist noch etwas Platz für die Verdrahtung.

Die Grundplatte besteht aus 15mm Kiefernholz. Der Rest ist aus 6mm Sperrholz gemacht. Zusammengehalten wird das ganze mit Holzkaltleim. Der Deckel ist sehr elegant mit zwei Scharnieren aus dem Baumarktsortiment befestigt.

Oben sieht man den Noppenschaumgummi am Deckel. Der verhindert sehr wirksam, dass die Platine oder die Vorlage herrumrutschen.

 

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Abb. 4 - Der Deckel mit eingesetzter Glasscheibe

Hier links (Abb.4) sieht man jetzt die obere Gehäuseabdeckung mit der eingesetzten Glasscheibe. Die Scheibe stammt von einem alten Bilderrahmen, der noch im Keller rumstand und wurde mit einem Glasschneider auf die richtige Grösse gebracht.

Man erkennt auch die Dreiecksleisten die das gesamte Gehäuse zusammenhalten. Die Abdeckung wird auf das Teil mit der Elektronik gesetzt und dann links und rechts mit je zwei Schrauben, die in die Grundplatte gedreht werden, fixiert.

Die Abmessungen sind so gewählt, dass der Drahtverhau und die Platinen nicht zu sehen sind. Die Glasscheibe gewährt nur in den Kasten mit den 3 UV-Röhren Einblick.

 

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Abb. 5 - Das Display und die Taster

Unten in der Mitte ist der Ausschnitt für das Display, rundherum sitzen insgesamt vier Schrauben auf die das Display aufgesteckt und festgeschraubt wird. Dazu sind in die Platine vier passende Löcher gebohrt worden, wie man auf dem Bild 5 erkennen kann.

Auf dieser Platine sitzen die zwei Doppelsieben- segmentanzeigen, ein 2x10 poliger Wannenstecker und die 4 besagten Taster. Die Segmente A-G sind alle parallel geschaltet und da jedes Segment eine gemeinsame Anode hat, also ingesamt 4, lässt sich das Ganze hervorragend im Zeitmultiplexbetrieb ansteuern. Durch diese Methode lassen sich kostbare Ports am Microcontoller einsparen. 11 Ports braucht man so im Gegensatz zu den sonst 32 nötigen Ports.

 

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Abb. 6 - Layout/Lötseite des Displays

Angezeigt werden Minuten(links) und Sekunden(rechts) jeweils auf einer der beiden Anzeigen. Zur Trennung leuchtet der rechte Dezimalpunkt der linken Anzeige dauerhaft. Die Taster haben folgende Funktionen. Mit dem Oberen stellt man die Minuten mit dem darunter die Sekunden. Der dritte Taster startet den Counter und schaltet die UV-Röhren ein. Mit dem Untersten kann man den Belichtungsvorgang vorzeitig abbrechen, was durch einen Reset des Controllers erreicht wird.

Auf Bild 6 ist die Platine des Displays von unten zu sehen. Die wurde bereits mit dem UV Belichter hergestellt nur eben mit Stopuhr und der Hand am Netzstecker.

 

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Abb. 7 - Das Gehirn

Bild 7 zeigt das Herzstück dieses Gerätes. Auf dieser Platine sitzen das Netzteil, das Relais zum Schalten der Röhren und der Mikrocontroller. Der Controller ist der AT90S4433. Das ist eine 8bit MCU von Atmel im RISC Design, auch bekannt unter dem Kürzel AVR. Einige Technische Details des Controllers:

  • 4kByte Flash
  • 128Byte SRAM
  • 256Byte EEPROM
  • 20 I/O Lines
  • Bis zu 8MHz(MIPS)
  • 32 Arbeitsregister

 

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Abb. 8 - Layout/Lötseite der Controllerplatine

Die AVR´s sind moderne Mikrocontroller. Sie sind hochsprachenoptimiert und In System Programmable. Das heisst man kann das Programm verändern, ohne den Chip aus der Schaltung entfernen zu müssen. Ein grosser Vorteil ist ausserdem, dass man zum Löschen des Programmspeichers keine UV-Löschlampe benötigt.
Weitere Infos findet Ihr auf der Atmel Homepage.

Nach der kleinen Exkursion ins Reich der Mikrocontroller, wieder zurück zu diesem Projekt.

Auf Bild 8 ist die Platine nochmal von unten zu sehen. Auch sie entstand mit Hilfe des UV Belichters.

 

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Abb. 9 - Die Treiber der UV-Röhren

Eins der grössten Probleme während der Entwicklung war die Frage: "Wie soll man die UV-Röhren betreiben?" Die Standardmethode mit Drossel und Starter fiel von vornherrein aus, wegen Platzbedarf und Gewicht dieser Lösung. Ein Betrieb im Niedervoltbereich mit einer passenden Transverter Schaltung war zu teuer. Die endgültige Lösung ist so genial wie einfach, auch wenn sie nicht auf meinem Mist gewachsen ist.

Für meine Zwecke mussten 3 Energiesparlampen ihr leben lassen.

 

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Abb. 10 - Anschluss der Röhren

Nach einer recht dreckigen Obduktion, lag die Elektronik aus dem E27 Sockel vor mir. Ein kurzer Test bestätigte die Funktionstüchtigkeit dieser Methode und nach einer Weile hatte ich auch die anderen 2 Platinen entfernt. Diese wurden jetzt auf ein Stück Lochrasterplatine montiert und mit passenden Anschlüssen versehen. Das Ergebniss seht Ihr auf Bild 9.

Die letzte Hürde war jetzt die elektrische Verbindung an den Röhren. Da ich mal gehört hatte das solche Röhren auch irgendwann kaputt gehen können, musste eine lösbare Verbindung her. Schraubklemmen für Printmontage zeigten sich hier als überraschend tauglich, wie auf Bild 10 zu sehen ist.

 

Updates:

09.09.2007 - Die automatische Rückstellung wurde von den Bugs befreit und funktioniert nun einwandfrei. Sie wurde auf dem AT90S4433 und AtMega8 für _min und _sek getestet.

24.12.2005 - Der Quellcode enthält jetzt zusätzlich eine Version, in der der letzte eingegebene Startwert nach dem Durchlauf wieder automatisch gesetzt wird. Die Dateien enden mit _automatische_Rückstellung.

22.08.2005 - Der Quellcode enthält jetzt beide Versionen der Zeiteinstellung. Es gibt die Datei mit der Endung _min (99 min 59 sek) und die Datei mit der Endung _sek (99 sek).

11.10.2003 - Es hat sich gezeigt, daß der Controller ab und zu beim Starten der Röhren abstürzte. Das wurde durch folgende Maßnahmen verbessert. Als erstes kam noch ein zweiter 100nF Kondensator in die Versorgungsleitung des Controllers. Es war zwar schon einer drauf, der Neue sitzt diesmal aber unmittelbar neben dem AVR. Außerdem wurden die Störungen die am Schaltkontakt des Relais entstehen durch ein RC-Glied unterbunden. Das RC-Glied ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 100Ohm/1Watt und einem Kondensator 150nF/630V~. Es wird parallel zum Schaltkontakt geklemmt.

09.06.2003 - Ein paar Änderungen an der Software hats gegeben. Da es sich gezeigt hat, daß Belichtungszeiten über 99 Sekunden unnötig sind, wurde die Belegung der Anzeige verändert. Auf der linken Siebensegmentanzeige stehen jetzt die Sekunden und auf der Rechten die Hundertstel. Aus diesem Grund hat sich auch die Funktion der Taster verändert. Der Taster mit dem vorher die Minuten gestellt werden konnten, stellt jetzt die Zehnerstelle der Sekunden. Ausserdem wurde das Programm auf den internen Timer umgestellt. Vorher wurde der Zeittakt durch eine Pausenschleife generiert. Wir bieten den Sourcecode jetzt zum Download an.

Dateien zum Projekt:
Schaltplan als gif (31kB)
Layout als zip (117kB)
Sourcecode At90S4433 als zip (10kB)
Sourcecode AtMega8 als zip (10kB)