Letni czas projektów! Laminarka PCB - Część II

     Po założeniu sobie z grubsza jak ma działać urządzenie docelowe trzeba nadać naszej idei formę cielesną, urzeczywistnić to co ma konstruktor w głowie :) W przypadku wszelkich urządzeń elektronicznych oczywistym jest, że zaczniemy od schematu :) I tak oto powstał prosty schemat oparty o mikrokontroler:

1. Schemat ideowy 

     Aplikacja ta jest na tyle standardowa i prosta, że nie będę się tu specjalnie rozwodził. Na schemacie znaleźć można czujnik temperatury (docelowo - termistor) podpięty do ADC jako element dzielnika napięcia, w roli elementu sterującego grzałką - przekaźnik, natomiast sterowanie silnika odbywa się poprzez popularny mostek H L293 - tutaj w wariancie SMD (L293DD). Troszkę drobnicy opowiadającej za filtrację zasilania, rezonator kwarcowy, trochę goldpinów do podłączenia LCD/nRF'a, dwa stabilizatory napięcia. Wszystko pokazane jak na dłoni więc pozwolę sobie pominąć szczegółową analizę :) 

2. Płytka drukowana

     Płytka została zaprojektowana jako dwustronna. Przyczyną takiego desing'u było trzy elementy podłączone poprzez magistralę SPI (ISP,LCD,nRF). Wykorzystałem tutaj montaż mieszany - zarówno SMD jak i THT. Jak wyżej nie ma się tu co specjalnie rozwodzić... Na uwagę zasługują jedna 4 znaki "+" na każdym z rogów płytki, to dobra technika pozwalająca na spasowanie obydwóch warstw płytki drukowanej. Ciekawe jest jeszcze kółeczko znajdujące się pod mikrokontrolerem, które stanowi miejsce połączenia się trzech mas poprzez przelotki wykonane pod układem scalonym.

3. Wykonanie

     Została wykorzystana, jak się domyślacie - metoda termotransferu, osobiście jestem zadowolony z rezultatu:

     Wartym uwagi jest wykonanie przelotek pod układem SMD, nie jset to takie łatwe jak mogłoby się zdawać. Można posłużyć się techniką jaką wykorzystałem tj:

1.  Wykorzystując kawałek drutu/nóżki od elementu THT, przewlekamy ją przez wcześniej nawiercony otwór.
2.  Następnie lutujemy owy drucik z obydwu stron.
3.  Wstępni piłujemy lut przy użyciu pilnika bądź mini-szlifierki (zalecam drugą opcję).
4. Zaklejamy całą płytkę taśmą bądź zabezpieczamy ją w inny sposób. Pozostawiamy jedynie odsłonięte luty które chcemy zrównać z poziomem płytki :)
5. Ścieramy luty posługując się drobnoziarnistym papierem ściernym (np. wodny 1000). Ostatnią operację należy robić z wyczuciem aby nie zetrzeć ścieżek.
6. Istotne jest także aby przelotki wykonane w ten sposób nie były powtórnie rozgrzewane. W przeciwnym wypadku wypłyną one z cyną i cała ciężka praca zostanie zniweczona. Można to oczywiście poprawić powtarzając operację od początku, lecz trzeba mieć na uwadze, iż warstewka miedzi po każdej takiej operacji traci nieco na grubości.

Letni czas projektów! Laminarka PCB - Część I

     Czas wakacyjny na ogół związany jest z większą ilością wolnego czasu, z mniejszą ilością obowiązków. Lato to nie tylko świetny czas na odpoczynek lecz także świetna okazja na wykonanie kilku interesujących projektów. Postanowiłem wykorzystać czas ten m.in. na uzupełnienie naszej małej pracowni o bardzo przydatne narzędzie jakim jest laminarka do wykonywania płytek drukowanych metodą termotransferu.
   
1. Do czego to służy?
     Każdy kto wykonywał kiedyś płytki drukowane tą metodą wie, że aby przenieść mozaikę ścieżek na laminat pokryty miedzią trzeba mieć troszkę wprawy. Ręczne przenoszenie wzoru ścieżek przy użycia żelazka jest nieco problematyczne ze względu na małą powtarzalność parametrów takich jak siła nacisku czy temperatura. W internecie od dłuższego czasu krąży sprytne rozwiązanie tego problemu. Wykorzystuje ono tanie laminarki do papieru, które pozwalają opakować dokumenty w zgrabną folię nadając im trwałość i wodoodporność. Po drobnych modyfikacjach konstrukcja takiego urządzenia jest idealnym rozwiązaniem do równomiernego nagrzania płytki PCB wraz z nałożonym nań wzorem ścieżek.

2. Jak działa laminarka?
     Każde urządzenie laminujące zawiera w sobie dwa równolegle ustawione względem siebie wałki. Są one wykonane z gumy odpornej na wysoką temperaturę albowiem każdy z tych wałków zawiera grzałkę która pozwala uplastycznić folię i dzięki temu skleić pomiędzy dwoma arkuszami folii jakiś dokument,wydruk itp. Pomiędzy wałkami jest niewielka szczelina w którą wsuwa się dokument, one zaś obracając się w przeciwne strony sklejają brzegi folii milimetr po milimetrze.

3. Jakich modyfikacji trzeba dokonać?
     Rożnica pomiędzy laminowaniem dokumentów a transferowaniem mozaiki ścieżek na PCB jest taka, że ta druga czynność wymaga nakładu większej energii przypadającej na określoną powierzchnię. Oryginalne laminarki posiadają zbyt niską temperaturę by transfer był sukcesywny.

• Dlatego też pierwszą modyfikacją jakiej należy dokonać to zmiana oryginalnego termostatu na układ który pozwoli uzyskać nam wyższą temperaturę, najlepiej gdyby temperatura ta mogłaby być regulowana.

     Kolejną rzeczą jest fakt iż nawet po podniesieniu temperatury wałków, płytka PCB musi być wielokrotnie przepuszczana przez wałki celem dokładnego nagrzania. Owszem można stać nad laminarką i czekać aż płytka wyjedzie z jednej strony by zaraz przerzucić ją na drugą, jednak to nie rozwiązanie dla nas :)

• W związku z tym założenie jest takie aby płytka sama mogła być przesuwana do tyłu gdy tylko czujniki wykryją, że pomiędzy wałkami znajduje się już brzeg płytki. 

     To tyle z tych najważniejszych modyfikacji, ale ja - jako że lubię bajery i wodotryski dodałem jeszcze kilka funkcjonalności, bliżej opisanych w założeniach projektu.

4.Założenia projektowe

     Przed przystąpieniem do jakichkolwiek prac warto zastanowić się co chcemy uzyskać w ostatecznym efekcie. Moje założenia był następujące:

• Całość oparta o mikrokontroler rodziny AVR, dokładniej ATmega16
• Regulacja temperatury w oparciu o szklany termistor oraz przekaźnik w roli elementu wykonawczego.
• Zamiana oryginalnego silnika AC na silnik DC oraz jego wysterowanie przy użyciu mostka H, dokładniej L293DD
• Transoptory odbiciowe wykrywające położenie płytki PCB względem wałków.
• Wyświetlacz graficzny LCD 3310 oraz sensory dotykowe jako interfejs użytkownika.
• Informowanie użytkownika o zakończonym procesie przy wykorzystaniu buzera.
• Komunikacja bezprzewodowa przy użyciu modułu radiowego nRF24L01+.
• Całość musi zostać zmieszczona w oryginalnej obudowie.

Sterowany radiowo laser

     Zamówienie osoby prywatnej, laser sterowany radiowo, działający w paśmie dozwolonym 433MHz. Wciśnięcie przycisku na pilocie sprawia, że laser zaczyna świecić dopóki nie puścimy przycisku. Całość zasilana baterią 9V znajdującą się w czarnym koszyczku. W czerwonej termokurczce znajduje się płytka zawierająca moduł komunikacji radiowej oraz regulatory i stabilizatory napięcia. Całość wieńczy moduł lasera o długości fali 550nm(kolor zielony) i mocy około 20mW.

       Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące tego zestawu lub chciałbyś nam zlecić projekt indywidualny, nasze dane kontaktowe znajdziesz po prawej stronie w osobnej zakładce!

Zegar przemysłowy

 Zegar przemysłowy o wymiarach 365x125x18mm pokazujący aktualną godzinę, datę oraz temperaturę.

      

      Możliwość dołączenia dowolnej ilości niezależnie od siebie działających syren połączonych bezprzewodowo z jednostką główną - zegarem. Syreny wydają dźwięk o dostosowanych porach, rozpoczynając przerwę, kończąc ją oraz wyznaczając godziny zmian lub inne wydarzenia dzienne, wedle życzenia użytkownika. Każda z nich dzwonić może o dowolnej porze, niezależnie od pozostałych jednostek. Całość sterowana i konfigurowana jest przy pomocy dedykowanej aplikacji na platformę Android. 

       Zarówno syreny jak i zegar są zasilane sieciowo. Świetny zestaw dla małych oraz średnich przedsiębiorstw pozwalający w prosty sposób usystematyzować godziny pracy oraz poprawić dyscyplinę panującą w zakładzie. Dowolna ilość możliwych do ustawienia alarmów. 

       Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące tego zestawu lub chciałbyś nam zlecić projekt indywidualny, nasze dane kontaktowe znajdziesz po prawej stronie w osobnej zakładce!

nRF24L01+ Poradnik część I

   1. Opis układu

        nRF24L01, czy też jego rozszerzona wersja nRF24L01+ to świetne moduły komunikacji bezprzewodowej działające na paśmie 2,4  – 2,527 GHz z relatywnie dobrym zasięgiem (jak głosi plotka której jeszcze nie sprawdziłem, nawet do około 900m na świeżym powietrzu w przypadku układów z wbudowanym wzmacniaczem i anteną). Znaleźć je można w większości urządzeń bezprzewodowych(myszkach, klawiaturach etc.), a przy dobrym zrozumieniu zagadnienia i zasady działania wykorzystać do tworzenia dość zaawansowanych sieci czy też hackowania urządzeń o nie opartych. To świetne układy ułatwiające pracę wielu domorosłym lub też dorosłym konstruktorom, a z braku dobrze napisanego poradnika opartego o poprawnie napisaną bibliotekę postanowiłem takowy stworzyć. Moduł nRF24L01 wykonuje sporą część pracy za nas, buforując dane czy sprawdzając poprawność transmisji. Transmisja danych odbywać się może na poziomie 1-2 Mbps, lub też 250 Kbps jeśli chcemy zwiększyć zasięg komunikacji. Osobiście pracowałem jedynie na wersji nRF24L01+ z 8 pinami wyjściowymi, na takowych też oprę ten poradnik. Program obsługi nRF'a napisany jest dla Atmegi16, jednak po drobnych zmianach można implementować go do dowolnego avr-a.

        Oto jedna z najpopularniejszych z dostępnych w internecie wersji wraz z numeracją pinów. Swoisty plug & play, gdzie moduł wlutowany jest w układ na płytce PCB.

Opis linii:

 1. GND & VCC

      Standardowo: VCC - napięcie, GND - masa. Moduł zasilany jest napięciem 3,3V( do 3,7V), na piny natomiast przyjmuje maksymalnie około 5,5V, dzięki czemu napięcie obniżyć musimy jedynie na linii zasilającej. Zdecydowanie nie zalecam zasilania go napięciem rzędu 5V na dłuższą metę(Zdarzało mi się puścić mu tyle przez programator i jeszcze żyje, w projektach natomiast zasilam go bez wyjątku napięciem 3,3V).

 2. CE(Chip Enable)

      Linia sterująca przy pomocy której, dzięki zmianom stanów z wysokiego na niski przełączamy nRF'a ze stanu spoczynku, w stan odbioru lub transmisji danych.. Łączymy ją z dowolnym wolnym pinem mikroprocesora (Oczywiście ustawionym jako wyjście).

 3. CSN(Chip Select Not)

     Także łączymy ją z dowolnym, niewykorzystywanym pinem mikroprocesora ustawionego jako wyjście. Służy do transmisji komend do nRF’a i ich odczytu z wykorzystaniem interfejsu komunikacyjnego SPI.

 4. SCK(Sercial Clock)

      Łączymy z pinem SCK mikroprocesora. Służy do taktowania transmisji SPI.

 5. MOSI(Master output, Slave input)

      Łączymy z pinem MOSI mikroprocesora. Linia danych przesyłanych z układu Master do Slave.

 6.MISO(Master input, Slave output)

      Łączymy z pinem MISO mikroprocesora. Linia danych przesyłanych z układu Slave do Master.

 7.IRQ(Interrupt Request)

     Jej podłączenie nie jest niezbędne do działania nRF'a, ale znacznie ułatwia nam pracę.  Możemy ustawić aby wystawiany był stan wysoki w przypadku otrzymania danych, lub też ich transmisji, a stąd już prosta droga do przerwań zewnętrznych znacznie optymalizujących program. W przypadku mojej biblioteki podłączyłem go do pinu PD2, na którym wywoływane jest przerwanie INT0.

      

   2. Trochę teorii i test interfejsu SPI

      Aby ułatwić sobie pisanie, w pliku .h biblioteki do obsługi nRF'ów zawarłem kilka prostych makrodefinicji, które pokrótce objaśnię, aby wyeliminować ewentualne niejasności.

       Wartość PAYLOAD to ilość bajtów przesyłana jednorazowo przez nRF-a. Wynosić ona może od 1 aż do 32, co daje nam sporą przepustowość połączenia. Obecnie ustawiony jest jeden, nic nie stoi jednak na przeszkodzie aby zwiększyć tę ilość. Biblioteka została napisana tak, aby po zmianie wartości PAYLOAD w pliku .h, można było po prostu wysłać tak długą daną bez przeszukiwania i poprawiania pozostałych linijek kodu. 

          UWAGA! Wartość PAYLOAD w odbiorniku jak i nadajniku musi być taka sama, w innym przypadku odbiornik odbierze tylko część danych, lub też niepoprawnie je zinterpretuje, zwracając błąd transmisji.

      R_ADDR to adres naszego odbiornika(lub nadajnika w przypadku, kiedy oczekuje on potwierdzenia o udanej transmisji, ale o tym później). T_ADDR to adres nadajnika(Dokładniej rzecz biorąc adres, który nadajnik nadaje).

           Adres odbiornika i nadajnika musi być identyczny, aby transmisja przebiegła pomyślnie. W przypadku większej ilości odbiorników można zmieniać adresy „w locie”.

Przykład:

Nadajnik:

R_ADDR  0x01

T_ADDR  0x0f

Odbiornik:

R_ADDR  0x0f

T_ADDR  0x01

         Adresy mogą wyglądać również  tak, jak w przykładzie powyżej. W tym przypadku nadajnik nadaje na adres 0x0f, podczas gdy odbiornik takowego nasłuchuje, zaś w przypadku transmisji zwrotnej(na przykład w celu potwierdzenia) odbiornik nada na adres 0x01, a nasz nadajnik na takowym odbierze.

      Adresy muszą mieć długość w zakresie 2-5 bajtów, tutaj ułatwiłem sobie sprawę pisząc jedynie jeden bajt, jednak jak później zobaczycie w pliku .c powtarzam go pięciokrotnie, w efekcie otrzymując adres: 0x01 0x01 0x01 0x01 0x01.


      TR_MODE i RC_MODE to ustawienie trybu odbioru lub transmisji nRF'a, poprzez zmianę stanu bitu PRIM_RX. Funkcja nRF_Config zostanie szerzej opisana w późniejszym czasie, służy jednak ona do zapisu danych do rejestrów urządzenia. Poszczególne bity które ustawiłem opisane zostały w komentarzach na zdjęciu.


         sbi (set bit) i cbi (clear bit) to makrodefinicje ustawiania lub zerowania wybranego pinu na wybranym porcie. Poprawia czytelność kodu i ułatwia proces pisania.


       CE i CSN to definicje pinów portu, do którego podpięte są linie sygnałowe CE i CSN. W razie nieoczekiwanych zmian mogę zmienić ich ułożenie bez żmudnego poprawiania całej biblioteki - po prostu wpisuję ich nowe umiejscowienie tutaj.


    CE_lo ; CE_hi ; CSN_lo ; CSN_hi to dodatkowe uproszczenie. Tymi definicjami bezpośrednio ustawiam CE lub CSN w stan wysoki lub niski.


       Skoro podstawowe elementy części teoretycznej mamy już za sobą, możemy przejść do etapu komunikacji z nRF'em, czyli odczytu i zapisu rejestrów. Jak już nadmieniłem, do komunikacji wykorzystujemy sprzętowy interfejs komunikacyjny SPI(lub USI w przypadku chociazby ATTINY), którego opis pominę przez wzgląd na dużą ilość dobrych materiałów dostępnych na ten temat w sieci, zarówno w języku polskim jak i angielskim. Załączę jedynie swoje funkcje które wykorzystuję, przez wzgląd na pewną ich niestandardowość. Jeśli jednak byłyby jakiekolwiek komplikacje lub problemy, mogę opisać także obsługę SPI oraz odpowiedzieć na pytania w komentarzach czy mailowo :). Zachęcam więc do nawązania konwersacji w przypadku jakichkolwiek niejasności.

      Wracając do tematu, funkcja zapisująca określoną wartość do dowolnego rejestru nRF'a wygląda tak:

Jako pierwszy argument "reg" wpisujemy nazwę rejestru(ich definicje znajdują się w pliku .h, dostępnym na końcu poradnika), pod "value" zaś wartość, którą chcemy do niego wpisać.

     Cały proces zapisu zaczyna się od ustawienia linii CSN w stan niski, co sprawia, iż nRF zaczyna "słuchać" naszych poleceń. Wysyłamy więc do niego najpierw nazwę rejestru wraz z doklejoną "czynnością", a następnie wartość, jaką chcemy zapisać. W tym przypadku jest to bit "1"(W_REGISTER) oznaczający, iż chcemy zapisać coś do danego rejestru i adres rejestru(jego nazwa). Niezbyt skomplikowane, prawda? Później wystarczy tylko, aby ustawić linię CSN na powrót w stan wysoki, a nRF powraca w stan czuwania.

       Tutaj funkcja SPI_Shift. Jak widzimy, jest to standardowa funkcja służąca to wysłania i odczytania 1 bajtu poprzez SPI.

      Proces odczytu rejestru przebiega bardzo podobnie do zapisu, z tą różnicą, że adres sklejany jest teraz z czynnością odczytu(R_REGISTER) czyli zerem zamiast jedynką wysyłaną na początku wraz z adresem. Następnie wysyłamy pusty bajt "NOP", aby pobrać z nRF'a interesującą nas wartość, którą zapisujemy do zmiennej lokalnej "data". Potem wystarczy dopisać, aby funkcja zwracała tę zmienną jako jej wynik. Na tym etapie możemy już sprawdzić zarówno poprawność połączeń jak i działanie samego nRF'a, odczytując z niego jakiś rejestr. Nasz testowy program mógłby więc wyglądać tak:

      Odczytaną daną można przesłać także poprzez UART do komputera i wyświetlić w terminalu, lub na dowolnym LCD(na przykład tym zgodnym z hd44780 jak robiłem to ja w trakcie testów). W efekcie, jeśli wszystko powyżej zostało wykonane poprawnie, powinna nam się zaświecić podłączona do pinu 0 portu A dioda, lub wyświetlić wartość 0x0E na którymś z wyświetlaczy. 0x0E to bazowa wartość rejestru "STATUS", co odczytać można w nocie katalogowej, którą także załączam poniżej. Niniejszym na tym zakończę pierwszą część, a na dniach dodam kolejną, opisującą zagadnienia związane z poprawną inicjalizacją nRF'a oraz komunikacją pomiędzy dwoma układami. W przypadku dostrzeżenia jakiegokolwiek błędu czy to w zapisie, rozumowaniu, czy też wiedzy bardzo proszę o informację, jestem hobbystą, więc nie wykluczam błędów, jednakże starałem się takowych nie popełniać. Miłego programowania!


Link do pełnej wersji biblioteki nRF24L01.h:

https://github.com/Jeiiy/nRF24L01-

Link do datasheeta nRF24L01+(Opis rejestrów strona 54):

https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/SMD/nRF24L01Pluss_Preliminary_Product_Specification_v1_0.pdf