$2 za prototyp PCBs
Witam drodzy forumowicze. Temat jak najbardziej świąteczny. Chciałbym Wam przedstawić elementy stanowiące uzupełnienie Szopki Bożonarodzeniowej. Można to nazwać tłem...czy po prostu małym miasteczkiem będącym uzupełnieniem szopki. Wykonałem je samodzielnie przy pomocy najprostszych narzędzi, co zajęło mi około 4 miesiące.
Na początek może filmik przedstawiający zmontowaną całość:
Link
Pozwólcie, że teraz opiszę poszczególne elementy.
Jako, że wszystko ma służyć długie lata nie oszczędzałem na materiałach. Wszystkie elementy elektroniczne sa fabrycznie nowe i możliwie wysokiej jakości - co głównie tyczy się kondensatorów elektrolitycznych które najbardziej są narażone na utratę parametrów z biegiem lat, ale i kondensatorów typu X2 w zasilaczach beztransformatorowych. Gdzie się dało, głównie do odsprzęgania obwodów niskoprądowych stosowałem kondensatory tantalowe. Byłem w tej dobrej sytuacji, że większość z elektroniki miałem zachomikowane w "szufladzie" i pomimo tych wszystkich starań koszt był minimalny. Starałem się także do minimum uprościć układy a to głównie tym, że nawet w prostych układach czasowych zamiast timerka 555 czy jakiegoś CMOS-a pracuje tani i łatwo dostępny attiny13...który także posiadam spory zapas. Płytka prostsza a i możliwości zmiany czasu, czy innych potrzebnych do pracy parametrów w zasadzie nieograniczone bez jakiejkolwiek ingerencji w sam układ....po prostu wystarczy zmienić kilka literek, czy cyfr w kodzie. Jeżeli chodzi o mechanikę to głównym materiałem jest drewno sosnowe, głównie w postaci gotowych półek o grubości 18mm dostępnych w hipermarketach budowlanych które pociąłem w zależności od potrzeb, jak i listwy sosnowe 20*20mm oraz 10*10mm, oraz tzw. dykta o grubości 10, 5 i 3mm. Wszystkie połączenia na wkręty plus klej do drewna. Nic nie miało prawa się ruszać...miało byc raz na zawsze. Dachy to głównie pocięte patyczki do lodów - tych płaskich poszło w sumie około 400 - oraz tektura falista przyklejone na dyktę, która stawi podstawowa część konstrukcyjną dachu, co daje dużo twardośc i sztywność całej konstrukcji. Efekt starego tynku udało się osiągnąc przy pomocy szpachli akrylowej do drewna odpowiednio potraktowanej szpachelką i pędzlem, a w późniejszym etapie prac przybrudzonej sproszkowanym grafitem ze startego wkładu ołówka jak i farbami akrylowymi. Farby to właśnie głównie akrylowe, ale większe powierzchnie zdarzało się malować plakatowymi. Podłoże to nic innego jak żwirek akwariowy zmieszany z Vicolem. Trawa elektrostatyczna i odrobina mchu uzupełniły całość. Wszystkie elementy zostało zabezpieczone wodorozcienczalnym lakierem bezbarwnym do drewna. Przydawały się też wałki tekturowe po papierze do pieczenia, tak powstały np. beczki. Figurki z tworzywa sztucznego zostały zamówione przez internet. Ich wysokość waha się między 7 a 10cm. Były to w zasadzie jedyne elementy, które zakupiłem.
Czytając dalszy opis, czy przeglądając zdjęcia zepewne zauważycie, że często stosowałem zasilacze baztransformatorowe. Zapewne wielu z was powie: Po co? Transformator kosztuje mniej więcej tyle samo co elementy potrzebne do konstrukcji beztransformatorowej, część pewnie podejmie kwestie bezpieczeństwa....co wybaczcie, ale z góry uważam za bezsensowne, bo przecież transformator także wymaga zasilania 230V. Zapewniam że nie ma nawet najmniejszego dostępu do nawet najmniejszej części elektronicznej, czy kawałka płytki drukowanej. Mało tego...każda płytka,na której można spotkać napięcie sieciowe została zamontowana nie bezpośrednio na drewnie, lecz na przekładce z tekstolitu. Nie bez znaczenia jest fakt, że posiadałem wszelkie elementy do wykonania zasilania beztransfomatorowego, czyli markowe kondensatory typu X2, diody Zenera o mocy 5W...czyli z ogromnym zapasem, metalizowane rezystory mocy i co najważniejsze zapas przekaźników z cewką 24V. Jako, ze miejsca miałem aż za nadto, nie starałem się nawet miniaturyzować płytek drukowanych. Odstępy miedzy ścieżkami - chodzi tu głównie o te z napięciem sieciowym - są przyjęte z dużym zapasem, a i same ścieżki nie należą do najcieńszych, więc i o płytkę można być spokojnym. Wszelkie obwody sieciowe sa zabezpieczone warystorem jak i bezpiecznikiem topikowym. W konstrukcjach z większym poborem mocy, czyli wiatrak, kurnik, stodoła stosowałem transformator, lub gotowy wtyczkowy zasilacz impulsowy. Tam gdzie pracował tylko PWM i nie było miejsca wystarczyła najzwyklejsza ładowarka do telefonu komórkowego z gniazdem USB. Tam, gdzie jednak miałem dużo miejsca, a pobór prądu był niewielki, tzn. 2mA dla procka i raz na jakiś czas 15mA gdy załączył się przekaźnik, czyli w przypadku dzwonnicy, prasy czy piekarni idealnym rozwiązanie był zasilacz beztransformatorowy. Zapewniam, że zasilacz beztransformatorowy może być niebezpieczny, tylko wtedy gdy jest zmontowany niechlujnie, z niewłaściwych elementów, lub w przypadku gdy jest dostęp do elementów samego zasilacza lub układu nim zasilanego. W tym przypadku nie ma takiej możliwości.
Płytki drukowane zostały zaprojektowane w programie Eagle i wykonane własnoręcznie metoda termotransferu. Wszędzie tam, gdzie pracuje mikrokontroler - attiny13, atmega8 i atmega644 - program został napisany w języku Bascom.
****************************************************************************************************************************
Pierwszy element który chciałbym Wam przedstawić jest jednocześnie najwyższym elementem. Dzwonnica, o której mowa ma prawie 60cm wysokości, a dzwon wykonany z mosiądzu ma 5.5cm średnicy, który z wielkim trudem udało mi sie upolować na znanym portalu aukcyjnym. Pracuje on wlutowany na wał z drutu miedzianego 16mm2 wzmocnionego miedzianymi rurkami, oczywiście zlutowanymi z wałem. Łozyskowany on jest w dwóch mosiężnych łożyskach ślizgowych wykonanych z redukcji do osprzętu pneumatycznego. Przeniesienie napędu z silnika to także konstrukcja wykonana z miedzi, a jako sprzęgło silnika idealnie pasowały tulejki elektryczne 35mm2. Odrobina farby akrylowej uzupełniła dzieło. Elektronika to nic innego jak attiny13 sterujący dzwonem na zasadzie 10 sekund pracy i 30 sekund przerwy. Pobór pradu układu jest niewielki co pozwoliło zastosować prosty zasilacz beztransformatorowy. Jako napęd dzwonu pracuje silnik SP36 z przekładnią redukująca obroty do 30 na minutę.
Link
Drugim elementem pod względem czasu wykonania jak i wielkości jest wiatrak. Tutaj do napędy turbiny wiatrowej wykorzystałem silnik krokowy. Dlaczego? Po prostu zalegał w składziku częsci, a także pozwalało mi to swobodzie regulować prędkośc obrotową turbiny w sposób programowy. Nie bez znaczenia była także kultura pracy takiego silnika - brak przekładni i łozyska kulkowe pozwalają na znaczne zredukowanie wytwarzanego hałasu co podczas pracy ciągłej ma nie małe znaczenie. Problemem była praca przy bardzo niskiej prędkości obrotowej, ponieważ przy dosyć dużej średnicy samej turbiny było widoczne szarpanie, czyli poszczególne kroki...nawet przy sterowaniu półkrokowym. Rozwiązaniem okazało się nieznaczne zwiększenie prędkości, dzięki czemu kultura pracy było o wiele wyższa. Tutaj właśnie, nawet w tak prymitywnym przykładzie wychodzi o ile łatwiej budować tego typu układy z wykorzystaniem mikrokontrolera. Zmienić jedną linijkę w kodzie z czasem przerwy między kolejnymi półkrokami z "waitms 4" na "waitms 8" to dosłownie chwilka, no i pewność że czas się ten nie rozjedzie z biegiem czasu z powodu zwykłego starzenia elementów w tradycyjnym układzie czasowym. Silnik teoretycznie był przystosowany do pracy z napięciem 24V (opór uzwojeń 80omów), jednak bez problemu pracuje w tym przypadku z wtyczkowym zasilaczem impulsowym 12V wytwarzając moment obrotowy ze znacznym zapasem. Sprzęgło na oś 6.3mm zostało wytoczone przez znajomego tokarza za przysłowiową flaszeczkę co znacznie ułatwiło osadzenie nie małego wirnika - jest przykręcony za pomocą czterech śrub. Tutaj także pracuje attiny 13 i to on podaje na swoje porty przebieg potrzebny do sterowania półkrokowego. Lampion wykonany z grubej tektury, od środka podświetlony pomarańczową diodą led.
Link
Następny duży projekt...ale już nie gabarytowy, lecz pod względem technicznym to kurnik...z wbudowanym odtwarzaczem plików wav z karty microSD. Tu w pewnym sensie poszedłem na skróty i zakupiłem adapter microSD z firmy ATNEL. Uważam że to fajny moduł znacznie ułatwiający pracę. Posiada slot karty, bufor magistrali oraz stabilizator 3.3V. Sercem kurnika jest mikrokontroler atmega644...taki posiadałem i taki wpakowałem, nie patrząc nie niewiele wyższą cenę czy zasoby dużo większe od wymaganych dla tego projektu - w zupełności by wystarczył atmega32. Kod źródłowy znalazłem w jednym z tematów z forum, jednak dokonałem pewnych potrzebnych zmian, by dostosować go do swoich wymagań.
Myślę, że wypada podać link do oryginalnego artykułu:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1525524.html
Zasada pracy jest bardzo prosta i polega po prostu na odtwarzaniu w kółko ścieżki ze zmiksowanymi ze sobą różnymi odgłosami wsi w stylu kury, krowy, gęsi, koń, psy...ale także i odgłosy wydawane przez przejeżdżający wóz konny jak i pracę kowala. Część z tych odgłosów znalazłem w internecie, jednak najwięcej pochodzi ze starej gry Stronghold, gdzie można je znaleźć w folderze Media. Zostały one obrobione w Audacity i zapisane na karcie microSD. W załączniku znajduje się plik, który mozna znaleźc także na karcie wymienionego kurnika.
Jako wzmacniacz wyjściowy pracuje LM386. Regulacja głośności potencjometrem 10cio obrotowym umieszczonym na płytce (można także programowo - odsyłam do oryginalnego postu). Akurat w tym przypadku nie obyło się bez problemów. Pierwsza płytka, zaprojektowana trochę bezmyślnie, niestety wylądowała w koszu. Powód - złe rozmieszczenie ścieżek...a dokładnie nad ścieżkami magistrali SPI umieściłem zworkę, która akurat prowadziła do wejścia wzmacniacz LM386. Efekt był taki ze oprócz ścieżki dźwiękowej słyszałem zakłócenia. Przecięcie zworki i poprowadzenie jej troszkę inaczej zwykłym kablem pomogło, ale sama wiadomość takiej "papraniny" zmusiła mnie do zaprojektowania płytki od nowa. Kurnik zasilany jest z wtyczkowego zasilacza impulsowego 12V. Jest to napięcie zbyt duże dla wzmacniacza dlatego zredukowałem napięcie przy pomocy łańcucha diod 1N400x do wartości niższej nie katalogowe maksimum. Jest to sposób najprostszy, ale całkowicie wystarczający i dzięki temu uniknąłem stabilizatora liniowego z radiatorem, czy osobnej przetwornicy redukującej napięcie.
Link
Czas na prasę do oliwek. Projekt ruchomy...dwa kamienie obracają się w rynnie przez 60 sekund po czym następuje 15 sekund przerwy. Pobór prądu przez elekronikę nieznaczny i sterowanie znów na attiny13, co pozwoliło na zastosowanie zasilacza beztransformatorowego. Silnik ten sam jak wyżej, czyli SP36 30obr/min sterowany przekaźnikiem. Mechanika wykonana z polutowanej miedzi, pomalowana farbami akrylowymi, kamienie to sklejone ze sobą krążki tekturowe pokryte drobnym piaskiem sklejonym Vicolem. Misa prasy wykonana ze sklejki, oprócz podstawy silnika którą zrobiłem z tekstolitu. Oczywiście jest dostęp do silnika "od spodu" zakryty płytką z cienkiego tekstolitu.
Link
Piekarnia....projekt ruchomy dzięki gospodyni na balkonie. Elektronika i całe sterowanie to w zasadzie kopia prasy do oliwek z tą różnica ze wykorzystałem tu sprzętowy PWM w attiny13 do imitacji ognia z piecu piekarni. Wykorzystałem tutaj - w zasadzie ten sposób jest wykorzystany wszędzie gdzie PWM pracuje z dioda LED - Bascomowe polecenie "rnd()" ale i także korekcję charakterystyki Gamma dla diod led. Tutaj z pomocą przyszedł mi program mkAVRCalculator, który potrafi odpowiednie wartości wygenerować, co pozwala zachować liniowa charakterystykę i znacznie poprawia efekt wizualny. W tym miejscu może troszkę napisze o całej mechanice. Jako wszelkiego rodzaju podstawy zastosowałem tekstolit. Jest to materiał łatwy w obróbce a przy okazji bardzo mocny....niestety bardzo drogi jak na pocięte szmaty i żywicę. Łożyska dla wszelkiego rodzaju wałów stanowiąc odpowiednio przycięte i przewiercone elementy pneumatyczne typu redukcje i złączki wykonane z mosiądzu. Wały i cięgna to drut miedziany odpowiedni pogięty i polutowany. Jeżeli uważałem że jakieś miejsce wymaga większego wzmocnienia - na przykład w przypadku wału dzwonu w dzwonnicy to na drut miedziany nakładałem rurkę miedzianą i lutowałem na miękko. Tak wykonany element był bardzo trudny do zgięcia w rękach co myślę że z wielkim nadmiarem wystarczy w tego typu konstrukcji.
Link
Następne opisane elementy szopki są już statyczne, jednak i w nich można napotkać na odrobinę elektroniki. Jako pierwszy przykład podam wędrowca przy szałasie. Elektronika ogranicza się do attiny 13 wytwarzającego losowy przebieg PWM z zastosowaniem korekcji Gamma imitując w ten sposób światło ogniska. Jako zasilacz pracuje ładowarka do telefonu komórkowego z gniazdem USB. Ciężko w tym przypadku opisać cokolwiek więcej...niech zdjęcia mówią same za siebie:)
Link
To samo, mogę powiedzieć w przypadku kolejnego elementu, czyli ogniska. Tutaj także sercem jest attiny13 i tak jak poprzednio pracuje ze sprzetowym PWMem z korekcją Gamma. Zasilanie to także ładowarka z gniazdem USB 5V.
Link
Drzewo i drogowskaz to elementy całkowicie pozbawione jakiejkolwiek elektroniki. Wykonane jako uzupełnienie krajobrazu:)
Ostatnim elementem jest stodoła. Wykonałem ją głównie dla wygody osoby która będzie szopkę obsługiwać. Postanowiłem podzielić całość konstrukcji na elementy ciche i głośne....czyli potrzebowałem dwa osobne kanały do sterowania - stąd tez i dwa gniazda na ścianie tylnej stodoły. Pilot RC-5 okazał się najlepszym i najprostszym rozwiązaniem. Tutaj pracuje już atmega8 a program jak i w poprzednich przypadkach został napisany w języku Bascom i wykorzystuje gotowe polecenie do odbioru sygnału kodowanego w RC-5. Stodoła oprócz sterownika RC-5 została wyposazona w filtr sieciowy, wyłącznik główny, oraz bezpieczniki topikowe, zarówno dla całości jak i dla każdego gniazda osobno. Dla ułatwienia zamontowałem buzzer, który w zależności od ilości wydawanych dzięków informuje który kanał został załączony jak i wyłączony.
Fajne! Ranking DIY
