Делаем автоматику для пивоварни на одной плате. Изучаем atmega644. Изготавливаем плату с помощью фоторезиста.

Давненько я не писал обзоры, вот решил поделиться информацией как я сделал автоматику для своей пивоварни. Так же в этом обзоре расскажу об изготовлении печатных плат с помощью китайского фоторезиста.

Для чего же мне понадобилась автоматика?

Автоматика нужна для облегчения процесса затирания солода, т.к. этот контроллер сам будет следить за температурой, поддерживать ее и поднимать до необходимой температурной паузы. Так же сигнализировать звуковым сигналом о необходимом вмешательстве, например, нужно засыпать солод или сделать йодную пробу.

Делать я свою автоматику решил из готового проект ArdBir. Работает она на arduino, к нему подключается датчик температуры, два реле, дисплей и кнопки. Первое реле управляет ТЭНом, второе реле насосом. Насос для затирания очень удобен, т.к. отпадает необходимость за весь процесс затирания перемешивать затор (подробнее как варить пиво, рекомендую прочитать в моих ранних обзорах)

Первую автоматику я собрал с помощью модулей:

— Arduino mini
— Блок из двух реле на 15А
— Дисплей 2004
— Температурный датчик
— 4 кнопки
— БП на 5 вольт
Удобство модульной сборки, только состоит в том, что достать все детали не составит труда и паять практически ничего не нужно. Но самый большой минус — это огромное количество проводов, а дешевое китайское реле создавало помехи на дисплее, по этому механическое реле пришлось заменить твердотельным.

Со временем я пришел к выводу, что надо собрать свою автоматику на чипе с 64кб памяти (у arduino mini всего 32 кб) на одной плате. Готового решения я не нашел, по этому сам стал создавать схему и в последующем плату для своей поделки.

Схема:

Схему разработал и рисовал так сказать на коленке и для себя, по этому возможны кое-какие недочеты, но схема полностью рабочая:

Плата:

Схему нарисовал, далее осталось нарисовать плату, сначала рисовал с помощью программы Sprint-Layout 6, очень удобная, но маловато в ней функционал, по этому решил от нее уйти в сторону программы DipTrace и вот что у меня получилось:

Скачать исходники можно тут.
Как видно свою пивоварню я назвал QRBeer и это уже версия 0.5…

Плата готова, осталось ее как-то изготовить. Для этого я решил использовать фоторезист. Почему именно им, а не ЛУТ? Просто решил испробовать для себя такую новую технологию, ЛУТ я уже испробовал, так сказать пощупал, не скажу, что мне она понравилась…

Фоторезист:

Для изготовления печатных плат с помощью фоторезиста понадобится:
— Пленка для принтера
— Фоторезист пленочный
— УФ лампа
— Сода кальцинированная

УФ лампа

Для начала поделюсь информацией как я делал свою УФ лампу. Сначала хотел использовать готовую лампу, а потом решил собрать ее на шести 3Вт светодиодах:
Светодиоды и БП куплены так же на тао:

Светодиоды приклеил на радиатор термоклеем, хотя можно было их собрать на текстолите, сомневаюсь, что они перегрелись бы.
Вот что у меня получилось:

Изготовление платы

1. Итак, шаблон я подготовил, осталось его только распечатать на пленке. Как я писал выше нужна пленка для принтера, я испробовал пленку как для лазерного принтера, так и для струйного, лучший вариант получается только на пленке для струйной печати. Печатать нужно в негативе и в зеркальном отражении:

Шаблон я сразу заламинировал, что бы отпечатки пальцев и мусор легко можно был смыть.
2. Далее нужно зашкурить нашу будущую плату (фальгированный стеклотекстолит). Для этого подойдет слегка смоченная обычная губка или меламиновая губка:

3. После этой процедуры, медь ещё нужно обезжирить ацетоном:

Как видно на моем фото обезжиривал я обычной салфеткой, а ацетон я перелил в бутылочку от перекиси, так удобнее брать…
4. Следующим шагом нужно обрезать фоторезист под свою будущую плату слегка с запасом и аккуратно снять верхнюю защитную пленку, что бы не повредить его. Если фоторезист отечественный, отклеивать нужно матовую сторону, если китайский, то тут разницы нет…
5. Далее наклеиваем фоторезист на текстолит, что бы под фоторезистом не появились воздушные пузыри, иначе в таких местах дорожки не проявятся, обрезаем лишнее…
Процесс наклеивания фоторезиста напоминает наклеивание защитной пленки на телефон.

6. Когда фоторезист наклеен, текстолит с ним нужно пропусить через ламинатор 2-3 раза или воспользоваться теплым утюгом и проглаживать через лист бумаги сложенным в два раза:

Главное фоторезист не перегреть, а то получится вот так:

Если при наклеивании фоторезиста получился «косяк», то лучше его убрать (смыть или соскоблить) и заново наклеить, а то после травления платы будет печально… Я же убирать этот фоторезист не буду, покажу конечный результат.
7. Накладываем на текстолит с фоторезистом шаблон и прижимаем стеклом (я взял его от старой фоторамки), а на стекло устанавливаем груз:

8. Засвечиваем фоторезист с помощью УФ лампы. Моей лампы хватает примерно 2 минуты:

Как видно фоторезист который засветился поменял цвет со светло-синего до темно-синего, причем засвеченный фоторезист очень хрупкий.
9. Убираем стекло и шаблон. Лишний фоторезист можно (не обязательно) обрезать и аккуратно отделить пинцетом:

10. Следующим шагом следует щелочью смыть непроявившийся фоторезист, для этого берем 2 стакана воды и столовую ложку кальцинированной соды, хорошенько размешиваем. Отклеиваем верхнюю защитную пленку у фоторезиста и опускаем в щелочной раствор наш текстолит.

11. Берем кисточку и трем по фоторезисту в щелочи, постепенно непроявленный фоторезист смывается:

Щелочь можно не выливать, а оставить на следующую плату или для смывания фоторезиста после травления, но об этом чуть позже…
12. Травление платы:
Тут два способа доступнее всего: травление хлорным железом или перекисью+лимонная кислота и соль. Про хлорное железо писать не буду, а вот с помощью перекиси пожалуй опишу:
— 100 мл. перекиси водорода 3% — продается она в аптеке за 7-12 рублей
— 30 гр. лимонной кислоты (есть в любом продуктовом магазине)
— 1 ст. ложка соли (подойдет как мелкая так и каменная)

Все это смешивается в емкости и погружается туда плата с готовым фоторезистом, через некоторое время на плате появляются пузыри:

А через некоторое время «голая медь» полностью протравится:

Кстати, если травить в более высокой температуре, например у лампы накаливания или в водяной ванне, то тремя травления уменьшится, главное не переусердствовать, иначе лишнее протравится…
13. Убирать фоторезист удобнее всего в этой же щелочи, в которой смывали непротравленный фоторезист, минут через 20 он сам отпадет и ничего тереть не надо…

А вот и мои «косяки»:

Хоть и не значительные, но все же, а во всем виновата невнимательность, не заметил пузырьки воздуха под фоторезистом или перегрел…

Следующая плата у меня получилась «чистая»:

14. Далее сверлим отверстия и лудим плату:

15. Припаиваем все детали и отмываем от лишнего флюса:

Припаивал SMD компоненты китайской инфракрасной паяльной станцией, очень удобно:


Вот и все, самое сложное позади, осталось прозвонить дорожки на предмет короткого замыкания и приступить к программирования чипа.

Программирование atmega644

1. Для начала программирования нужно загрузить в него bootloader. Делается это не сложно с помощью Arduino UNO, но для начала нужно скачать и установить программу Arduino.
2. Следующим шагом в установленную программу добавить Sanguino или взять сразу готовую сборку: Arduino+Sanguino
3. Заливаем на UNO скетч ArduinoISP:

4. И подключаем к UNO нашу плату:

В соответствии инструкции скетча:

// pin name
// slave reset: 10:
// MOSI:        11:
// MISO:        12:
// SCK:         13:

Получается по моей схеме так:

5. Далее устанавливаем в настройках нашу плату и загружаем bootloader:

Если все удачно прошло, то увидим сообщение: «Запись загрузчика завершена»
На этом загрузка bootloader'a завершена, можно подключать дисплей, кнопки, датчик температуры и заливать скетч автоматики.

Корпус еще не сделал, но все работает:

Почти все детали покупал на тао:

— Atmega644 — 7.5元
— Радиатор — 8元
— SMD кнопки — 0.1元
— Кнопки — 0.5元/шт.
— Оптрон MOC3023 — 0.6元/шт.
— Семистор BTA16-600C — 0.8元/шт.
— Семистор BTA41-800B — 4元/шт.
— Пищалка — 0.43元/шт.
— Дисплей 2004 — 16.3元/шт.
— Датчик температуры DS18b20 — 5.79元/шт.

Выводы

По автоматике:
Работает отлично, без нареканий и в любой момент можно добавить нужные модули, например, wifi, что бы управлять автоматикой и снимать логи варки через комп или смартфон…
Китайские детали:
Стоят минимум в 2 раза дешевле, чем в ближайшем магазине, качество не хуже…
Фоторезист:
Знакомство понравилось, в следующий раз буду пробовать фоторезист пастой (уже заказал), который исключит попадание воздуха и перегрев…
Общий:
Опыт в создании платы интересен, но это у меня все еще beta версия платы, которые я буду улучшать, модернизировать, тоже самое и по программированию чипа, идей много, а времени…

На этом все, надеюсь не слишком утомил, если будут вопросы или что-то упустил в обзоре, пишите, по возможности постараюсь ответить.

PS. Так же приглашаю в "Клуб домашних пивоваров" в контакте, мы всем рады, делимся своими рецептами, хвастаемся своим оборудованием и помогаем в решении каких-либо проблем.