Ekspres do płytek czyli wytrawiarka

Przeczytałem sobie ostatnio artykuł kol. tenbjetka pt. “USBasp – Programator mikrokontrolerów AVR”. Artykuł jak artykuł – jako że programatora budować nie zamierzam, czytałem po prostu tak jak artykuł w gazecie. Kiedy dotarłem do opisu użycia ekspresu do kawy do wytrawiania płytek stwierdziłem, że to pewnie całkiem ciekawy sposób. Widziałem już pomysły stosowania napędu CD-ROM do poruszania kuwetą, pompki do akwarium do wywoływania ruchu wytrawiacza, ale ekspres…

I w tym momencie mnie olśniło: przecież gdzieś w rupieciach powinien leżeć stary prawie nieużywany ekspres – ot, taki niechciany prezent który jakoś uniknął wyrzucenia na śmietnik. Postanowiłem więc nieco ulepszyć pomysł autora i spróbować na bazie owego ekspresu zbudować jak najniższym kosztem wytrawiarkę.

Zacząłem od małego remanentu i okazało się, że dysponuję praktycznie wszystkimi elementami koniecznymi do zbudowania wytrawiarki. Oprócz oczywiście ekspresu do kawy znalazłem:

1. Arduino Pro Mini
2. Serwa SG90 –  w tym jedno uszkodzone (spalona elektronika)
3. Przekaźnik (w Botlandzie oznaczony jako 12A/125V AC, ale według danych producenta styki mogą pracować z prądem 6A przy 250V). Przekaźnik był uprzednio zamontowany w jakimś już nieistniejącym wyłączniku – czyli był już wlutowany w kawałek płytki z zamontowanymi złączami ARK.
4. Termometr DS18B20
5. Płytka uniwersalna
6. Różnej maści oporniki, kondensatory, tranzystory, ledy (wszystko kiedyś kupione w Botlandzie)
7. Ładowarka do e-papierosa (niestety, nie przydała się, pewnie dlatego że nie z Botlandu)

Wobec tego postanowiłem zbudować urządzenie wyłącznie z tego co mam w domu.

Zacząłem od sprawdzenia, czy posiadany ekspres nadaje się do moich celów. Usunąłem górny zbiornik wody wraz z całym ekwipunkiem do parzenia kawy, pozostawiając nienaruszoną płytkę grzejną wraz z całą instalacją elektryczną. Usunąłem jedynie rurki łączące grzałkę ze zbiornikiem wody. Po podłączeniu zasilania okazało się, że oryginalny termostat co prawda nie pozwala płytce na osiągnięcie zbyt wysokiej temperatury (nic w tym dziwnego, jako że w obiegu nie ma wody), natomiast bez problemu podgrzewa wodę w dzbanuszku do co najmniej 50 stopni (dalej nie sprawdzałem). Jednocześnie stwierdziłem, że wewnątrz ekspresu po prowizorycznym zakryciu otworu po usuniętym zbiorniku temperatura nie stwarza zagrożenia dla zamontowanej elektroniki.

Teraz byłem już pewien, że uda mi się zbudować wytrawiarkę. Ponieważ jednym z problememów kolegi od którego zaczerpnąłem pomysł było rzadkie mieszanie, uznałem za konieczne zamontowanie jakiegoś mieszadła. Do tego celu postanowiłem wykorzystać uszkodzone serwo SG90 TowerPro (serwo kiedyś omyłkowo podłączyłem do 12V – silniczek to wytrzymał, ale elektronika już nie).

Przeróbka serwa na wolnoobrotowy silniczek jest bardzo prosta. Po odkręceniu czterech śrubek zdejmujemy najpierw dekielek od spodu. Po jego zdjęciu należy odłączyć płytkę z elektroniką (trzy przewody podłączone do potencjometru i dwa do silnika) i przylutować do silnika nowe przewody zasilające. Następnie delikatnie należy podnieść górny dekielek. Nie trzeba demontować zębatek – na najwyższej od spodu znajdziemy dwa występy blokujące krańcowe położenia serwa. Trzeba je delikatnie usunąć (ja użyłem do tego miniaturowej piłki tarczowej, ale można to zrobić nawet porządnym nożem) i zmontować całe serwo z powrotem.

Mając tak przerobione serwo budowa mieszadła była już prosta. W wieczku dzbanuszka wyciąłem otwór na serwo, które przykręciłem dwiema śrubkami M2. Element roboczy można zrobić z dowolnego kawałka plastiku – ja użyłem kawałka starej listwy instalacyjnej, który przymocowałem do orczyka kawałkiem stalowego drutu (taki, jakiego używa się do robienia sztucznych kwiatów Efekt na zdjęciu poniżej.

Przyszła kolej na termometr. Najlepiej by było umieścić go wewnątrz dzbanuszka, ale naprawdę nie miałem pomysłu jak zrobić sondę. Wobec tego przykleiłem go po prostu epidianem do dzbanuszka po zewnętrznej stronie niedaleko dna. Co prawda pomiar temperatury nie jest przez to zbyt dokładny, ale zależy mi na utrzymaniu temperatury mniej więcej w okolicach zadanej, a nie na jakiejś dokładności rodem z laboratorium. Dodatkowo sposób wyświetlania temperatury (za pomocą trzech led) również nie sugerował żadnej superdokładności.

Po skleceniu wszystkiego (oprócz przekaźnika) na płytce doświadczalnej mogłem przystąpić do prób.

Niestety – po podłączeniu całości okazało się, że o ile pojedyncze elementy działają bezbłędnie, o tyle po połączeniu wszystkiego razem termometr pokazuje uparcie 85°. Szybkie spojrzenie w Google – aha, 85° to wartość po resecie (faktycznie, jak już wiem to nawet w dokumentacji znalazłem, przypis drobnym druczkiem pod tabelą przykładowych wartości na czwartej stronie). Wlutowanie kondensatorka 100nF bezpośrednio obok nóżek termometru skutecznie uleczyło go z niezdrowych ciągotek do restartów.

Ostatecznie schemat wygląda tak:

Na szczęście więcej niespodzianek już nie było. Przekaźnik połączyłem szeregowo z oryginalnym wyłącznikiem (musiałem przeciąć i przedłużyć przewód prowadzący od wyłącznika do grzałki) i przykleiłem go klejem na gorąco do ścianki obudowy. Na płytce uniwersalnej umieściłem dwa żeńskie goldpiny jako podstawkę pod Arduino, wlutowałem resztę elementów, przewody, i chciałem w obudowę jeszcze wrzucić zasilacz. Niestety – okazało się że ładowarka po wyjęciu z obudowy z niewiadomych przyczyn zmieniła się w generator dymu, a nie miałem już pod ręką innej niewykorzystanej. Postanowiłem więc, że na razie zasilać urządzenie będę zewnętrznym zasilaczem 5V a jeśli zda egzamin, kupi się jakiś zasilaczyk do zamontowania wewnątrz. Niestety – zakupione kiedyś w Botlandzie gniazda 2.1/5.5 są nieszczególnie wysokiej jakości, w dodatku przeznaczone do druku (Botlandzie, jeśli to czytasz to sprowadź gniazda przykręcane do obudowy, bo w miejscowym Wybitnie Wspaniałym Sklepie Elektronicznym raz że trzeba stać godzinę w kolejce, dwa że mam wrażenie że z moich gniazdek właściciel chciałby wyżywić całą rodzinę łącznie ze stryjecznym dziadkiem wujka żony). Tak więc wygląda to nieco prowizorycznie – ale działa.

Po kilku próbach (z wodą) okazało się, że co prawda sposób wyświetlania temperatury na ledach jest wystarczający, to jednak chciałoby się mieć jakiś termometr – szczególnie w początkowej fazie, kiedy płytka się dopiero nagrzewa. Najbardziej oczywiste rozwiązanie – wyświetlacz – nie wchodziło w grę z uwagi na założenie, że zbuduję to wyłącznie z posiadanych już elementów. Postanowiłem więc wypróbować coś, co miałem ochotę zrobić już dawno: wskaźnik zrobiony z małego serwo ze wskazówką zamiast orczyka.

Jako obudowy użyłem pudełka po kremie (mam kilka takich, przeznaczonych do trzymania różnych drobiazgów) – ma rozmiar akurat taki jak trzeba, dość ładny kolor, a przede wszystkim kształt wieczka pozwala na dość precyzyjne wycięcie okrągłego otworu. Oczywiście tak jak wspomniałem miała to być próba, a jako że urządzenie poza ninejszym artykułem nie jest przeznaczone do prezentacji – drobne niedoróbki mogłem tolerować, o ile poznałem sposób na ich uniknięcie w przyszłości.

Wypukłość na wieczku została odcięta za pomocą tarczy ściernej (tnącej) osadzonej na miniwiertarce. Po podszlifowaniu powstał ładny okrągły otwór (tzn. powstałby teoretycznie, o tym za chwilę). Od wewnątrz zeszlifowałem krawędzie otworu i wkleiłem na Poxipol kawałek przezroczystego plastiku (dokładniej opakowanie po PowerBanku). Oryginalnej wkładki (coś w rodzaju uszczelki) użyłem jako tarczę, do której przymocowałem serwo Redox SG90. Na drukarce wydrukowałem skalę i przykleiłem jakimś klejem do papieru do podkładki. Wskazówkę wyciąłem z kartonu i po pomalowaniu na czarno przykręciłem oryginalnym wkrętem do osi serwa. Samo pudełko przykręciłem do obudowy pojedynczą śrubą M3 – jedna śruba pozwala na pochylenie wskaźnika tak, aby wygodniej było odczytać.

Oczywiście – musiałem przy tym wszystkim popełnić kilka błędów. Przede wszystkim za nisko ściąłem wieczko i wskutek tego pozostały ślady po tarczy ściernej. Należało pozostawić jakiś milimetr i dopiero podszlifować.
Użycie oryginalnej podkładki było największym błędem. Przede wszystkim okazało się, że podkładka plus kartka ze skalą to trochę za dużo. Poza tym chciałem przymocować serwo na dwóch śrubach przyklejonych do tarczy – okazało się, że żaden klej tego nie chwyci, w związku z tym serwo trzyma się na razie na jednej śrubie (nie mogłem zastosować dwóch z uwagi na zbyt małą odległość wskazówki do tarczy) i chyba zaklęciu… Trzeba by było zrobić tarczę z jakiegoś cienkiego i sztywnego plastiku (ewentualnie podszlifowując nieco krawędź pudełka) i wkleić dwie śrubki M2 16mm tak, aby serwo było ustawione idealnie pośrodku tarczy. Niestety – nie miałem odpowiedniego kawałka plastiku, ale już mam namiary na opakowanie po margarynie w lodówce :)
Samą skalę trzeba wydrukować na lepszym papierze (kreda?), a co do wskazówki to co prawda nie mam w tej chwili pomysłu, ale na pewno musi być ładniejsza niż moja.

Jak można było oczekiwać, liniowość tanich serw jest czymś, o czym nie wypada wspominać. W związki z tym napisałem krótki programik, pozwalający na podzielenie skali na 5 odcinków (od 10 do 60°). Program po prostu co sekundę pokazuje temperaturę w pożądanym zakresie co 5°, trzeba tak dobrać wartości w tablicy aby osiągnąć maksymalnie sensowne wskazania.

Kolej na właściwy program. Postanowiłem napisać go tak, aby był jak najbardziej uniwersalny. Odpowiednio ustawiając definicje w początkowych liniach możemy użyć zwykłego serwo jako mieszadła, ustawić stałe nastawy termostatu lub podłączyć potencjometr do regulacji temperatury. Działanie układu obrazują cztery ledy:

Żółta – temperatura za niska
Żółta + zielona – temperatura nieznacznie niższa od dolnej wartości
Zielona – temperatura między dolną a górną wartością
Zielona + czerwona – temperatura nieznacznie przekracza górną granicę
Czerwona – temperatura za wysoka
Niebieska – włączenie zasilania grzałki

Migotanie wszystkich led oznacza, że termometr nie został wykryty lub utracono kontakt z termometrem. W takiej sytuacji zasilanie grzałki jest odłączane, ale mieszadło działa cały czas.

Termometr jest wykrywany automatycznie, czyli nie trzeba wpisywać do programu adresu.

Teraz pozostało tylko zakrycie otworu po zdemontowanym zbiorniku na wodę. W tym celu odciąłem niepotrzebną część (osłonę filtra) górnej pokrywy tak, aby pasowała ona do podstawy. Najprostszym sposobem byłoby wykorzystanie istniejącego zawiasu – nieststy, w moim egzemplarzu był on wyłamany, toteż pokrywę przykleiłem po prostu klejarką na gorąco.

A oto wytrawiarka w pełnej krasie:

A co najważniejsze: Arduino i oba serwa można w razie potrzeby szybko wymontować i zamontować z powrotem!

Kilka uwag:

Schemat dotyczy najbardziej rozbudowanej wersji. W przypadku jeśli nie korzystamy z potencjometru lub wskaźnika, po prostu nie podłączamy tych elementów. Jeśli używamy zwykłego serwo jako mieszadła, pomijamy tranzystor Q1 wraz z diodą i rezystorem, a wejście serwa podłączamy bezpośrednio do pinu D9 Arduino. Należy pamiętać o dokonaniu odpowiedniej modyfikacji w programie!

Poziom wytrawiacza nie powinien być wyższy niż kilka milimetrów powyżej dolnej krawędzi mieszadła – w przeciwnym przypadku ruch wirowy cieczy może poderwać płytkę.

Przyjemnego trawienia życzy

ethanak