Lampe UV - SRO2003 : 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Salut!

Aujourd'hui je vais vous présenter la réalisation d'une lampe UV LED. Ma femme est créatrice de bijoux en pâte polymère et elle utilise souvent de la résine pour réaliser ses créations. En principe elle utilise une résine classique qui polymérise simplement à l'air libre, elle fonctionne bien mais elle est assez longue pour devenir solide (environ 2 jours). Mais récemment elle a découvert une résine qui polymérise grâce à la lumière UV, il suffit d'exposer l'objet résiné à une source de rayons UV pendant un court instant pour rendre la résine solide. Lorsqu'elle a commandé la résine elle a hésité à acheter une lampe (ça ne coûte pas cher…) mais j'ai tout de suite arrêté en disant: J'AI DES LED UV ! JE NE SAIS PAS QUE FAIRE AVEC, JE PEUX FAIRE VOTRE LAMPE !!! (oui je réagis parfois un peu trop vite quand il s'agit d'électronique…;))

Et donc là j'essaye de faire une lampe avec ce que j'ai dans le fond de mes tiroirs…

Étape 1: Obligations

- La lumière émise par la lampe doit être la plus homogène possible, la lampe doit éclairer l'ensemble de l'objet qui sera placé en dessous.

- La lampe doit avoir un compte à rebours réglable d'au moins 1 minute 30 secondes

- La lampe doit être suffisamment grande pour couvrir des objets jusqu'à 6 cm de diamètre mais ne doit pas être trop encombrante.

- La lampe doit être facilement déplaçable.

- La lampe doit être alimentée par une source d'alimentation "sécurisée" (pile/adaptateur)

Étape 2: Outils et composants électroniques

Composants électroniques:

- 1 Micropuce PIC 16F628A

- 2 boutons de commutation momentanés

- 2 transistors BS170

- 1 transistor 2N2222

- Affichage numérique à 2 chiffres

- 1 LED rouge 5mm

- 17 LED UV 5mm

- 8 résistances 150 ohm

- 17 résistances 68 ohm

- 2 résistances 10 Kohm

- 1 résistance 220 ohm

- 1 buzzer

- 2 cartes PCB

- fil d'emballage (ex: 30 AWG)

Autres composants:

- 8 entretoises

- quelques vis

- 1 bouchon tube pvc (100mm)

- 1 manchon de tuyau en pvc (100mm)

- tubes thermorétractables

Outils:

- une perceuse

- fer à souder - fil à souder

- un programmeur pour injecter le code dans une Microchip 16F628 (ex PICkit 2)

Je vous conseille d'utiliser Microchip MPLAB IDE (freeware) si vous souhaitez modifier le code mais vous aurez également besoin du compilateur CCS (shareware). Vous pouvez également utiliser un autre compilateur mais vous aurez besoin de nombreux changements dans le programme. Mais je vais vous fournir le. HEX afin que vous puissiez l'injecter directement dans le microcontrôleur.

Étape 3: Schéma

Voici le schéma créé avec CADENCE Capture CIS Lite. Explication du rôle des composants:

- 16F628A: microcontrôleur qui gère les entrées/sorties et le temps du compte à rebours

- SW1: bouton de réglage de la minuterie - SW2: bouton de lancement

- FND1 et FND2: affichages numériques à chiffres pour indiquer le temps du compte à rebours

- U1 et U2: transistors de puissance pour afficheurs digitaux (multiplexage)

- Q1: transistor de puissance pour alimenter les leds UV

- D2 à D18: leds UV

- D1: LED d'état, s'allume lorsque les LED UV sont allumées

- LS1: buzzer qui émet un son lorsque le compte à rebours est terminé

Étape 4: Calculs et prototypage sur planche à pain

Assemblons les composants sur une maquette selon le schéma ci-dessus et programmons le microcontrôleur !

J'ai divisé le système en plusieurs parties avant d'assembler le tout:- une partie pour les leds UV

- une partie pour la gestion de l'affichage

- une partie pour la gestion des boutons poussoirs et voyants lumineux/sonores

Pour chaque pièce j'ai calculé les valeurs des différents composants puis vérifié leur bon fonctionnement sur la maquette.

La partie leds UV: Les leds sont reliées au Vcc (+5V) sur leurs anodes via les résistances et sont reliées au GND sur leurs cathodes via le transistor Q1 (2N2222).

Pour cette partie il faut simplement calculer la résistance de base nécessaire au transistor pour avoir un courant suffisant pour le saturer correctement. J'ai choisi d'alimenter les leds UV avec un courant de 20mA pour chacune d'elles. Il y a 17 leds, donc il y aura un courant total de 17*20mA=340mA qui traversera le transistor de son collecteur à son émetteur.

Voici les différentes valeurs utiles issues de la documentation technique pour effectuer les calculs: Betamin=30 Vcesat= 1V (environ…) Vbesat=0.6V

Connaissant la valeur du courant sur le collecteur du transistor et le Betamin on peut en déduire le courant minimum à avoir sur la base du transistor pour qu'il soit saturé: Ibmin=Ic/Betamin Ibmin=340mA/30 Ibmin= 11.33mA

On prend un coefficient K=2 pour être sûr que le transistor est saturé:

Ibsat=Ibmin * 2

Ibsat= 22,33 mA

Calculons maintenant la valeur de la résistance de base du transistor:

Rb=(Vcc-Vbesat)/Ibsat

Rb=(5-0,6)/22,33mA

Rb=200 ohms

Je choisis une valeur standard de la série E12: Rb=220 ohm En principe j'aurais dû choisir une résistance avec une valeur normalisée égale ou inférieure à 200 ohm mais je n'avais plus beaucoup de choix dans les valeurs pour les résistances donc j'ai pris la plus proche valeur.

La partie gestion de l'affichage:

Calcul de la résistance de limitation de courant pour les segments d'affichage:

Voici les différentes valeurs utiles issues de la documentation technique (afficheur digit et transistor BS170) pour effectuer les calculs:

Vf=2V

Si=20mA

Calcul de la valeur limite actuelle:

R=Vcc-Vf/Si

R=5-2/20mA

R=150 ohms

Je choisis une valeur standard de la série E12: R=150 ohm

Gestion du multiplexage:

J'ai choisi d'utiliser la technique de l'affichage multiplexé pour limiter le nombre de fils nécessaires au contrôle des caractères sur les affichages. Il existe un affichage qui correspond au chiffre des dizaines et un autre affichage qui correspond au chiffre des unités. Cette technique est assez simple à mettre en œuvre, voici comment cela fonctionne (ex: pour afficher le nombre 27)

1 - le microcontrôleur envoie des signaux sur 7 sorties correspondant au caractère à afficher pour le chiffre des dizaines (chiffre 2) 2 - le microcontrôleur active le transistor qui alimente l'affichage qui correspond aux dizaines 3 - un délai de 2ms s'écoule 4 - le le microcontrôleur désactive le transistor qui alimente l'affichage qui correspond aux dizaines 5 - le microcontrôleur envoie des signaux sur 7 sorties correspondant au caractère à afficher pour le chiffre des unités (chiffre 7) 6 - le microcontrôleur active le transistor qui alimente l'affichage correspondant aux unités 7 - un délai de 2ms s'écoule 8 - le microcontrôleur désactive le transistor qui alimente l'affichage correspondant aux unités

Et cette séquence se répète en boucle très rapidement pour que l'œil humain ne perçoive pas le moment où l'un des écrans est éteint.

La partie boutons poussoirs et voyants lumineux/sonores:

Il y a très peu de tests matériels et encore moins de calculs pour cette partie.

On calcule que la résistance de limitation de courant pour la led d'état:R=Vcc-Vf/If R=5-2/20mA R= 150 ohm

Je choisis une valeur standard de la série E12: R=150 ohm

Pour les boutons poussoirs j'ai simplement vérifié que j'étais capable de détecter l'appui grâce au microcontrôleur et d'incrémenter le nombre d'appuis sur les afficheurs. J'ai également testé l'activation du buzzer pour voir si cela fonctionnait correctement.

Voyons comment tout cela est géré avec le programme…

Étape 5: Le programme

Le programme est écrit en langage C avec MPLAB IDE et le code est compilé avec le compilateur C CCS.

Le code est entièrement commenté et assez simple à comprendre je vous laisse télécharger les sources si vous voulez savoir comment cela fonctionne ou si vous souhaitez le modifier.

La seule chose un peu compliquée est peut-être la gestion du compte à rebours avec le timer du microcontrôleur, je vais essayer d'expliquer assez rapidement le principe:

Une fonction spéciale est appelée toutes les 2ms par le microcontrôleur, c'est la fonction appelée RTCC_isr() dans le programme. Cette fonction gère le multiplexage de l'affichage ainsi que la gestion du compte à rebours. Toutes les 2ms les affichages sont mis à jour comme expliqué ci-dessus, et en même temps la fonction TimeManagment est également appelée toutes les 2ms et gère la valeur du compte à rebours.

Dans la boucle principale du programme il y a simplement la gestion des boutons poussoirs, c'est dans cette fonction qu'il y a le réglage de la valeur du compte à rebours et le bouton pour démarrer l'allumage des leds UV et le compte à rebours.

Voir ci-dessous un fichier zip du projet MPLAB:

Étape 6: Soudage et assemblage

J'ai réparti l'ensemble du système sur 2 cartes: une carte supporte les résistances des LED UV et une autre carte qui supporte tous les autres composants. J'ai ensuite ajouté des espaceurs pour superposer les cartes. Le plus compliqué a été de souder toutes les connexions de la carte supérieure, notamment à cause des écrans qui nécessitent beaucoup de fils, même avec le système de multiplexage…

J'ai consolidé les connexions et le fil avec de la colle thermofusible et une gaine thermorétractable pour obtenir le résultat le plus propre possible.

J'ai ensuite fait des repères sur le capuchon en PVC afin de répartir au mieux les leds pour obtenir la lumière la plus uniforme possible. Ensuite j'ai percé les trous avec le diamètre des leds, sur les photos on voit qu'il y a plus de leds au centre c'est normal car la lampe servira principalement à émettre de la lumière sur de petits objets.

(Vous pouvez voir sur les photos de présentation au début du projet que le tube PVC n'est pas peint comme le bouchon, c'est normal que ma femme veuille le décorer elle-même… si un jour j'ai des photos je les rajouterai !)

Et enfin j'ai soudé un connecteur USB femelle afin de pouvoir alimenter la lampe avec un chargeur de téléphone portable ou une batterie externe par exemple (via un câble mâle-mâle que j'avais chez moi…)

J'ai pris beaucoup de photos lors de la réalisation et elles sont assez "parlantes".

Étape 7: Schéma de fonctionnement du système

Voici le schéma du fonctionnement du système, pas du programme. C'est une sorte de mini manuel d'utilisation. J'ai mis le fichier PDF du schéma en pièce jointe.

Étape 8: Vidéo

Étape 9: Conclusion

C'est la fin de ce projet que j'appellerais "oportuniste", en effet j'ai réalisé ce projet afin de répondre à un besoin immédiat, donc je l'ai fait avec le matériel de récupération que j'avais déjà mais je suis quand même assez fier du résultat final, surtout l'aspect esthétique plutôt épuré que j'ai pu obtenir.

Je ne sais pas si mon style d'écriture sera correct car j'utilise en partie un traducteur automatique afin d'aller plus vite et comme je ne suis pas anglophone nativement je pense que certaines phrases seront probablement bizarres pour des personnes écrivant parfaitement l'anglais. Alors merci au traducteur DeepL pour son aide;)

Si vous avez des questions ou des commentaires sur ce projet, faites-le moi savoir!