Sähkötyö

Tehtävänä on laatia elektroninen laite, joka hyödyntää mikroprosessorin ohjelmointimahdollisuuksia. Työ alkoi suunnittelulla. Mietin kaikkia mahdollisia kodin pienlaitteita, joihin olisin halunnut muutosta. Ja yksi niistä on palovaroitin, joka vaatisi uutta muotoilua. Lisäksi yövalo tulisi tarpeen, kun 20 vuotta vanha kissani tarvitsee jo yövaloa öillisiin seikkailuihin. Tai entäpä liiketunnistimella toimiva eteisvalo jonka voi siirtää tarvittaessa vaikkapa ulos parvekkeelle. Ja ehkäpä sen voisi laittaa roikkumaan katosta ja jos sen voisi myös pitää lattialla tai pöydällä. Paljon ajatuksia ja mietteitä. Pidän jostain syystä perhosista. Perhosen muoto on kaunis, siipien keveyden herkkyys kontrastina voimakkaisiin väreihin ja kuvioihin on kiehtova yhdistelmä. Perhosissa on jotain samankaltaisuutta mikä kertoo myös itsestäni: vahvuudesta ja herkkyydestä mutta myös hauraudesta.

Kotiini on kertynyt muutamia perhosia, niin lasisia kuin keraamisia ja erityisesti valon kulku lasiperhosessa on hyvin kaunis. Siitäpä ajatus valoperhosesta sai alkunsa.

Työ on tarkoitus tehdä parityönä, joten työparini kanssa yhdistimme ideat ja päädyimme valaisimeen, joka toimisi 9 V patterilla ja muotona on perhosen muoto. Syntyi idea valoperhosesta. Halusimme siihen liiketunnistimen sekä hämäräkytkin, jotta vältyttäisiin turhalta patterin kulumiselta.
Piirtelimme luonnoksia ensin paperille. Muotoa oli hankala hahmottaa, koska emme tienneet mistä materiaalista tekisimme kotelon, eli perhosen ”vartalon.” Pohdimme yhdessä mistä materiaalista se voisi olla ja mietimme myös olisiko valmiita jo olemassa olevia muotoja tarjolla esim. kierrätysmateriaalista. Myös ajatus valaistuista siivistä pyöri päässäni. Entäpä voisiko työhön yhdistää tekstiiliä esim. virkata ja tärkätä siivet, joihin yhdistäisi valon. Mutta mistä vartalo: tyhjiömuovaamalla muovista, vaiko mdf-levystä kerros kerrokselta liimaten kotelon muotoon, vaiko metallista pakottamalla tai valmis esim. säilykepurkki, jonka voisi litistää. Taas paljon ajatuksia ja mahdollisuuksia, mutta mikä niistä voisi parhaiten palvella ajatustamme. Jätimme koteloinnin ideat muhimaan.

Piirikaavio
Työ alkoi piirikaavion suunnittelulla, jota työstimme aluksi paperilla.

 9 Voltin paristo pitäisi saada 5 V mikropiirille sopivaksi, joten tarvittiin regulointi. Input puolelle tulivat kytkin, liiketunnistin ja valovastus (fotovastus). Outputtiin tietenkin ledit, joihin tarvittiin transistorit, jotta 5 V virta saadaan ledeille ohjattua.



 Picaxen 14 jalkainen mikrokontrolleri riitti tarvittaville toiminnoille. Valikoimme sen.

Työparini piirsi PCB Wizard- ohjelmalla piirikaavion puhtaaksi. Mikrokontrollerin valinta osui 14 jalkaiseen, jotta kaikki input ja output toiminnot sopisivat siihen ja jäi vielä yksi inputti tyhjäksikin. Piirikaavio täytyi vielä piirtää uudelleen, koska olin löytänyt hyvän kotelon perhosellemme, eli silmälasikotelon ja tähän koteloon sopisi vain levy joka on max. 60x90 mm. Pohdimme yhdessä miten saisimme piirilevyn hieman kapeammaksi ja onnistuihan se.

Tässä lopullinen piirikaavion toteutus

Kokooonpanopiirros.













Seuraava työ oli valottaa piirikaavio valoherkälle levylle. Työ alkoi tulostamalla valotusta varten piirikaavio laserkalvolle.

Tässä oma ohjeeni opettajamme Janin tunnilta:
Valonarka piirilevyä voi sahata esim. askartelusahalla oikeaan kokoon.Muista myös porata levyn reunaan 3 mm reikä rautalanka varten (tarvitaan levyn kehitteessä "dippaukseen"). Piirikaavion musta puoli on valonarkaa ja se on suojattu muovilla.






 

Poista suojamuovi vasta kun valotushuone on hämärä. Piirilevystä on tulostettu kalvo lasertulostimella (high quality). Aseta kalvon tulostuspuoli suoraan piirilevyn valonaralle puolelle (valotus onnistuu paremmin, koska lasertulostetun kalvon muste on piirilevyn pinnassa).

Valotusaika  4 min UV-valotuslaitteessa.

 Valottamisen jälkeen huoneeseen ei saa laittaa valoja vaan levy "dipataan" kehitteeseen. Jos kehite ei ole tuore, niin dippaaminen voi kestää usemman minuutin. Minulla kului 3 min. Mutta jos kehite on uusi niin kehitysaika voi olla vain 50 s. Piirikaavio alkaa hahmottua dippauksessa ja kun se on täysin näkyvissä, levy nostetaan kehitteestä. Kehitepurkki kiinni.

Ja valot päälle. Piirilevystä loppu kehite vielä huuhdellaan vedellä.

Seuraavaksi: syövytys ja huuhtelu.

Kuvassa on laite, jolla syövytetään ferrikloridiliuoksella (FeCl4)ylimääräinen kupari levystä pois Syövytysliuoksesta tulevia höyryjä ei saa hengittää, sillä ne ärsyttävät hengityselimiä.. Liuos on  lämpötilaltaan 45 asteista.Ja sekoitussuhde 3 l vettä ja säkki ferrokloridia.  Syövyttämisen nopeuttamiseksi puhalletaan tankin pohjalla olevien reijitettyjen putkien kautta ilmaa liuokseen.



Syövyttämiseen vaikuttaa myös ferrofloridiliuoksen tuoreus ja meillä taitaa olla aika vanha liuos, koska syövyttämiseen meni 15 minuuttia. Tälläisen syövytystehonsa menettäneen ainee voi hävittää neutraloimalla sen natriumkarbonaatilla eli soodalla tai liitujauholla ja toimittaa paikkakunnan ongelmajätteiden vastaanottopisteeseen. Liuosta eisaa kaataa viemäriin, sillä se syövyttää laimeanakin viemäriputkia.
Ja lopuksi huuhtelu vedellä.


Piinaava odotus palkittiin, kun porukalla pähkäilimme, että ei onnistunut valotus ja kehitys ja tai mikään, kun levy pysyi vihreän kellertävänä.

 Kunnes opettajamme tuli paikalle ja muistutti että suojalakka on vielä puhdistamatta. Eikun yleisohenne 1060 (tinneri tai asetoni ) esille ja puhdistus käyntiin.
Lopuksi työ palkittiin ja piirilevy oli onnistuneesti valottunut.

Piirilevy annetaan hieman kuivahtaa ja suojalakka ohuesti koko levylle. Levy annetaan kuivaa rauhassa. Suojalakka (uretaanilakka) estää kuparin pintaa hapettumiselta.

 Piirilevyn työstäminen jatkui piirilevyn reijittämisellä. 1mm reijät komponenteille ja johdoille, rekulaattorille 1,5 mm ja vedonpoistoille. Ja ensin pistepuikolla alku reijille!

 Dremeli on hyvä työväline tarkkojen pienten reikien poraamiseen.

Teimme työparini kanssa kaikki työvaiheet yhdessä, vaikka kumpikin halusi valmistaa oman piirilevyn ja tehdä oman valoperhosen.
Pääsimme kokoamisvaiheeseen. Ja kokoaminen alkoi vastusten laittamisella paikoilleen. Työtä helpottaa jos kokoaa pehmeälle alustalle ensin komponentit ja sitten järjestelmällisesti alkaa juottaa komponentti kerrallaan.

 Ja pikkuhiljaa komponentit yksitellen paikoilleen . Erityisen herkkiä lämmölle on transistorit ,dilkanta (mikropiiri kiinnitetään dilkannalla piirilevyyn) rekulaattori ja mosvetti.Meillä ei ollut mosvettia mutta nuo em. muut komponentit löytyvät. Dilkannan juottamisessa kannattaa juottaa se vuorotellen jalka oikealta puolelta ja vasemmalta puolelta. Myöskin jäähdytyspihtien käyttö sallittua.

Ja komponenit juotetaan mahdollisimman pintaan kiinni paitsi rekulaattori ja mosvetti koska niissä on jäähdytys.

Perusohje juottamiseen:  alkulämmitys ja juotteenlisäys.






Juottimen kärki pidetään hyvässä kunnossa aina tinaamalla, ei viilata. Juottimen lanka voidaan helposti kieputtaa lyijykynän ympärille, jolloin se saadaan kätevästi "kerälle" ja tulee helposti "putkilosta" ulos.

Liiketunnistin näyttää tältä. Aika iso suhteessa perhosen kokokoon.

Kun kaikki komponentit paikoillaan niin testaus yleismittarilla oli paikallaan, eli jos rekuloinnin jälkeen virran lasku 9V :sta  5V :iin niin kaikki kunnossa.

Ja vihdoinkin ohjelmointiin. Aluksi minulla meni kaikki ohjelmointi yli hilseen, mutta yritin muistuttaa itseäni html-koodaamisesta eli tietyt komennot tarkoittavat yksinkertaisesti tiettyä asiaa  ja ne on vaan opeteltava niiden oikeilla nimillä.
Tässäkin koodaamisessa työparini oli viisaampi. Hän oli aikaisemmin tehnyt jotain vastaavaa. Minulle tämä binääreihin perustuva "koodauskieli" oli aivan uutta, niinkuin yleensäkin kaikki tähän kurssiin liittyvä. Olen todellakin saanut kokea oppimisen riemua, mutta myös suurta ahdistusta, kun ei vaan meinaa ymmärtää kaikkea niin nopeasti.

Testattiin PICAXE ohjelmointia 22.11.2012

Ensin että kaikki ledit palaa
alku:
if pin4=1 then ledikaikki
goto alku

ledikaikki:
high 1
high 2
wait 1
low 1
low 2
wait 1
goto alku

Testattiin ohjelmalla huoneen valoisuutta, jotta voimme säätää oikean arvon, milloin lediperhonen syttyy palamaan

alku
read adc 0, b1 `lue analoginen anturi inouutissa 0 muistipaikkaan b1
debug b1
pause 500
go to alku

Testattiin että hämäräkytkin toimii
foto:
readadc 0,b1

if b1<200> goto foto

ledikaikki:
high 1
high 2
wait 1
low 1
low 2
wait 1
goto foto




Ongelmana oli kuitenkin se, että valoperhonen ei syttynyt kunnolla, joten odotamme seuraavaa harjoituskertaa, missä oli vika.





PICAXE Programming Editor
Meiltä siis puuttui ohjelmasta ledivalojen sammuminen, joten ohjelmaan lisättiin sammuta output 1 ja output 2

Lopullinen ohjelmointi:

Perhosen toimintaperiaate:

Perhonen toimii valaisimena. Virtalähteenä ovat paristo tai verkkovirta muuntajan kautta. Perhosessa voi valita joko kaikkien ledien yhtäaikaisen palamisen tai ledien palamisen antureiden kautta. Antureina ovat valovastus ja liiketunnistin. Tällöin perhosessa syttyy ledit palamaan, jos on hämärää (arvo alle 150) ja liiketunnistin havaitsee liikettä. Ledit palavat 20 sekuntia, jonka jälkeen anturit ”haistelevat” tilannetta uudestaan.

Ohjelmointi:

alku:                                  
low 1                                      'sammuta ledit outputissa 1
low 2                                      'sammuta ledit outputissa 2
if pin3=1 then kaikki          'jos kytkin asennossa 1(ON), siirtyy aliohjelmaan kaikki
if pin4=1 then foto              'jos kytkin asennossa 2(ON), siirtyy aliohjelmaan foto
goto alku

kaikki:
high 1                                    'sytyttää ledit outputissa 1
high 2                                    'sytyttää ledit outputissa 2
wait 1                                     'odottaa 1s ja käy tarkistamassa kytkimen asento pääohjelman alusta
goto alku

foto:
readadc 0, b1                    'lukee valoisuuarvon anturista 0
if b1<150 liike="" nbsp="" span="" style="mso-spacerun: yes;" then=""> 

'jos valoisuuarvo alle 150, siirtyy aliohjelmaan liike
goto alku

liike:
if pin1=1 then syty           'jos liiketunnistin havaitsee liikettä, siirtyy aliohjelmaan syty
goto alku

syty:
high 1                                    'sytyttää ledit outputissa 1
high 2                                    'sytyttää ledit outputissa 2
wait 20                                  'odottaa 20 sekuntia
goto alku

Kotelointi

Mietin pääni puhki, mistä teemme kotelon perhoselle, kunnes mieheni keksi että tässähän tämä silmälasikotelo. Olin miettinyt metallipurkkeja ja muovipurkkeja ja kaikkia koteloita , mutta muoto oli kadoksissa. Ja se oli siinä. Onneksi minulla oli näitä koteloita kaksinkappalein ja sain työparillenikin kotelon.

 Muovin poraamiseen tarvittiin ensin vastakappale tueksi kotelon alle ja puustahan se oli helpoin tehdä. Kokeilimme erikoisporanterää liiketunnistimen reiän paikan poraamiseen, jolla voidaan porata portaattomasti erikokoisia reikiä. Se oli aika hidasta, mutta hauskaa. Tässä kuvassa näkyy hyvin, että työturvallisuusnäkökulma on unohtunut tyystin. Ei suojausta minkääläista ja ei edes suojalaseja. Muutoin ledille saatiin porattu suoraan 5 mm reiät.

Kun tarvittavat reijät oli porattu, alkoi varsinaisen kotelon valmistus. Tarvikkeet: marseille saippua, vettä huovutusvillaa.

 Ensin villaa kääritään kotelon ympäri ja villakerrokset asetellaan ristikkän .

Pikkuapulainen on tarpeen ja myös aina toisen seura työssä kun työssä on aina mukavampaa.

 Villakerrokset kestellaan saippuavesiliuoksella ja aletaan käsissä pyörittelemään kappaletta siten, että pikkuhiljaa villa alkaa huopumaan hankauksen vaikutuksesta. Villa kutistuu eli sen kuidut muokkauksen ja saippuaveden avulla tiivistyvät ja lopulta saavutetaan tiivis huopa kotelon ympäri. Kun villa on huopunut, saippuavesi huuhdellaan välillä kylmällä ja kuumalla vedellä, jolloin vielä huopa tiivistyy. Laitoin kotelon kuivumaan saunaan , jossa se sai saunaillan päätteeksi jäädä kuivumaan loppulämpöön yön yli.

Ja rasia auki leikkaamalla.

Hieman oli vettä sisällä, eli uudestaan kuivumaan.

 Unohdin jalat ja ruuvasin koneruuvit paikoilleen lukkomutterein. Sain Keimolta idean kun mietin jalkoja perhoselle. Olin itse ajatellut popniittejä, mutta helpompihan tuo ruuvi on ja siihen saa helpommin myös huovutetun villan tarttumaan. Kiitos taas hyvin neuvoista!

 Ja uudelleen huovutustöihin. Villaa siis jälleen pyöriteltiin ristiinrastiin "jalkojen" päälle ja saippuvettä ja hankausta.

Huuhtelu ja kuivumaan jälleen. Ompelin käsin vielä huovan tarkasti kiiinni avatusta saumasta jotta se ei kutistuisi kuivuessaan.




Nyt kun vartalo on kuivumassa, niin on aika ryhtyä valmistamaan siipiä.

 Ostin neulotun pitsiliinan kirpputorilta, jonka värjäsin oranssiksi pigmenttiväreillä. Tein jo aikaisemmin kovetuskokeiluja liimalla. Joten 1:1 vesiliimaseoksella lähdin kovettamaan siipiä. On olemassa kovetusaineitta Powelpall merkkistä, mutta se on melko kallista, niin päädyin Bostikkiin.

Siivet täytyi saada kuivumaan ja viritelmä oli tämän näköinen.

Siivet kuivuivat vuorokaudessa. Siivistä tuli melko suuret joten varmasti tukea niihin tarvitaan.

Ja sitten kaikkien osien yhdistäminen ja loppujuottaminen. Aluksi tuntui siltä että eihän tuo piuhahässäkkä ja piirilevy sittenkään sovi koteloon, mutta jotenkin sain survottu ne paikoilleen. Tässä vaiheessa vasta ledien juottaminen ja kytkinten ja liikeja valotunnistimen juottaminen tuli ajankohtaiseksi. Jostain syystä näistä hetkistä ei ole kuvaa. Se ei ollut helppoa. Jouduin vaihtamaan mm. painokytkimen ja onnekseni Mikkelistä sellaisen pystyi hankkimaan ClassOllsonilta. Tilaammme kytkin Stepsystemsiltä oli liian suuri koteloon.
Kaikenkukkuraksi minulla oli huonoa sähköteippiä tai olikohan se jotain yleimuoviteippiä, joten ledien jalkojen suojaus ei onnistunut ja juotosvaiheessa onnistui pari lediä polttamaan mustaksi (mielikin oli sitä mustempi). Työ piti kuitenkin palauttaa ja tein sen. Työ ei ollut koteloinnin viimeistelyn osalta valmis, mutta se toimi hyvin verkkovirralla ja patterilla.

  Tässä valoperhonen lähdössä ilmaan....

....ja lentää. Viuuh............ :DDDDDD
Juu... ei ihan tullut sellainen kuin kuvittelin. Ehkäpä vielä hieman tuunaan sitä vielä.









Kun tarkemmin lähdin korjaamaan rikkonaisia ledejä, niin yllätys olikin se että vain yhdestä ledistä oli katkennut jalka ja kun ne olivat sarjassa niin eihän se toinenkaan ledi palanut. Yritin juottaa johtoa ihan ledin juureen, mutta ei juotos pitänyt. Ledin muoviosaan ei pysty kiinnittämään ainakaan juottamalla mitään, en tiedä olisko jokin liimakiinnitys auttanut. Kurssikaverini Kimmo teki tilauksen Stepsystemille ja sain  hänen kauttaan muutaman uuden ledin ja sain viimeinkin korjattua Valoperhosen toimivaksi. Ja taas ilmaan ....Viuuuh.....