UV-Belichter-Timer mit AVR

von Johannes Fechner (jofe)

Im Folgenden wird ein einfacher Zeitschalter mit Relais, 7-Segment-LED-Display und Infrarot-Fernbedienbarkeit vorgestellt, der für das UV-Belichten von Platinen entworfen wurde, aber auch für andere Zwecke verwendet werden kann. Als Controller kommt ein ATmega48 zum Einsatz, der aber selbstverständlich durch pinkompatible Typen (z. B. ATmega328P) ersetzt werden kann; die Firmware müsste dann ggf. leicht angepasst werden.

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  Draufsicht

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  Schaltplan

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  Fernbedienung (Beispiel)

Begründung einiger Design-Entscheidungen

Warum IR-Fernbedienung?

Ausschlaggebender Grund für den Einbau eines IR-Empfängers anstatt von Tastern oder einem Drehimpulsgeber war zunächst, daß das gewählte Gehäuse (→Reichelt) zufällig mit beiliegender Dichtung als IP65 klassifiziert ist, und da diese Schutzart nun einmal gegeben war, erschien es mir erstrebenswert, diese zu erhalten und nicht durch Bohrungen im Oberteil für Knöpfe etc. zu zerstören.

Zum Zweiten ermöglicht der Gebrauch einer Fernbedienung mit Ziffernfeld, wie sie ja wohl in den meisten Haushalten ohnehin vorhanden sein dürfte, die komfortable direkte Eingabe der gewünschten Count-Down-Zeit, anstatt mehrmals Plus/Minus drücken bzw. rechts/links drehen zu müssen.

Somit erschien mir diese Lösung, eine vorhandene IR-Fernbedienung für die Steuerung des Timers zu verwenden, als einfach, bequem und kostengünstig zugleich.

Warum Relais und nicht Triac/SSR?

Mein UV-Belichter (a.k.a. Gesichtsbräuner) enthält Leuchtstoffröhren mit konventionellem Vorschaltgerät, stellt also eine stark induktive Last dar. Ein Triac/SSR bräuchte damit zwingend einen Snubber; dieser würde jedoch durch den dann ständig fließenden Reststrom ein Nachglimmen der Röhren bewirken. Ein mechanisches Relais, das zudem zweipolig abschaltet, erschien mir daher in diesem Anwendungsfall als die beste Lösung.

Anmerkungen zur Schaltung

Anmerkung zu C7

Dieser Kondensator am Ausgang von U2 muss einen ESR im Bereich 0,1…10 Ω haben; dies wird im Datenblatt des LF50 gefordert (siehe C_O, Output bypass capacitance unter Electrical Characteristics). Tantal-Kondensatoren bieten hier Vorteile, da sich ihr ESR über weite Temperaturbereiche hinweg relativ wenig ändert.

Anmerkung zu L1

Die 10-µH-Drossel L1 könnte hier auch durch einen 47-Ω-Widerstand (bzw. durch eine Drahtbrücke) ersetzt werden, da zur Auswertung der lediglich fünf verschiedenen Spannungen der Taster-Spannungsteiler ja nur eine geringe ADC-Genauigkeit (bzw. bei Nicht-Benutzung der Taster-Anschlüsse der ADC überhaupt nicht) benötigt wird.

Anmerkung zu Q2…Q6

Die Low-Side-Treiber des LED-Displays Q2 bis Q6 arbeiten in Kollektorschaltung. Dies bietet zwei Vorteile: Zum einen können die Transistoren dadurch nicht in Sättigung geraten, zum anderen entfallen gegenüber der Emitterschaltung die Basiswiderstände aufgrund der inhärenten Gegenkopplung. Die C-E-Spannungsabfälle von (betragsmäßig) ca. 0,6 V sind unproblematisch, da mit der Betriebsspannung von 5 V genügend Reserve vorhanden ist.

Teileliste und Bezugsquellen

Folgende Tabelle informiert über Typen, Hersteller und mögliche Lieferanten der verwendeten Bauteile. Die Angaben sind zum großen Teil nur als Beispiele zu verstehen.

Referenz	Typ	Hersteller	Bezugsquelle (Bsp.)
(Gehäuse)	4U63181306437	Box4U	Reichelt
C7	TAJB106K020RNJ	Kyocera AVX	Reichelt
C9	ECQUAAF104M	Panasonic	Reichelt
C10…C12	(1 mF, 16 V, RM 5)	(?)	Reichelt
D5…D8	SB140	Diotec	Reichelt
D9	LC-204VL	Rohm	Pollin
F1	Feinsicherung 5×20 mm, 5 A, mittelträge	Eska	Pollin
H1	SK 13/35 AL-220	Fischer	Reichelt
J1, J3	CTB2202/2	Camdenboss	Reichelt
K1	40.52.9.006.0000	Finder	Reichelt
L1	MICC-100K-02 (s. Anm.)	Fastron	Reichelt
T1	VB 2,8/1/6	Block	Reichelt
U1	ATmega48-20PU	Atmel/Microchip	Reichelt
U2	LF50CV	ST Microelectronics	Reichelt
U3	TSOP31236	Vishay	Reichelt
Y1	(4 MHz, HC49U-S, CL=20 pF)	(?)	Reichelt

Schaltplan und Layout (KiCad)

KiCad-6-Projekt als Zip-Archiv (176 KB).

Quelltext (Assembler)

Geschrieben in Assembler für den ATmega48:

• Version 2023-10-24, unterstützt die IR-Modulation „NEC“.

Siehe auch

• Forums-Diskussion während der Designphase