- цифровой мультиметр (лучше с режимами проверки транзисторов и диодов, а в идеале – и конденсаторов);
- стрелочный мультиметр (как вспомогательный, в ряде ситуаций пригодится и как основной);
- паяльник с острым жалом и регулировкой температуры (обязательно с регулировкой!);
- пинцет (это на фото детали кажутся большими, на деле они как муравьи);
- бокорезы маленькие (но острые);
- утконосы (лучше небольшие);
- паяльный флюс жидкий (лучше спиртовой раствор канифоли, например «ЛТИ-120»).
И, само собой, припой, протирка для паяльника (я чищу просто об мокрую салфетку), шуруповёрт (либо при наличии – микродрель), тонкое сверло (1мм) и все компоненты, необходимые для сборки схемы саруманки и программатора.
По самому ФУОЗ Сарумана добавления у меня такие
Сразу отмечу, что для отладки технологии сборки, выявления проблем и особенностей, которые могут возникнуть в процессе создания саруманки, а так же всесторонних испытаний собрал несколько экземпляров блока – в описании выделю из них два, которые назову «отладочный» и «финальный». Отладочный блок собран строго по первоисточнику и с использованием авторского эскиза платы, финальный является немного модифицированным и адаптированным к условиям эксплуатации мотовездеходов (поездки в любое время года, повышенные вибрация и нестабильность напряжения в бортовой сети) вариантом, собранным на плате моего дизайна (созданном, конечно же, на базе разработанного Саруманом исходного варианта).
По совету автора во всех собранных блоках использовал керамический резонатор ZQ1 (как более устойчивый к вибрации и жаре), соответственно ёмкости C4 и C5 не понадобились.
РЕЗОНАТОРЫ (кварцевый и керамический)
Поскольку стабилитроны КС156А оказались довольно дефицитным товаром, в отладочном блоке использовал импортные с аналогичным напряжением стабилизации (5,6 В), но с бОльшими диапазоном и предельно допустимым током (1-200 мА вместо 3-55 у КС156А), маркировка BZX55C5V6. К тому же такие стабилитроны гораздо более компактны и удобны при монтаже. Для повышения «запаса прочности» можно использовать и более мощные: например, в финальном образце ФУОЗ я применил 1N4734A.
СТАБИЛИТРОНЫ РАЗНОГО КАЛИБРА
Ёмкость С2 на схеме имеет номинал 47 микрофарад, но в списке компонентов указана 220 мкф (на монтажной схеме – 200). В отладочный вариант ФУОЗ я поставил 220 (такая сможет «проглотить» больше скачков, но менее удобна в компоновке), хотя подойдёт и 47, и, к примеру, 100 (использовал в финальном блоке). Проще говоря, исходите из того, что есть в наличии, но не менее, скажем 47 мкф. Данная ёмкость, по-видимому, добавлена просто для дополнительной фильтрации входного питания стабилизатора, обязательной перед которым является только установка керамического конденсатора (между питающей линией и землёй).
Для лучшей защиты схемы я бы рекомендовал подключать питание саруманки не непосредственно в бортовую сеть (где как бы присутствуют 12 вольт, а на деле 13-15 с микроскачками до сотен), а к клемме 5 разъёма автомобильного коммутатора (стабилизированные 9 В). При этом, конечно же, лучше поставить компоненты, рекомендованные для 6-вольтовой системы: диод VD1 Шоттки (1N5819), на нём падение напряжения перед «кренкой» будет меньше, а саму «кренку» DD2 - 1158ЕН5В. Вариант с «12-вольтовым» питанием оставьте для комбинации с коммутатором самостоятельного изготовления и подключения ФОУЗа непосредственно к бортовой сети (чего делать не советую, да и заморачиваться с самодельным коммутатором не рекомендую: отличные заводские стоят 200-300 руб).
На отладочный вариант блока МПСЗ Сарумана (повторюсь, собранный строго по первоисточнику) я установил стабилизатор напряжения 142ЕН5А, но на финальный поставил другой:
для значительного повышения надёжности схемы (особенно в зимний период) я бы советовал заменить стандартные для саруманки «кренки» на импортную микросхему стабилизации TLE4274V50!
Преимущества у такого стабилизатора (производства дочерней компании Сименса) следующие:
- более высокая стабильность выходного напряжения (строго 5 вольт против 4,9-5,1 у отечественных «кренок»);
- более широкий диапазон входного напряжения (5,5-40 В против 7,5-15 у 142ЕН5А, которая не деле перестаёт работать при падении напряжения ниже 8 вольт; сопоставлять максимально допустимое входное вообще бессмысленно);
- более широкий температурный диапазон (-40…+150, при том, что «кренки» не рекомендуют использовать вне диапазона -10…+80; у меня после охлаждения одна сдохла);
- лучшая устойчивость к скачкам входного напряжения и нагрузки, а так же внешним негативным воздействиям, включая тряску и вибрацию.
ВАЖНО:
при использовании микросхемы стабилизации TLE4274V50 дополнительно необходима установка электролитического конденсатора объёмом 22 мкф или более между выходом стабилизатора (+5В) и землёй!
Мой эскиз печатной платы учитывает данный момент, хотя может быть использован и с отечественной «кренкой».
МИКРОСХЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ (рядом ёмкости, необходимые для каждой на выходном каскаде)
В остальном следует строго руководствоваться предписаниями и рекомендациями с сайта Сарумана!
Принципиальную схему ФУОЗ под вариант с TLE4274V50 перерисовывать не стал. Тот, кто возьмётся за изготовление зажигалки, поймёт, куда ставить дополнительную электролитическую ёмкость и из описания в отчёте. Тому же, для кого отличие не будет очевидным даже после всех пояснений, не поможет и схема.
Особо хочу отметить, что микроконтроллеры (МК) боятся статического напряжения, поэтому работайте с ними в одежде из натуральных материалов (антистатическая одежда вряд ли у кого-то есть), по возможности себя и место работы обработайте аэрозольным антистатиком. Полезно заземлиться, подержавшись за оголённый участок батареи отопления или водопроводную трубу (это не шутка, а реально эффективный способ обезопасить ПИК от высоковольтного повреждения). Сам МК я использовал PIC16F628A-I/P, он дешевле, чем 84-я модификация, при этом является таким же FLASH CMOS 8-разрядным МК, как и «84».
Корпус применил алюминиевый (BS31), с подключением к массе для экранирования. Сигнальный провод от ОД к ФУОЗ и от ФУОЗ к коммутатору также лучше использовать экранированный для защиты от помех и возможных высоковольтных разрядов извне, но я поставил обычный, т.к. высоковольтная часть системы в случае с 500К находится с другой стороны рамы.
О программаторах!
Сначала собрал несколько вариантов JDM, питающихся от COM порта. Например, по схеме из журнала РАДИО №2, 2004г. (один из предложенных на сайте Сарумана); или ещё один (см.фото, правда там они уже частично разукомплектованы)
НЕРАБОЧИЕ JDM
Так вот – не собирайте такие примитивные программаторы ни в коем случае!! Их схемы разработаны японскими радиолюбителями и с японскими компьютерами такие программаторы возможно работают. У тех же компов, что продаются у нас, не хватает питания на портах, в результате чего процессоры не шьются, причём не шьются они не только у меня (а то может кто подумает что это я такой дурень), но и минимум у 9/10 собравших их российских любителей электроники.
Не намного сложнее программаторы с внешним питанием. Они гарантированно прошивают, причём прошивают исключительно правильно, начиная с нужной ячейки памяти камня (возможная кривая заливка это ещё одна причина, по которой JDM с питанием от COM порта не имеют права на существование).
Простым и надёжным программатором является широко известный EXTRA-PIC. Такой программатор действительно преобразует сигналы RS232 в TTL, а не пытается эмулировать их с помощью «подручных средств», чеша правое ухо левой ногой. Можно купить EXTRA-PIC собранным или в виде набора деталей, готовых к пайке, на сайте разработчика, а можно сделать самостоятельно.
Для наших целей (прошивка микроконтроллеров только одного типа) я переработал эскиз печатной платы в Sprint-Layout (можно скачать в конце поста):
во-первых, оставлена только одна панелька под ПИКи «16F» серии (18 ног);
во-вторых, дорожки платы оптимизированы под лужение;
в-третьих, нога 10 микроконтроллера (PGM) притянута к земле через килоомный резистор (чего не было в усечённой версии программатора с указанных выше альтернативных сайтов);
в-четвёртых, все площадки для пайки перемычек дополнительно обозначены квадратиками (для удобства ориентирования при пайке).
ПРИМЕЧАНИЕ по компонентам программатора EXTRA-PIC:
D-SUB 9-pin (COM) гнездовой («мама») разъем подойдёт любой из угловых предназначенных для пайки на плату: бывают глубиной 7,2 мм (DRB-9FA) и 9,4 мм (DRB-9FB). Резисторы следует использовать 0,5 ваттные, кроме подтягивающего на 10 ногу, который можно поставить любой мощности, но лучше не более 0,25 Вт чтобы не мешал ставить микроконтроллер в панельку. Транзистор p-n-p (на схеме с сайта «5V» – Q1) можно использовать либо КТ345, либо КТ502 (я использовал второй, поскольку КТ345 найти довольно трудно). Остальное – строго согласно схеме, включая ёмкость 220 микрофарад, «+» которой обозначен на монтажных схемах с сайтов неверно (плюс должен быть подсоединён к питающей линии после входного диода, как указано на принципиальной схеме, а не к земле, как ошибочно нарисовано на монтажках). Также путаницу и затруднения может вызвать расположение микросхемы стабилизации напряжения U1 (одна из пятивольтовых) – её нужно ставить не просто расправляя ноги, а просунув среднюю ногу (земля) между крайними вперёд! Понятнее будет на фото:
ПРАВИЛЬНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ СРЕДНЕЙ НОГИ U1
Возможно, ещё более доходчиво будет так: «у микросхем U2 и U3 средняя нога это хвост (оттопырена назад), а у микросхемы U1 это своего рода детородный орган (оттопырена на пол-шестого)».
Микросхемы MAX232 и КР1533ЛА3 лучше не монтировать непосредственно на плату, а установить под них «кроватки» (DIP соотв. 16 и 14 ножек), поскольку при этом будет нивелирован риск перегрева и повреждения при пайке.
Думаю, не повредит и небольшой ликбез по MAX232. Понятное дело, что вариант корпуса нам нужен для монтажа в отверстия (DIP), но и он имеет различные исполнения, обозначаемые дополнительной маркировкой после основного наименования (например, MAX232CPE или MAX232ACPE и т.п.). Судя по радиотехническим форумам, больше всего основную часть радиолюбителей беспокоит буква «А», следующая на некоторых 232-ых «максах» после цифровой части обозначения. Так вот, выводы у всех схем MAX232 идентичны, а наличие буквы «А» обозначает только пониженные требования по ёмкости к подключаемым на выводы 1-3-4-5 конденсаторам: у «обычной» микросхемы минимум 1 мкф, у «А» исполнения – в 10 раз меньше (0,1 мкф). Собственно, в проекции на наши цели (EXTRA-PIC) это вообще без разницы, поскольку в схеме используются ёмкости объёмом 10 микрофарад. Остальные буквы обозначают только тип корпуса и температурный диапазон. Не считаю нужным останавливаться на этом более подробно, просто приведу список вариантов MAX232, которые подойдут нам и будут гарантированно работать в экстра-пике (для справки укажу температурный диапазон, чтобы были наглядно понятны отличия):
MAX232CPE (0…+70)
MAX232EPE (-40…+85)
MAX232ACPE (0…+70)
MAX232AEPE (-40…+85)
Возможно подойдут и другие варианты, но, во-первых, они будут ощутимо дороже, так как способны охватить спектр температур вплоть до диапазона -55…+125 С, а, во-вторых, вряд ли возможно достать их в широкой продаже. Да, что до меня, то я использовал MAX232ACPE.
Все компоненты перед установкой обязательно тестируем на предмет работоспособности и соответствия заявленным в маркировке характеристикам!
ВАЖНО: компоненты берём с запасом по количеству.
Во-первых, что-то можно просто испортить (особенно это касается тех, кто будет только знакомиться с радиоэлектроникой).
Во-вторых, у всех компонентов есть определённый допуск и лучше использовать экземпляры с минимальным отклонением от номинала (о том, как проверить – ниже).
В-третьих, может попасться просто бракованная деталь и будет очень обидно, если из-за копеечного элемента свежесобранная схема не будет работать, либо придётся бежать в магазин из-за одной детальки смехотворной стоимости.
Теперь непосредственно о проверке компонентов.
Резисторы (R) проверяем в режиме измерения сопротивления, при этом желательно отобрать экземпляры, максимально близко соответствующие номиналу, указанному на корпусе. Стоят резисторы копейки, поэтому лучше купить с 3-4 кратным запасом. В принципе, разброс сопротивления в пределах допуска ни на что особо не повлияет, но как минимум следует проверить, чтобы резистор обладал проводимостью (не был лопнутым) и не сильно уходил от своего номинала. Могу посоветовать использовать резисторы с 1% допуском: они не только практически не имеют разброса, но и изготовлены более тщательно. Для саруманки подойдут мощностью 0,125-0,25 ватт, но для повышения механической прочности устройства я бы советовал установить 0,5-1 ваттные (место позволяет) – чем мощнее резистор, тем он массивнее и крепче. Для программатора следует взять с рассеянием не менее 1/2 ватта, кроме подтягивающего на 10 ногу ПИКа, куда, как я уже сказал, пойдёт маломощный (будет более удобен при снятии-установке камня, да и нагрузки на него буквально никакой).
Диоды (VD) проверяем, понятно дело, в режиме проверки диодов. Красный щуп (плюс) к аноду, чёрный – к катоду (у импортных всегда помечен полоской, у отечественных обычно наоборот, но по ним надо уточнять по справочнику, есть маркированные и вовсе точками). Если режима проверки диодов нет, то просто позваниваем: при указанном выше подключении диод пропускает ток (звонится), при обратном – не должен.
Стабилитроны (VD) на работоспособность в принципе – проверяем аналогично диодам. Правда, такая проверка, по сути, бесполезна (за исключением случая, когда стабилитрон будет использоваться в качестве диода), на соответствие же работы нужным параметрам проверить сложнее. Может я проверял и не правильно, кто знает лучший способ – поправьте.
Понадобится источник питания (ИП). Лучше всего использовать блок питания (БП) с регулировкой выходного напряжения (прецизионная проверка), но подойдёт и БП с одним напряжением, либо просто можно подключить последовательно несколько батареек (проверка не столь точная, но, как правило, достаточная).
Не забываем, что с целью стабилизации напряжения стабилитроны включаются в обратной полярности: катод (у импортных помечен полоской) к плюсу!
При использовании регулируемого ИП.
Катод – к плюсу через ограничительный резистор (в зависимости от силы тока источника питания), анод – к минусу через амперметр (последовательно). Повышаем напряжение до того момента, пока через стабилитрон не начнёт протекать ток (либо минимальный согласно даташиту, либо просто на глазок, скажем 10 мА или 3, или 13). Берём второй мультиметр и в режиме вольтметра замеряем напряжение на выводах стабилитрона (подключаемся параллельно стабилитрону). При протекании тока оно должно соответствовать рабочему диапазону стаба. Изменяя выходное напряжение на блоке питания, меняем ток, протекающий через стабилитрон (в разумных пределах, не выходя за рабочий диапазон детали). При этом на стабилитроне должно сохраняться его номинальное напряжение (в случае со стабилитронами для саруманки в идеале это 5,6 В, но нормальным будет и чуть меньшее напряжение: например, 5,3 вольта). Если напряжение стабилизации сильно отличается от номинала (выходит за допуск по даташиту) – выкидываем такой стабилитрон, либо применяем его в качестве простого диода (уже с прямым подключением) где-то в простых схемах с низкими напряжениями (но лучше выкинуть).
При использовании нерегулируемых ИП.
Если имеется ИП с напряжением выше необходимого, например, аккумулятор (+12 В) или зарядное устройство (+14…+15 В), то получить необходимый вольтаж можно с помощью элементарного делителя напряжения (кто не знает, что это – яндексы рулят), ток же задаст сопротивление используемых в делителе резисторов. При желании использовать автоматическое ЗУ для автомобильных аккумуляторов учтите, что выходной ток будет прыгать, т.к. «зарядка» попытается подстроиться под потребление, так что лучше запитаться от более стабильного источника (АКБ, БП для ноутбука и т.п.).
В случае с батарейками, например, по 1,5 В, просто делаем сборку с напряжением, немного превышающим рабочее для стабилитрона, не забыв и при этом добавить резистор. Так, для стабов на 5,6 вольт подключаем последовательно 4 батарейки, для 8,2 вольтового – шесть и т.д. (для Саруманки актуальны 5,6 В, другую напругу привёл для примера).
При напряжении одного уровня (неизменяемом) лучше взять подстроечный резистор и изменять ток на стабилитроне с его помощью (справедливо в т.ч. и для батареек).
ВАЖНО: проверку проводим в течение по возможности максимально длительного времени (но уж в любом случае не меньше минуты). Идеально оставить стабилитрон поработать сутки или даже неделю, периодически меняя напряжение на источнике питания, но это возможно далеко не всегда. Бывает, что у рабочего стаба дефект проявляются после определённой наработки и схема начинает сбоить.
Проверка стабилитрона самое замороченное занятие, но ставить не проверенные должным образом стабы нельзя! Схема не будет работать или будет, но с глюками: микроконтроллеры очень чувствительны к уровням напряжения!
Микросхему стабилизации напряжения («кренку») (DD) можно проверить, подав напряжение (например, 12 В для 5-вольтовой или 15 для 12-ти) на ногу 1 и посадив на землю ногу 2. При этом между ногой 3 и землёй должно быть номинальное напряжение (5 или 12 вольт). Следует отметить, что независимо от напряжения на первой ноге: 10 (15) или, скажем, 12(18) В, на ноге 3 стабильно должно быть 5 (12) вольт (в скобках для 12-вольтовых «кренок»). Нумерация ног слева на право, квадратный корпус «кренки» (тип TO-220, как все из предложенных для саруманки) держим маркировкой к себе, круглый (тип TO-92, как стабилизаторы для программатора) – срезом (и соотв. маркировкой) от себя.
5-вольтовую «кренку» микросхемы саруманки неплохо дополнительно проверить на стабильность работы при пониженных температурах – повторюсь, у меня одна отказала при охлаждении ниже –10…–12 C. Для испытания можно подержать деталь в морозилке холодильника или за окном, после чего проверить описанным выше способом – должна работать независимо от температуры.
Для проверки конденсаторов (C) нужен мультиметр с соотв. режимом, либо можно собрать нехитрую схемку. У моего мульта такого режима нет, собирать тест-схему заломало, поэтому я просто прозвонил электролитические ёмкости. При этом по мере насыщения сопротивление должно расти, если этого не происходит – конденсатор пробит и использовать его нельзя. Если сопротивление равно бесконечности и постоянно – имеется обрыв. Проверить керамические конденсаторы сложнее – их ёмкость слишком мала, поэтому сопротивление будет равно бесконечности и у исправного и у оборванного, единственное же что можно выявить – пробой, в этом случае сопротивление будет стремиться к нулю. Обратите внимание: при подключении электролитического конденсатора («бочка») плюсовой будет более длинная нога, а минусовой – либо, как нетрудно догадаться, короткая, либо (при ногах одинаковой длины) та, со стороны которой на корпусе нанесена полоска (иногда бывает с вкраплениями знака «минус»). Для керамических конденсаторов полярность подключения не принципиальна, поэтому не обозначается.
Транзисторы (VT) я проверял с помощью соотв. функции мультиметра. Для используемых в рассматриваемых схемах (отечественных биполярных) цоколёвка такая: коллектор, база, эмиттер. Смотрим слева на право, транзюк держим срезанной частью корпуса к себе. Включаем соотв. режим, вставляем ноги в соотв. отверстия разъёма, на экране видим коэффициент передачи тока (КПТ). Желательно использовать транзистор с КПТ максимально близким к паспортным характеристикам (хотя для наших схем это не особо принципиально, абы транзюки работали). Если на дисплее не видим ничего, значит либо транзистор вставлен неправильно или не в тот разъём (не путаем p-n-p и n-p-n), либо транзистор просто негоден. При отсутствии функции тестирования транзисторов у вашего мультиметра можно проверить транзюк иначе, но описывать это не вижу смысла:
(а) прежде чем заниматься радиолюбительством неплохо заиметь приличный мульт с расширенными возможностями,
(б) хотя бы простейший мультиметр для проверки всё равно понадобится, поэтому лучше сразу купить имеющий данную функцию,
(в) алгоритм проверки подручными средствами разжёван в интернете от и до.
Светодиоды проверять особо нечего – главное чтобы были рабочими. Проблема может возникнуть, если используется, например, бывший в употреблении светодиод, у которого «на глаз» не разобрать, где была более длинная нога анода (+), а где короткая катода (-). В таком случае светляк нужно прозвонить, причём диапазон сопротивлений установить на минимум (как правило, до 100-200 Ом), чтобы напряжение на щупах мультметра было максимально возможным для режима омметра. При этом, когда плюс (красный щуп) на аноде, а минус (чёрный) на катоде, будет появляться слабое свечение, при обратном подключении естественно свечения не будет. Цвета щупов мультиметра, как и везде, привожу для примера – каждый радиолюбитель должен сам знать, где плюсовой и минусовой щупы конкретно его мульта. Проверять светодиоды подключением к их рабочему напряжению (1,5-2,5 вольта) наобум нежелательно – при неправильном некоторые могут выйти из строя, либо, как минимум, возможно частичное повреждение кристалла. Про проверку более высокими напряжениями и говорить нечего – сгорят мгновенно.
Обращаю особое внимание: пытаться упростить схемы, выкинув из них индикаторные светодиоды, не нужно! «Лампочки» помогают очень быстро и достоверно диагностировать правильность работы устройств или выявлять возникшие неисправности. Для того их и устанавливают, а вовсе не для красоты!
Если детали отобраны с должной тщательностью (и схема будет собрана аккуратно), то всё заработает!
