Організація робочого місця для пайки: Знайомство з MLight

Сучасне робоче місце для розробки та ремонту електроніки — чудове місце, але воно дуже швидко обростає купою кабелів. Якщо ви паяєте дрібні SMD-компоненти, то, скоріш за все, використовуєте мікроскоп. На додачу до самого мікроскопа вам потрібна кільцева підсвітка, невеликий зовнішній монітор для виведення зображення та витяжка для очищення повітря від шкідливого диму флюсу та припою.

Кожен із цих пристроїв зазвичай має свій власний адаптер живлення та провід. Дуже швидко робочий стіл перетворюється на хаос із дротів, а подовжувач виявляється повністю забитим.

Для вирішення цієї проблеми я розробив MLight — універсальну плату керування та кастомну кільцеву світлодіодну підсвітку. Проект спрощує живлення обладнання, забезпечує регулювання яскравості світла без мерехтіння камери та керує швидкістю вбудованого поглинача диму.

У цій статті я розповім про конструкцію пристрою, апаратні рішення та особливості прошивки.

Основні функції MLight

MLight виступає центральним хабом для вашого мікроскопа та супутнього обладнання, поєднуючи три основні функції: розподіл живлення, ШІМ-регулювання підсвітки без мерехтіння та керування обертами вентилятора витяжки.

1. Уніфіковане керування живленням

Замість окремих блоків живлення для мікроскопа, екрана та вентилятора, MLight використовує одне вхідне джерело: стандартний DC 12V Barrel Jack або порт USB Type-C із підтримкою Quick Charge (QC).

• Плата погоджує напругу 12V від USB-джерела живлення.
• Для захисту цифрового мікроскопа вихід живлення комутується лише тоді, коли на вході успішно погоджено та стабілізовано напругу 12V.
• Вбудований синхронний buck-регулятор AP63205 знижує вхідні 12V до 5V (струм до 1.5A) для живлення невеликого монітора мікроскопа з USB-живленням.

2. Керування яскравістю підсвітки без мерехтіння камери

Дешеві кільцеві лампи для мікроскопів регулюють яскравість за допомогою низькочастотної широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). Для людського ока це непомітно, проте CMOS-матриця камери мікроскопа фіксує імпульси, створюючи темні горизонтальні смуги (ефект rolling-shutter) або дратівливе мерехтіння на екрані.

MLight використовує кастомну кільцеву підсвітку на алюмінієвій платі з 16 світлодіодами. Плата керування дозволяє перемикати частоту ШІМ між 1 кГц, 4 кГц, 8 кГц та 16 кГц. Налаштувавши частоту вище за швидкість роботи затвора камери мікроскопа, ви отримаєте ідеально чисте та стабільне зображення.

3. Інтегрована саморобна витяжка (поглинач диму)

Вдихати випари припою та флюсу вкрай небажано. Щоб не купувати громіздкі фабричні витяжки, я зробив компактний поглинач диму самостійно, використавши:

• Недорогий високошвидкісний 4-контактний комп’ютерний вентилятор із підтримкою ШІМ-керування (вибрав максимально потужний з тих, що зміг знайти).
• Вугільні фільтри для акваріума (Juwel bioCarb - Carbon Sponge), вирізані за формою вентилятора, для вловлювання хімічних часток диму.

Плата MLight забезпечує живлення 12V та передає ШІМ-сигнал керування обертами, дозволяючи налаштовувати потужність витяжки прямо з енкодера, щоб мінімізувати шум під час тривалої роботи.

Апаратне забезпечення та компоненти

Обидві друковані плати (плата керування та кільцева підсвітка) розроблені в KiCad.

Плата керування

Системою керує мікроконтролер STM32G030F6P6, обраний завдяки своїй доступності та гнучким апаратним таймерам.

• AP63205: високоефективний імпульсний стабілізатор на 5V для живлення дисплея.
• EEPROM M24C02: зовнішня пам’ять, що зберігає останні налаштування яскравості підсвітки, швидкості вентилятора та частоти ШІМ, автоматично відновлюючи їх при наступному ввімкненні.
• OLED SSD1306: компактний екран для візуалізації параметрів.
• Поворотний енкодер: єдиний орган керування пристроєм.

Кільцева підсвітка

Кільцева підсвітка містить 16 світлодіодів, змонтованих на платі з алюмінієвою основою. Алюмінієва основа має чудову теплопровідність, працюючи як радіатор, що запобігає перегріву світлодіодів навіть на 100% яскравості. 3D-друковані кронштейни дозволяють зручно закріпити плату та лампу безпосередньо на штативі мікроскопа.

Легка bare-metal прошивка (CMSIS)

Прошивка написана на чистому C з використанням CMSIS (Direct Register Access) в середовищі STM32CubeIDE з системою збирання CMake.

Відмова від громіздких абстракцій на кшталт STM32 HAL дозволила отримати надзвичайно малий розмір бінарного файлу та повний контроль над:

• налаштуванням таймерів для високочастотного ШІМ;
• обробкою переривань енкодера без затримок;
• роботою з екраном OLED та мікросхемою EEPROM через шину I2C без блокування основного циклу програми.

Робота з пристроєм

Керування MLight є інтуїтивно зрозумілим. На екрані відображається активний параметр (вентилятор або підсвітка), його поточний рівень у відсотках та обрана частота ШІМ:

• Коротке натискання: перемикання між налаштуванням світла або швидкості вентилятора.
• Обертання: зміна вибраного значення від 0% до 100%.
• Довге натискання: одночасне вимкнення або ввімкнення всіх виходів.
• Обертання із натисканням: зміна робочої частоти ШІМ підсвітки для усунення смуг на камері.

Невелике демонстраційне відео роботи пристрою можна переглянути за посиланням: 👉 Відео роботи MLight на YouTube Shorts

Де знайти файли проекту?

Проект MLight є повністю відкритим. Якщо ви хочете зібрати такий пристрій для себе, адаптувати 3D-моделі корпусів або модифікувати код прошивки, всі файли доступні на GitHub:

👉 Репозиторій на GitHub: Quard/MLight

Повний перелік компонентів (BOM), схеми та інтерактивні інструкції для монтажу плат можна знайти на офіційній сторінці проекту MLight.