一次完整的PWM电磁摆设计实验---含手工制板全攻略

前面的话
一、自制电磁铁
- 1、获取原料，拆变压器
- 2、绕线圈
- 3、直接用次级线圈
二、实现电刷版的电磁摆
- 1、制作支架和摆杆
- 2、轴的设计
- 3、电刷回路设计
- 4、电源选择
- 5、存在问题
三、单片机版电磁摆总体构想
- 1、传感器
- 2、数码管
- 3、光耦
- 4、驱动
- 5、供电
- 6、PWM控制
四，单片机程序设计
五、驱动电路设计
六、整合到洞洞板
七、感光干膜法自制电路板
- 1、打磨
- 2、贴膜
- 3、暴光
- 4、显影
- 5、腐蚀
- 6、脱膜
- 7、阻焊
- 8、打孔
- 9、丝印
- 10、焊接
- 11、总结
八、热转印法自制电路板
- 1、打印转印纸
- 2、双面定位
- 3、撕转印纸
- 4、腐蚀
- 5、反热转印--脱墨
- 阻焊
九、实际用途

前面的话

本打算给孩子做个电磁摆小制作随便玩玩的，没想到越做涉及知识面越大，后面还发现这个小制作有了实际用途，最终打算把它做成一个成品，由于涉及内容比较多，就想在CSDN里把实现的过程记录下来备查，先存成草稿，当整个项目完成了再发布。文章可能会很长，流水帐式的，是经验积累过程中的完整记录，有些内容会给人自相矛盾的感觉，那是因为实验中也有自我否定，失败总结、反复尝试的内容，我不是一个经验丰富的传道者，几乎所有环节都是第一次做，在没完整地读完之前，不能断断章取义地拿来直接参考。这个过程更是一种自娱自乐，不喜勿喷。
先放一张镇楼图，这是一张用干膜法+阻焊+镀锡并完成焊接的自制PCB与买来的51最小系统板合体的图片，看那过孔的焊点还有排线的焊点，经历了多次失败，焊接技术也有了一些提高。如果你对这样东西感兴趣，就请继续往下看。

一、自制电磁铁

马云家有很多卖电磁铁的，各种电压的都有，又美观，但就失去了折腾的乐趣，小的时候用干电池+细电线+大铁钉弄过电磁铁，想来自己绕一只动力电磁铁应该也挺简单的，至于什么线圈骨架、线径、多少匝，绕几层，一律没概念。先绕着看，理论不足实践补，只要上了电，有了磁，就有办法调整到自己想要的效果。

1、获取原料，拆变压器

绕电磁铁需要漆包线，这东西也有的卖，手边如果有废弃的变压器或旧电机也能拆得出来。我拆了一只小交换机的变压器，从外观就能看出，它不是电子变压器，硕大的外壳，里面一定藏着无数的线圈，掂在手里的份量也不是手机充电器可比的。这是一只220V AC~~9V DC的。拆开之后，细的那边是接220v的，手工绕的话，不太好用，太细，一用力就断。粗的这边可以拆出来用刚刚好。拆出来的线圈是这样的：
　　
　　拆开之后里面还有这样一张板子，收获整流二极管4只、滤波电容1只。拍照时电容已经被拆走，与绕好的电磁铁并联，继续干它滤波的工作去了。
　　

2、绕线圈

专业的术语叫线圈支架、骨架，电感骨架什么的，反正用这个词儿，可以在万能的店里买到任何你需要的，没有的话还能定制。我的需求简单，没有具体参数，用不到这么专业的东西。如果是理论指导实践的那种玩法，可以去买现成的哈。这个专业的术语也是看过很多资料之后知道的，用这个术语一搜，大开了眼界，以后要有时间了可以搞搞磁悬浮什么的。
我的做法很简单，用一个小眼药水的瓶子，抹点胶，绕一层，晾干，再抹，再绕。后来自己也不知道做出的东西行不行，就不那么严谨了，随便绕绕先看下效果嘛，中间的磁芯就是变压器里拆的矽钢板搭成的一个长方体，就是这个样子了：
　　
用干电池上电，有磁性，能吸曲别针，但感觉磁力稍小，用来做动力磁铁似乎力道不足，而且这个磁芯太高了，不太美观，头重脚轻的感觉。磁力不足好办，多加线圈，转念一想，那我还拆线圈干嘛，直接用变压器里的次级线圈好了，把初级线圈给它抠掉。

3、直接用次级线圈

用上次级线圈，就美观多了，骨架还可以继续用，拆下来的时候小心一点，尽量不要让E形铁片变形，否则再插进去的时候，会有缝隙。
把E型铁片重新插回去，注意这回不要对插了，要朝着一个方向插。长条形铁片用不上了。图中效果是通电后，把钳子送上去，磁铁“当”的一声吸过去的情景，想用手掰下来都要费很大的劲。这回的磁力够劲了，可以继续后面的制做了。但是要注意的是，不要长时间通电，比如通个10秒钟，导线都发烫，看样子电流不小，不过用在电磁摆上倒问题不大。同时这里也埋了个伏笔，后面单片机程序控制时会考虑到，为了防止摆杆被物体挡住，使电磁铁长时间处于通电状态发生危险，程序中做了常开保护，如果电磁铁连续通电时间达到5000次中断（大约等于1秒钟的时间），那么就通过软件来断电，不再允许磁铁工作，除非手工重启复位。电刷版没想到什么好办法处理这种风险。
　　

二、实现电刷版的电磁摆

1、制作支架和摆杆

支架和摆杆都是硬纸板做的，这种东西在物流发达的时代随处可得，选结实的，就不用细说了，发挥想像力，很容易做出来。整体效果就是这样的：

2、轴的设计

这里要重点说说轴的设计，这是整体电磁摆的关键所在，如上图，我是用一根方便筷固定在纸板做的支架上，这时还没固定，调试好可以把热融胶固定住，中间穿了一小段硬质吸管，吸管比筷子粗一点点，然后在吸管两端用扎线带卡位置，不让吸管有横向移动，把摆杆用胶粘在吸管上，轻轻推动摆杆，摆杆可以自由摆动，感觉不到太大阻力，就算合格。发文时这个轴已经转了上百万次，健壮仍旧，几乎没有磨损。

3、电刷回路设计

前面说过，电磁铁不能长时间通电，只在有需要时，给摆以推力即可，而给力的时间点，就在摆杆处在最低点的时候。这需要设计一个电刷回路，让电路在摆杆处于最低点时导通，导通的瞬间产生磁力，推动粘在摆杆底部的永磁铁远离，一旦远离，电刷与受电弓分离，电路自动关闭。制做过程就是在摆杆上埋一根线，在用纸板粘摆杆时就埋进去，免得牵扯摆杆自由摆动，在偏下部的位置，把线引出来，剥掉绝缘，拱成一个弓形，类似火车的受电弓，在架子一侧粘一小段导线，多股线好一些，别太硬，让摆杆推不动就不好了，让导线尖端刚好经过摆杆摆动路线。没图就没真相，效果就照下面这样：

有视频更有真相：
https://v.qq.com/x/page/k0885w12ojr.html

4、电源选择

直接用次级线圈做的电磁铁，干电池有点带不动，上面视频中用的是四节18650并联，18650是从坏的充电宝里拆出来的，充电宝中的18650直接是8节并联焊在一起的，中间剪开这4节就直接用了，另外4节刚好是坏的，后来测试，三节串联的力道更大，直接变身不当电磁摆了，可以转圈圈、单臂大回环，向着一个方向一圈接一圈地猛转。再多的串联没有测试，我估想9V的变压器用的次级线圈，接个12V问题也不大吧，再大的电压为了安全不打算测试。变压器里拆出来的两个电容（一个变压器就一个哈，我后来又拆了一个，原装次级线圈+1），并联起来，再与电磁铁并联，视频中有，就是用扎线带扎起来的两个电解电容，有了这两个小东西，电刷不打火花，还增加了功率系数。

5、存在问题

第一、电刷寿命是最大问题，一开始根本没想到这会是问题，本打算借此测试一下坏充电宝拆出来的电池还有多少余电，还能不能废物利用，就在晚上睡觉前把电磁摆打开（其实挺危险的，新电池不要这样做哈，如果电池真的没电了，电刷还活着，电磁铁会长时间通电，虽然可能没力了，但会造成过放。）第二天早起一看，摆停了，不是因为没电，是电刷断了。再次换午睡时间测试，可能1小时多一点吧，又断了。金属疲劳先于电池没电发生，当然要是交作业，做着玩玩也没什么，摆起来就是成功了。
第二、噪音问题，电刷回路毕竟是有肢体接触的，金属与金属的碰撞，会有不大的噪音，开始听着挺有节奏感，久了就烦人了。还是想把它改进一下。（其实这是借口）
第三、电路常开风险，如有异物或故障或电力不足导致摆杆停在最低点，可能造成电磁铁长时间通电，要么烧毁线路或元件，要么电池过放。

三、单片机版电磁摆总体构想

入坑之前从未接触过单片机，但一直挺有兴趣的，也是借着电刷版问题的由头，想把单片机玩起来。不弄32、Arduino、树莓派，就弄最基本的51单片机，先从便宜的玩起。
总体设想就是通过传感器取得摆杆位置信息，传给单片机，单片机在合适的时间点发出PWM信号给驱动电路，操控者可以自由控制驱动磁铁力度，进行力度控制时由数码管显示，0-100表示“给力”的程度，比占空比更直观。不调整PWM时，数码管显示上电以来的摆动次数，当个计数器用，使我能大致估算出轴或一些易损元件的寿命。单片机端5V，驱动端12Ｖ，驱动端的噪声和干扰及各种波动通过光耦隔离，为了简化电路，不想在成品中出现一个又一个的模块，设计一个串联型稳压电路将12V降为5V为单片机端供电（如果单片机和磁铁分别供电隔离效果更好，折中一下吧，也有一部分原因是手里有点旧元件，想给用起来）

1、传感器

一开始什么都不懂，又过了激情学习的最佳年龄：(，但喜欢动手直接测试，马云家买来干簧管、霍尔、红外模块等等，一切可以用来当磁传感器的东西，搭出各种电路来实验，测试后发现，还是红外效果最好，主要是红外是个成品模块，用起来非常方便，当模块感应到前方有约定频率的回波（即物体遮挡）时，就会发出一个低电平给单片机，这就是该干活的时候了。
https://v.qq.com/x/page/c0885gdr8og.html
这是对红外传感模块进行的单独测试，成品模块上有两个LED，右边亮表示上电，左边亮表示有遮挡物，同时给单片机一个低电平。把模块上的电位器调整到期望的位置，这个模块就可以固定在这儿了。测试传感器时，电刷已经断了，电磁铁还没有办法控制，视频中摆杆依靠的是惯性摆动。

2、数码管

数码管的驱动电路有现成的参考，我是打算用单片机直接驱动，不用IC，虽然IO可能占用的多一点，电路可能会复杂一点。IC驱动就极其简单，但是缺少在蛛网一样密布的导线中调优查错的乐趣。
驱动电路图就是参考51开发版的原理图，跟传感器什么的一起买来的4位数码管，共阳的。接好发现引脚定义与开发板上的数码管引脚定义不一致，倒也不会烧坏，显示“-H-H-”给你，表示它的不满。找卖家要来引脚定义图，重新接线，就OK拉。

3、光耦

以前没听说过这东西，看到有人用这个隔离单片机，就去搜了一下资料，这是个电信号单向传递隔离器，有一定放大作用，单片机这边的5v高低变化，可以引起驱动电路部分12v的高低变化，但驱动部分的变化是无法反向传播回单片机对其产生影响的。这是个好东西，我也要加上，光耦极其便宜，是用现金单买都买不到的那种便宜，就没必要太贪小便宜了，查了手册817什么的频率太低，差不了几个钱，直接上4N25，手册上写的理想条件下300Khz的频率，足以确保信号不失真。因为没什么设计经验，为了降低出错机率和纠错难度，也买了一块现成的L298N驱动用于调试，下面的电路图就是成功实现光耦隔离的电路，不单单是模拟，是实际搭建的电路也成功了，模拟器中用电机代替了电磁铁。

下面的图就是在面包板上的实际隔离电路，红线左侧区域是单片机信号区，右侧是驱动部分，蓝色圈中的就是光耦，IC端与驱动端完全隔离，没有共地。

4、驱动

实验过程中，驱动电路都是用的L298N，这款驱动用的人多，资料丰富，使用简单，皮实耐操，响应速度也没觉得有问题，说明工作频率也是不错滴。使用L298N要注意共地，找齐低电平的标准。如果有光耦，那么就和光耦输出端共地。
使用的总体感觉，这个L298N驱动还可以，信号和驱动电压范围都挺宽，只要别把12V接进信号端，怎么玩也玩不坏，美中不足是功耗有点大，表现为芯片发烫，输出压降大。进行其它模块测试时用用它，免得自己设计的驱动有问题，不好排查，最终整合时不打算用的。通过一些资料收集，决定自己搭建mos管驱动电路，具体搭法后面再讲。

5、供电

基本上决定用3节18650串联，通过mos管直接驱动电磁铁，同时引出一个串联型稳压电路，输出一个稳定5V给单片机。其实更合理的方案应该是再用一节18650，参考充电宝的升压电路，单独为单片机供电，这样隔离效果更好，压差小，没什么损耗，但是电池多了占地方，三节差不多了。这时，12V转5V压降有点偏大，效率也不高，费电，运行时这只8050别用手摸，小嫩手的话都能烫出泡来。暂时将就一下吧，8050便宜量足，大约1块钱50个，烧坏再换（写到这里的时候，第一只8050累计工作没有100万次也有8、90万次了，最长连续运行时间试过30多小时，烫归烫，还没爆，这里均指摆杆摆动次数）。

这只稳压管在模拟器中型号不确定对不对，示意而已，实际电路中是用表测试的，输出稳定5.1V。
电磁铁两端还是要并联电容的，我用了2只16v 2200uf的，还要加一只高频二极管，常见的型号怕挺不住，我用的是FR607，高频快恢复二极管，参数挑大的买，PWM控制的电磁铁，会有很大的反电动势，要让磁铁快速泄流，与二极管再串一个小电阻就行。如下图：

6、PWM控制

要是有一台示波器就好了，PWM基本都是在模拟器中进行的，实际电路没有办法调试精确的波形，整形更无从谈起，简单地看到占空比的变化能正确引起摆幅就变化就算成功拉。当然，我没有直接用电磁铁，先用一个同样是感性负载的成品小电机试验了一下。
下面的视频中调试过程中录的，不是最终版本，这个版本由于数码管的显示延迟，导致占空比控制不准确。
模拟示波器中的波形
https://v.qq.com/x/page/r08858dbm5v.html
电磁铁的效果不够直观，而且本着模块式调试思路，自建的PWM控制不与自制的电磁铁同时调试，我先用一个玩具电机，测试一下PWM控制部分的效果
https://v.qq.com/x/page/o0885l0p43i.html
把模拟环境搬到实际环境，并接入自制电磁铁操作的效果
https://v.qq.com/x/page/y0885mu52cw.html
后面经过一些代码微调，改用计时器中断信号来精准控制占空比，效果就很好，可以达到持续输出纯高电平或纯低电平而没有一点跳变的效果，具体可以参考下面的程序代码。

四，单片机程序设计

以前从未接触过单片机，现学现卖，一个代码块一个代码块的调试。不过，混迹CSDN的，这点程序应该都不在话下。直接帖个源码吧。

#include <reg51.h>//数码管位选
sbit P2_0 = P2^0;
sbit P2_1 = P2^1;
sbit P2_2 = P2^2;
sbit P2_3 = P2^3;//接开关，调整PWM
sbit K1   = P2^4 ;
sbit K2   = P2^5;//输出到L298N 低电平有效
sbit L298N_IN3 = P2^6;
sbit INF  = P2^7;   //红外传感器，低电平有效unsigned char i ;
unsigned char FRE ;
unsigned char PWM ;
unsigned int acount; //过最低点总次数
unsigned int tcount; //中断最高100次
unsigned int dcount; //“给力”了多少次
unsigned int rcount; //红外有效的中断次数
unsigned int start;  //做驱动298工作的参数start=rcount/2变量类型要与rcount匹配
unsigned char m; // m为红外状态0->1标识位(上升沿)   //如果用外部中断，低电平保持，就用不到这些标识。
unsigned char code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};void display(unsigned int z);
void delayms(unsigned char ms);void test(void){if(dcount<5000){     //常开保护，重启解除保护if(tcount>100){tcount=0; //tcount取值0-100;}if(INF==0){rcount++;m = 1;                            if (rcount>=start ) {if(tcount>=PWM){L298N_IN3 = 0;dcount++;}else{L298N_IN3 = 1;}}else{L298N_IN3 = 1;dcount = 0;}     }else{if (m==1){m = 0;acount++;start  = rcount/2;rcount = 0;}L298N_IN3 = 1;}}
}/*演示主程序*/
void main(void){TMOD= 0x02;              //计时器模式0000 0010   T0 方式2，8位计数器 最大256FRE = 128;               //128*1.085=138.88usPWM = 50;             //PWM初始配置为空占比50% TH0 = FRE;   //常数缓冲TL0 = FRE;   //只用一次         TR0=1;ET0=1;EA=1;rcount=0;start=0;while(dcount<5000){ //常开保护while (K1==0){if(PWM!=100){PWM++;display(PWM);delayms(100);}else{    display(PWM);} }while(K2==0){if(PWM!=0){PWM--;display(PWM);delayms(100);}else{   display(PWM);}}display(acount);  //非中断模式display不要打开，影响波形}
while(dcount>=5000){    //常开保护L298N_IN3 = 1;display(8888);delayms(10);
}
}/*
********************************************************************************
** 函数名称 ： t0(void) interrupt 1 using 0
** 函数功能 ： 定时器中断
********************************************************************************
*/void t0(void) interrupt 1 using 0
{   tcount++;test();
}/*********************************************************/
// 延时子程序
/*********************************************************/
void delayms(unsigned char ms) {while(ms--){ for(i = 0 ; i < 120 ; i++) ;}
}/*********************************************************/
// 显示子程序
/*********************************************************/void display(unsigned int z)
{//P0=(table[z]& 0x7f);if(z>9999)P0=table[z%10000/1000] & 0x7f;elseP0=table[z%10000/1000];P2_0 = 0;delayms(2);P2_0 = 1;if(z>19999)P0=table[z%1000/100] & 0x7f;elseP0=table[z%1000/100];P2_1 = 0;delayms(2);P2_1 = 1;if(z>29999)P0=table[z%100/10] & 0x7f;elseP0=table[z%100/10];P2_2 = 0;delayms(2);P2_2 = 1;if(z>39999)P0=table[z%10] & 0x7f;elseP0=table[z%10];P2_3 = 0;delayms(2);P2_3 = 1; }

再帖一个波形，辅助理解：

绿线是红外传感器给出的信号波形，因为没有示波器，这是用模拟器生成的1：1高低电平。当为低电平时，摆杆进入探测范围，但注意，这时并不是最低点，此时做功，相当于给了摆杆半程阻力而非动力。
红线是单片机发给驱动电路的波形，注意，这个低电平的持续时间，刚好是绿线的一半，其下降沿为摆杆最低点。
两条黑线是计数器，第一条是什么忘记了。。。汗。。。第二条是当绿线为低电平时，中断的次数，并把它保存起来，下次再进入此区域，当本次中断次数>上次中断次数一半时，再给驱动发送低电平。大致是这么个思路，时间久记不太清了，具体可以看代码。
需要解释的是，这些波形与PWM无关，在红线为低电平时，发给驱动的信号并不是持续的低电平，这时发送的才是PWM信号。

五、驱动电路设计

单片机是不能直接驱动设备的，电压可能够，电流不给力。除了led这种小电流负载可以直接驱动之外，稍微重型一点的负载都要由驱动电路来完成。即使是led、数码管什么的，也最好用低电平驱动，单片机灌电流能力远大于拉电流能力，不论有没有上拉电阻。驱动电路怎么搭建，我也是0经验，想过用三极管，比如8050，据说能带动1.5A电流。简单测一下，电磁铁线圈电阻只有5欧，12V接上去，8050怕是扛不住，8050我在孩子玩坏的遥控小车里拆出好几个，总惦记给用上，后面用在稳压电路上了，工作环境挺艰苦的，暂且不表。

通过搜集一些资料，发现用mos管做驱动效果不错，一旦栅极完全导通，漏源极之间几乎没有电阻，简直完美。而且这种东西不太贵，我又不会批量使用，就买好的（也就1块5毛钱，土豪一把），选来选去，选一个大电流高电压的mos管，它支持33A电流，100V电压，在我的环境中，即使犯错，也绝不会烧到它，型号是：　IRF540N　，实际测试中，效果真不错，一点不烫，温都不温，完美！跟L298N形成鲜明对比。

光耦和mos管结合的电路图如下：

这只mos管，手册上说栅集有4.5V电压，Ds即可开启，但这时开启的并不彻底，Rds还是比较大，磁铁线圈阻值又小，分给电磁铁的电压所剩无几了，它完全开启的电压要10V以上，这时Rds几乎为0，这也是驱动部分电源至少用3只18650的原因。烤机的时候我把电池跑光过两次，这个性质还可以很好起到锂电保护板的效果，3只18650，在还没达到、即将濒临放电截止电压时，已经无力让mos管完全开启，驱动电路由于Rds阻值过大而断路，此时单片机供电也同时出现问题，关机了，有效防止了锂电过放，原理我搞不太明白，总之在过放安全电压以上，电路自动停止工作，效果就很不错。电路搭法参考手册中的经典电路，电阻取值有待考证，毕竟厂商不同，只能参考个大概，我的办法就是围绕mos管搭好测试电路，目标位置接好万用表，电阻用电位器，边调电阻边观察万用表数值变化，测定出合适的阻值，再用接近的定值电阻代替。这一步手要稳，有时不小心拧大劲了，电位器阻值过小，电位器直接冒烟了。
https://v.qq.com/x/page/p0885u8fxmx.html
上面的这个是在面包板上搭的验证电路，51最小系统，光耦，mos驱动，数码管，配置齐全了，电源暂时分别供应，此时数码管显示的数字是红外传感器处于低电平时，中断的次数。小摆幅情况下，触发一次低电平，程序会中断100次左右。当时的计数器初始值好像是128，1/11.059212128*100，结果大约是13毫秒，意味着摆杆经过一次最低点，驱动电路会发出时长6.5ms的PWM信号，如果是50%占空比，实际驱动时间就大约是3ms。

六、整合到洞洞板

从面包板移植到洞洞板上，没什么说的，图也不帖了，上面的视频里都有了。
洞洞板不可避免地使用飞线，我用的就是变压器拆出来的漆包线，挺好用的，剪断直接焊，不用处理绝缘漆，由于线径比较粗，剪断的同时，切口处的漆就开裂，加上切面裸露的部分，包住锡之后还是很稳的。背面照片中的细一点的是网线抽出来的，无绝缘漆，一根vcc，一根gnd，绕板一周，方便取电接地，拖锡的话就比较浪费了。

焊的有多P我知道，不用喷了哈，首先技术P，然后锡P、烙铁也P，这还是20年前读大学时，暑期实习焊收音机留下的废料呢。哦，看到照片顺便提一句，洞洞板四角粘上了塑料螺母，免得焊点与桌面接触造成虚连。51最小系统板也粘了的。
这里我把电路原理图和PCB制板的源文件放上来，有兴趣的自己下载下来研究哈。https://download.csdn.net/download/xinew4712/11317060

七、感光干膜法自制电路板

本来，做好洞洞板就应该是终点了。不记得怎么逛来逛去的，就看上人家自己制作的漂亮的电路板了，心里长了草，也幻想着把难看的洞洞板做成漂亮的PCB，于是就有了后面这部分内容。当然，打样的事我也知道，成本也不高，但我觉得那更适合有经验的高手或者成品电路，对于没经验的小白，自己画的电路能不能正常工作都不知道就拿去打板，很可能要反复修改，打板的成本也不见得有优势了。

1、打磨

本来买覆铜板时老板答应赠送沙纸，结果库房没有看备注，忘记发了，我只有用钢丝球替代，帖膜前一定要把板子擦干净，铜很容易的氧化，前一天测试暴光时间时擦干净的板子，第二天再实际帖膜时，又不粘膜了。

这张图是后补的，小电钻＋沙纸圈打磨了一半的效果图。后经证实，电动打磨机打的效果过于完美光滑，在后面的实验中造成了太多的问题，在0.15mm的线路中，失败十几次，苦思冥想好多天，查到资料说铜面太光滑，会造成干膜吸附不牢，同时有量化的标准，测试方法叫做水膜测试，方法是把磨好的板子泡在水中，拎出来呈45度角，铜表面会形成一层水膜，同时水会往下流，水膜破裂时间小于15秒，都是不合格的，说明板子太光滑了，小电磨磨出来的板子，水膜测试5秒就破裂了，解决办法也很简单，把磨好的板子放到腐蚀液中，注意，我没有打错，就是腐蚀液，我的做的是双面板，放进去2、3秒，板子就变红了，再翻个个，又过2、3秒，拿出来放清水中，洗掉腐蚀液再做水膜测试，效果很好了，20秒也没破裂。由于本文的文字内容是实验过程的忠实记录，这里要补充一下，贴膜前腐蚀不是必要环节，后面的实验中，没有经过腐蚀，直接用5秒破水膜的光滑板，也能成功，如果你直接就成功了，不必预先腐蚀了哈，或者说腐蚀的板子失败了，可以试试不腐蚀的。这里提供一个方法，具体怎么做要自己试，毕竟每个厂商生产的膜性质不同，我看有的厂商还介绍说，自己膜可以110度加温以便粘牢，我的膜是三无产品，测试时100度膜就化成花纹了。
　　
这部分内容放在这里有点不太合适，打菲林之前要做PCB设计的，减少返工就要提前考虑电流问题，问了卖家，淘宝上的覆铜板似乎都不提铜萡厚度，有的卖家根本不知道是多厚的，偶有回答，答曰：0.018mm，也就是0.5OZ。我要把电磁铁的走线印在板子上的，按工程标准还要留一倍的冗余量，设计线宽要5MM了，我需要的是脉冲式的大电流，每次工作几毫秒而已不是长时间的，如用用了这么宽的线径，PCB没法走信号线了，退一步按50th设计，所有可能通过大电流的线路，都手工改成50th线宽。先做出来再看看会不会烧掉吧。

2、贴膜

这个过程有点象手机帖膜，板子加点温度好帖，细心耐心，多练习并吸取我的经验教训就能帖得很好。帖膜时出现零星小气泡可以不管它，板子一般都有富裕量，调整菲林的位置，让布线躲开气泡就行了，覆铜区有零星气泡不影响使用效果。实在有看不过去的气泡，可以用针扎它一下，然后用银行卡从气泡的四周往针眼处赶走空气。一开始不熟练，查各种攻略，什么银行卡，橡皮，笔杆各种推，总是不完美。后面熟练了，什么工具都不用，板子也不事先加温，徒手就可以帖出完美的膜，大道至简啊，功夫到了自然成功。干膜是有有效期的，好像是半年，赶紧用，在它生命周期内让它多多为我们做贡献，涨经验值。别舍不得，我一次买了3米，就象神枪手都是用子弹喂出来的一样，想帖好膜，尽管多动手，别怕失败就对了。帖好膜再用熨斗温一下板子，温度慢慢掌握，让膜与板充分粘合，再避光放置15分钟-30分钟。关于手工帖膜，我有一个经验，在别人的帖子里都没有见人提到过，在这避光放置的15分钟，不要白白放置，要有压力，经我观察，完美的贴膜虽然没有肉眼可见的气泡，但仍有很多微小的有规律的白点，有的是线形，有的集中在某个区域呈现网格状，这是板子纹路中的凹槽与膜没有充分接触造成的，用银行卡推、指压很难处理干净，经过加温静置，大部分白点会消失，但仍会有残留的，这些残留的白点要么造成覆铜长斑，运气不好还会造成细线断线。如果静置过程中给板子压上重物，比如把温热后的板子夹在几十本厚书中间，再避光静置15-30分钟，这样的板子就与工厂中批量压出来的没什么区别了。
　　
这是帖好膜，上菲林的效果，图上是张双面板，测试练手用的，成功的板子制作过程没有拍，做的时候不知道是不是会成功的。对角有两个定位孔，用公公杜邦线把菲林固定住，然后再帖胶布固定，暴光时把杜邦线拔掉。用有机玻璃把菲林和板子一起压住，有机玻璃上面再放几把钳子配重，当然配重不能挡住板子哈，免得风吹草动的移了位置。

3、暴光

暴光要用菲林，菲林是一种透明胶片，打印菲林用喷墨就行，菲林是区分正反的，靠肉眼或手感很难区分，可以对着它哈几秒气，没雾的是打印面，有雾的是背面。同时还要注意PCB设计软件中的“覆铜”的参数，不要让负片出现太多细线，这句话需要在实际操作中慢慢体会，多多调试，细线多了，菲林很容易花，无法用来暴光。双面板的顶层要镜像打印，底层正常打，同时，顶层底层都要输出负片。打印时用灰度打印，质量调到最高，黑度对比度最暗最高，纸张选光面相片纸，需要页边距（至少我的打印机是），当我选无页边距时，打出来的菲林不是１：１的，比设计尺度略大一点点，一点点的误差，小元件还好，长的排线元件就插不进去了。
　　
生成的pdf类似这样子的，黑色部分在后面的环节中会被腐蚀掉，白色部分的铜会保留下来。注意上面的十字梅花型焊盘，这种焊盘很不好打孔，后面会说怎么做。
暴光时，菲林有墨的那一面要紧贴感光膜，不能搞反，菲林薄薄的厚度，也能让暴光边缘虚掉，边缘不锐利，显影就不干净。
暴光灯就是一只8W黑管紫外灯，为了方便使用，我做了一个简易的暴光箱。经过N次测试，这一步暴光时间为3分。
　　
设计图难免反复修改，打废的菲林不要丢，用水泡一会，墨会掉的干干净净，可以在后面的环节压阻焊油用。
　　
暴光后即使还没显影，也能看到略微清晰的纹路了。这张图比较接近后期了，这时的膜已经有点失效，刚到手的新膜，暴光完比这张清楚的多。这个颜色都不对，后来证实是暴光灯出了问题，折腾了半个多月啊，简单地阳光下暴3分钟，清晰无比。

4、显影

显影的时间要量化，这个量是测试出来的，每兑了一瓶新溶液，都最好重新测试一下。测试方法有2个，一个是显影点法，我理解是显影60%就差不多了，别显了，该用水冲了，剩下的40%是水洗掉的，这个在家不太容易量化，总之这是个概念吧，不要等所有铜都露出来了再把板子拎出来，差不多就行，免得显影过度（即边缘开始不清晰，甚至有干膜开始脱离），可以在实践中慢慢体会，拎早就显影不足，那是真的腐蚀不动。另一个是水溶笔法，这个比较容易在家做，找一只笔迹可水洗的笔，写在板子上晾干，在上面覆盖一小块干膜，不暴光不暴光不暴光。避光静置20-30分钟，撕保护放在显影液里计时，同时慢慢刷，刷到笔迹开始溶解，说明膜基本掉干净了，计时结束。

显影进行中，线路会越来越清晰。上图网格状的线形气泡，就是没给压力造成的。一开始没经验，对这个颜色不敏感，后来才知道，这个膜的颜色其实是暴光不足造成的，灯出问题了。

显影完毕，晾干之后的照片。做这张板子时，膜很新，显影完湛蓝湛蓝的，后期做出来的板，颜色灰暗，正是有了这张照片做对比，我慢慢反省到自己的操作错误。

5、腐蚀

腐蚀过程很慢，要加温，我是用一个金属“转接板”加的温，电熨斗温度调到最高，“转接板”温度有点高，装腐蚀液的塑料盒底不平，接触面很小，溶液温度刚刚好。腐蚀时要晃动，容器不方便晃就不停地晃板子，我用竹筷子。腐蚀要腐蚀透，不要见到对比度上来了就停手，要见到玻纤板子，线路沟槽也露出才行。通过这种方式大约10分钟粗线就腐蚀干净了，细线慢一些，腐蚀时要注意温度不要太高了，免得干膜提前脱膜。

注意注意注意：这张图是反面教材，当时自以为完美，其实是腐蚀失败的，铜萡根本没有腐蚀透，还是一整张，只是有的光滑些（厚），有的粗糙些（变薄了），全板短路。正是这次失败，我在设计中把线径、线距都改大了一些，担心太细了腐蚀不透。

6、脱膜

脱膜很简单，效果非常明显，一般进行到这步的时候，已经十分接近成功了。当然，对显影效果不满意，未经腐蚀就进脱膜盆的情况除外哈，我的显影液在测试时已经换了三轮，不满意就直接脱膜，而脱膜液从未换过，效果一样杠杠的。

以肉眼看得见的速度，膜迅速卷起来，脱掉。这张板子没腐蚀透，看到线路对比明显就拎出来了，根本没见到底板，后来测试发现，全板任意两点短路。
下面这张就是经历了十几次试验之后，做出的一张比较满意的双面板的正反面，之前做废过单面板两张，这是做出的第一张双面板，还有改进空间，个别有短路的地方，还需要用美工刀抠一下线槽，短路不可怕，最怕断线，有断线板子基本就废了，这张板子就有些信号线设计时没有注意到，因为线径过细而断路了。当然后面还会有失败环节的，这样类似的板子还会做几张出来。

有了基本成功的双面板，就可以做做定位测试，随机打几个孔，看看正反面是不是对齐了，在这个过程中积累定位经验。前面提到的毛病，这张板子都有，覆铜长斑，细线断路，定位误差等。

7、阻焊

暴光5分钟，先问卖家，再自行测试。方法是多打几个点，盖上膜，膜就用打废洗白的菲林，计好时间，每分钟拿出来擦一个，擦不掉了的时间就是固化好的时间。注意，这个时候要把菲林“非打印”面帖着绿油，要是帖反了，打印面会把绿油都粘下来。

上面这张照片就是用做废了的板子和打歪了的菲林进行暴光时间测试时拍的。做这张板子时，又遇到比较霉的事，发现暴光灯出问题了，半月前测试过绿油，8分钟固化的非常好，这次8分钟油没干，加长时间到20分钟还没干，这时不能再加长了，开始怀疑灯出问题。洗掉重做，这次直接暴1小时，仍未干。这时回想前面的无数次失败，都是同样的操作流程，感光干膜失败十多次，我曾怀疑是膜保管不善。用转印做好板子，做到阻焊，又失败，这次很明显，绿油还是液态的，上次暴完8分钟，抠都抠不下来。这次20分钟还没固化。绿油保管的肯定没问题，因为这是最后环节，基本上没拿出来见过光。把这个情况给淘宝老板说，老板爽快地给换了一只灯管。在灯管寄过来的路上，我改造了一下暴光箱，改成节能灯暴光：

下面这张是用来测试新灯管暴光时间时做的，效果还可以，但是做的不是太用心，绿油薄厚不均，焊盘擦得也比较粗暴，有的地方都脱落了。焊盘就用普通的消毒酒精擦就可以，75%的医用酒精，药店有的卖的，记得在擦掉焊盘上的绿油之后，再放在紫外光或者直接在太阳下暴几分钟，这时不需要精确，不用量化，尽管晒，让绿油彻底固化。

下面这张是做好阻焊并镀锡的效果。阻焊做的不是太漂亮，这是第一张成功的阻焊图，没什么经验，后面会做更好的。打孔和镀锡顺序倒无所谓，我倾向于先镀锡，这样会形成一个四周高中间低的孔洞，打孔时比较好下钻头，不容易打滑。

8、打孔

电路板在设计时就要在四角留好过孔，目的是定位，双面板定位是关键。
在失败的测试板上把各种孔径的孔都打一遍，正反都试试，反向打的目的是练习各种尺寸的钻头会不会把对面的覆铜给顶出来，涨涨经验值，提高在最终制板时成功率。测试时就发现，10th(0.3mm)的过孔，手工基本没法打，返回去改设计，把过孔的焊盘改成70焊盘30孔径的，和洞洞板的标准一致，这样的孔手工也比较好打了。同时注意，有些元件接地引脚的焊盘，是连接了覆铜的，就是那种梅花形的焊盘，不是同心圆片，这种的焊盘打孔时，钻头会沿着焊盘十字线打滑，很容易碰坏旁边的细线，解决办法就是到对面去打孔，这种孔如果是过孔还好，如果是接元件的话，记得在有元件的一面先上锡封住十字线一面，在熔融状态下插元件，这样才好保证覆铜与地是连接好了的。哦，我说的都是双面板，单面板没有这么多细节。最终经验之谈，70-30的孔也不太合适，应该用80-10的，这样焊盘够大，稍微对不齐也没太大关系，焊接也容易。10的孔方便定位，钻头仍然用30的，板子上的孔越小，打孔时越容易瞄准。(编后补充：洞洞板的60-30设计是有道理的，80-10不要用，再做板子的时候，我还是会用70-30。80焊盘大，盘间距小，很容易造成相邻的焊盘粘连。10孔径太小，腐蚀不清，打孔时反而不容易定位。)

失败了的板子废物利用，集各种测试于一身。最上面露出来的底板是测试静态（不摇晃）的情况下，彻底腐蚀透所需时间，腐蚀掉的部分就是溶液的深度，不用太多，没过板子即可。下面是各种孔径打孔测试，正反打孔测试，自制推台直线打孔测试所留下的痕迹。（设计的时候，就要考虑一下打孔的问题，元件孔位是100th，就是2.54mm，过孔的孔位网络，也要用100th，这样可以让大部分孔都在一条直线上，打孔时可以用推台+靠山的方式方便地定位，比较手工找洞要少考虑一个维度）绿色的是感光绿油，测试暴光时间，清洗阻焊的测试。顺便提一句，阻焊的清洗就用脱膜液，做的不满意的阻焊，泡在脱膜液中，一个晚上就软化了。尽量用废液，洗完阻焊的脱膜液不适合再做脱膜了。

9、丝印

丝印可以用热转印法也可以用干膜法，干膜做0.05mm细线都没问题，做丝印更不在话下了，就是前面的工序，帖膜、打菲林、暴光，显影，不脱膜不脱膜不脱膜！那个没脱的膜就是丝印了。菲林我买少了，留着以后做板子用，这次丝印我就用热转印法来做，也有人用热转印做板子的，也没问题。精度上还是干膜法的要精确一些。
黑丝放在这里，就不那么好看了:(，这是做完丝印打好孔的图。

10、焊接

这是合体之前的照片，上面的是淘宝买的51最小系统板，好像1块多钱，图中已经把高度超限的电源插座和自锁开关卸掉了，太高了有点碍事。下面是在打好孔的板子上，把排线座接好，确保设计图与实际电路一致，没有被缩放。

下面这张合体之后的照片，51最小板和自制的pcb板完美合体，51最小板通过自制pcb取电。

下面需要把板子切了，设计时就画好了边框和边线，沿着边线把多余地部分切掉，用775电机DIY了一个小台锯，对付PCB绰绰有余。切好后的板子就可以焊接了，先焊过孔，再对着丝印焊元件，没什么可说了的。

这是切好的板子和切下来的边角料。

11、总结

总结一下关键点，板子不能太光滑，帖好膜之后加温不能太高，40度就行，暴光时间，2.5分钟。显影时间，2.5分钟。
时间要根据动态调整的，调整的标准就是如果在显影时有冲洗不掉的干膜，说明暴光过度，要减少暴光时间；如果显影后干膜受损或发现干膜浮起或线路边缘不齐，说明暴光不足，如果与冲不掉的干膜同时出现，说明是显影过度，要减少显影时间或显影液浓度。腐蚀时过程过慢，可能是显影不彻底，铜没有完全暴露出来。当前面每一环节都如数家珍，轻车熟路之后，有一个怪现象开始出现，失败率越来越高，后面的环节无法开展，就怀疑前面的参数是不是不对，反复调整试验参数，还是很难有成功的案例，不是说我要做很多板子，我只要做一块，但每个环节都有失败，后面失败了，前面的环节就都要重新来过。这里在很多资料里看到过的一个词浮现在脑海中：安全灯！他们都提到要在黄色安全灯下操作，而我一直在日光灯下，虽然每次切膜时间很短，半分钟就可以切完一次实验用的膜，然后把成卷的膜收好，可是，我的实验可能做了2、30次了，卷膜累计在日光灯下的时间暴露的时间也有10多分钟了，膜很可能失效了！所以读者不要被我的失败次数吓到不敢动手了，如果准备充分，你也许经历3、5次的尝试，就可以做出满意的板子了。不过经过了无数次失败，以后再有什么过期膜、失效膜，我也有法子用好它们，这时心里隐约冒出一个点子，先不着急立flag，这些不好用的失效膜，我要给他们觅条出路。
前面的环节我帖的照片都是失败的板子，失败的原因千条万条，成功的原因只有一个，就是不怕失败。镇楼的那张就是成功的效果了，这是用疑似失效的膜和新换的紫外暴光灯做的了。
总结一下我失败的原因，我觉得是起点太高了，应该先设计一张简单的单面小板，把整个流程走通，小板成功，再做目标板，这张板最初设计0.2mm线径和间距，还是双面板，太多环节都不熟悉，就挑战高难度，导致失败次数过多，试验次数多，又没注意保护材料，导致干膜失效，在没意识到干膜的问题之前，后面的测试都在做无用功。同时又比较霉，遇上暴光灯故障，对我这个毫无经验的小白来说，更是双重打击。（热转印成功后，又返回来做干膜，最终证实，膜没有问题，是灯出了问题）
这里顺便帖一下好灯坏灯对比图，如果对工具敏感一点的话，可以早点意识到是灯管出了问题，至少可以减少失败20次。

上图是好的灯。

上图是坏的灯。都是通电点亮的状态，也都能鉴别纸币，但那个坏灯暴光效果却差了好多。

八、热转印法自制电路板

本来没有这一章内容的，干膜法经历无数次失败，弄得丧失信心又想不透原因的时候，想到正好还有转印纸呢，要不试试转印法？这几张转印纸原计划是用来做丝印的。由于干膜法的无数次失败，我曾尝试过反复修改设计图来解决，这时的线径线距都改到0.5mm左右了。这个精度热转印也能胜任了。

1、打印转印纸

转印纸存货不多，虽然不贵，单买却不划算，可以用抠门的办法来打印，算好位置，开窗法：

2、双面定位

热转印确实挺简单，打好转印纸，用长排线比量一下尺寸是否合适，没问题了就帖在铜板上，打好定位孔，再帖另一面，这时可以用透明胶固定，别帖太多，稍微固定一下就好，免得后面透明胶融化了不好处理。

3、撕转印纸

我用200度熨1、2分钟，翻过来再1、2分钟，自然冷却，不烫手之后就可以扔到清水里泡2分钟，然后慢慢撕开，就是下面的效果了。由于担心打印机打印大面积黑块时喷墨不足，我在设计软件里特地去掉了覆铜。效果还是挺不错的，完全不用笔描。

4、腐蚀

参考上面提到过的“转接板”加热的腐蚀法，把铜吃掉。不论干膜法还是热转印，在腐蚀之前最好找一个过孔，把孔打通，看一下正反面的位置是否对齐，因为腐蚀这一步一旦做了，就没办法退回重来了。热转印由于没有覆铜，腐蚀的面积有点大，可以先静置一会再晃动，但要注意由于是双面板，要让两个面都能接触到溶液，直接放在塑料盒里不太合适，这样的话另一面帖在盒底，与溶液接触不良，可以用筷子搭住板子，让双面都与溶液充分接触。静置一会之后就会看到浓重的黑墨成股流下，让人一度以为转印的墨粉脱落。用过的腐蚀液呈现透明的绿色(也有的是蓝色)，腐蚀后期的某个时点，液体会转瞬变黑，这是全面腐蚀的征兆，要卖力地晃了。干膜法由于有大量的覆铜，没有观察到这种现象。

腐蚀完毕，一次就成功，背面就不拍了，大同小异。

5、反热转印–脱墨

脱墨过程一般都用沙纸磨，汽油洗，我想试试不一样的，既然墨粉高温会融化，并从附着力低的转印纸印到附着力高的铜箔，那我也可以再次让墨粉转移，让它转印到A4上，只要A4有了墨迹，我就可以多次重复这个过程，让墨粉转印干净。或许在反热转印过程中还能发现新的脱墨材料呢。当然这样的实验有很大可能失败，失败了这段也不删，就当是一次反而教材吧。

我的做法是先把板子泡水里，我是泡了一晚上，估计泡个把小时也可以，然后夹在A4里反复熨，熨2分钟就换一个地方，换了四五次位置，基本就不掉墨了。这时铜线已经部分裸露出来，但还是有墨迹。

此时再用橡皮擦，铜线就能完全露出来了，不知道粘锡效果怎么样，为了防止不粘锡，最后还是用钢丝球简单砂了一下，早知如此何必当初即视感。

阻焊

阻焊暴光之前的流程与感光膜暴光有些类似，洗干净板子并做旧，我是用钢丝球把板子擦几遍，一是可以把铜线上的余墨去除，二是把没有铜线的部分划花，增加附着力。在把油推平之后，静置15-30分钟，我是夹在书中，然后连书一起压上重物，让绿油与板子充分接触，重物可以让油自然流动，做出来的阻焊薄厚一致。

九、实际用途

这板子做出来能干什么呢？当成一个可编程的PWM驱动就不错，孩子在《有趣的科学实验》那本书里看到一个做唱片机的实验，是通过手动转黑胶唱片，让纸质喇叭发声的。我准备用这块板子把孩子的手动黑胶唱片机变成电动的，通过PWM来控制转速，驱动电磁铁跟驱动电动机是一样的，12V电压太高准备串个电阻分压，反正这个是不会长期使用的。
（等孩子放假了，一起把这个玩具做好，再补一个视频）
而另一个有实际用途的场景，就是摇步器了。把电磁摆的摆杆换成手机支架，可以摇手机，可以摇手环，可编程可计数，还可以控制摆幅和力度。别急着喷，这不是为了刷榜，而是为了完成保险公司的任务，类似每日xxx步，保费xxx折这种。在做电磁版的摇步器之前，已经做过一个机械版的了，噪音一直是个问题，电磁版就不会有噪音，非常安静，最后放一段对比视频，做为50张配图、2万字长文的Ending.

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