Радиокот паяльная станция – Цифровая паяльная станция своими руками.(V 2.0)

Цифровая паяльная станция своими руками.(V 2.0)

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Цифровая паяльная станция своими руками.(V 2.0)

Начать нужно с того, что однажды я озадачился приобретением паяльной станции, ибо «вечные» жала портятся от перегрева, а мой старенький паяльник не имел термостабилизатора.
Изучив рынок, пришел к выводу, что то, что мне хочется, стоит достаточно дорого. Подумал, почитал… И пришел к выводу, что реализовать станцию своей мечты смогу и сам. В качестве контроллера был выбран ATmega8, имеющий встроенные АЦП и ШИМ. Усилитель сигнала термопары на ОУ AD8551.
Паяльник приобрел от паяльных станций Solomon, название «SL-ICMC, паял.д/станц.SL-10, 20, 30CMC».

Паяльник имеет керамический нагреватель и встроенную термопару.
Распиновка разъема паяльника:

Схема устройства:

Теперь прокомментирую схему.
1. Трансформатор и диодный мост выбирается исходя из напряжения питания и мощности используемого паяльника. У меня это 24 В / 50 Вт. Для получения +5 В используется линейный стабилизатор 7805. Он обязательно должен иметь приличный радиатор. Или необходим трансформатор с отдельной обмоткой для питания цифровой части с напряжением 8-9 В.

2. Полевой транзистор на выходе ШИМ — любой подходящий (у меня стоит IRLU024N). Радиатор не потребовался.
3. Светодиод я использовал двухцветный, но можно соединить два, как показано на схеме. Пищалка со встроенным генератором, используется для озвучивания нажатия кнопок (можно не ставить).

LCD в проекте используется символьный, однострочный на 16 символов.
Подключение к контроллеру осуществляется следующим способом:

LCD

Разъем на схеме U12

01 GND

10 GND

02 +5V

09 VCC

03 VLC

08 LCD contrast control voltage 0…1V

04 RS

01 PD0

05 RD

02 PD1

06 EN

03 PD2

11 D4

04 PD4

12 D5

05 PD5

13 D6

06 PD6

14 D7

07 PD7

Назначение кнопок:

U6.1: Уменьшение установленной температуры на 10 град
U7: Увеличение установленной температуры на 10 град
U4.1: Программирование режимов работы P1, P2, P3
U5: Температурный режим P1
U8: Температурный режим Р2
U3.1: Температурный режим Р3
Прошивку контроллера можно осуществить как на внешнем программаторе, так и внутрисхемно. У меня программатор подключается вместо кнопок.
Данные EEPROM при прошивке зашивать необязательно, можно включить станцию с нажатой кнопкой U5, тогда значения температур примут нулевое значение. Останется запрограммировать их непосредственно через кнопки паяльной станции.

Теперь по поводу прошивок. Имеется 3 варианта:

1. С регулировкой температуры + — 10 градусов.
2. С регулировкой температуры + — 1 градус.
3. И еще одна версия на случай, если Ваш дисплей отображает только первую половину строки.
Также, есть печатная плата, спроектированная Sailanser-ом, за что ему большое спасибо.

Проверено! Работает!

Обсуждение статьи — тут.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

РадиоКот :: Цифровая паяльная станция.

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Цифровая паяльная станция.

Состав: ATmega8, LM358, IRFZ44, 7805, мост, 13 резисторов, один потенциометр, 2 электролита, 4 конденсатора, трехразрядный светодиодный семисегментный индикатор, пять кнопок. Все размещается на двух платах размерами 60х70мм и 60х50мм, расположенных под углом 90гр.

Паяльник приобрел от паяльных станций…

Паяльник имеет керамический нагреватель и встроенную термопару.
Распиновка разъема паяльника для ZD-929:

Функционал:
Температура от 50 до 500гр, (нагрев до 260гр примерно 30 секунд), две кнопки +10гр и -10гр температуры, три кнопки памяти —

длинное нажатие (до моргания) — запоминание установленной температуры (ЕЕ), короткое — установка температуры из памяти. После подачи питания схема спит, после нажатия кнопки — включается установка из первой ячейки памяти. При первом включении температуры в памяти 250, 300, 350гр. На индикаторе моргает установленная температура, затем бежит и потом горит температура жала с точностью до 1 гр в реальном времени (после нагревания иногда забегает на 1-2 гр вперед, потом стабилизируется и изредка поскакивает на +-1гр). Через 1 час после последней манипуляции с кнопками засыпает и остывает (защита от забывания выключить). Если температура более 400гр, засыпает через 10 минут (для сохранности жала). Бипер пикает при включении, нажатиях кнопок, записи в память, достижении заданной температуры, три раза предупреждает перед засыпанием (двойной бип), и при засыпании (пять-бип).
Схема устройства:

Номиналы элементов:
R1 — 1M
R2 — 1k
R3 — 10k
R4 — 82k
R5 — 47k
R7, R8 — 10k
R индикатора -0.5k
C3 — 1000mF/50v
C2 — 200mF/10v
C — 0,1mF
Q1 — IRFZ44
IC4 — 7805

Для схемы:

1. Трансформатор и диодный мост выбирается исходя из напряжения питания и мощности используемого паяльника. У меня это 24 В / 48 Вт. Для получения +5 В используется линейный стабилизатор 7805. Или необходим трансформатор с отдельной обмоткой для питания цифровой части с напряжением 8-9 В. Я надыбал БП от какого-то старого брендового компа — ДЕЛЬТАПОВЕР, импульсник, 18 вольт, 3 ампера, размер как две пачки сигарет, работает отлично, даже без кулера.
2. Полевой транзистор на выходе ШИМ — любой подходящий (у меня стоит IRFZ44).
3. LED первый попавшийся в радиомагазине, разочаровался, когда дома прозвонил и узнал, что внутри сегменты знаков не запараллелены, поэтому плата усложнилась. Имеет маркировку на боку «BT-C512RD», светит зеленым. Можно использовать любой индикатор или три с соответствующей корректировкой платы, а если анод общий, то и прошивки- /вариант прошивки ниже/.

4. Бипер со встроенным генератором, подключается + к 14 ноге меги, — к минусу питания (на схеме и плате нету, т.к. придумал позже).

5. Назначение кнопок:
S1: Вкл / -10гр.С
S2: +10гр.С
S3: Память 1
S4: Память 2
S5: Память 3
Прошивку контроллера можно осуществить на внешнем программаторе, контроллер установлен на розетке, с «J-tag-ом» заморачиваться не стал. При прошивке включается внутренний 8МГц RC-генератор кристалла, в AVR значение бита «установлен» соответствует логическому нулю, в Пони-Прог это выглядит так:

Теперь по поводу прошивок. Из всех имевших место в ходе разработки актуальны 2 финальных варианта:
1. Для LED с общий катод.
2. Для LED с общий анод.

Это моя законченная конструкция:

Цифровая паяльная станция 5 в 1 (ver. DSS-2M)

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Цифровая паяльная станция 5 в 1 (ver. DSS-2M)

Описанная здесь паяльная станция является улучшенным продолжением и полностью переработанным ранее опубликованной DSS-1 и занявшей первое место с конкурсе на лучшую статью с применением МК .

Станция собрана в основном на SMD, питается от встроенного импульсного блока питания, поэтому и имеет небольшие габариты, что позволило уместить ее в более меньший корпус и, с учетом пожеланий и предложений, добавить функциональности.

Внешний вид:

Характеристики:

—  станция имеет импульсный блок питания на UC3845, который обсуждался (в т.ч. и мной) здесь . Выходное напряжение – 24В, максимальный ток – 2,5А.

—  возможность подключения внешней нагрузки на 220В (мощный паяльник и д.р.)  с гальванической развязкой от сети.

—  возможность подключения термофена (от паяльной станции Lukey 702 или аналогичный).

— возможность подключения низковольтного паяльника (24В) с термопарой (от паяльной станции Lukey 702 или аналогичный).

—  возможность подключения преднагревателя плат Lukey 863 (или самодельного).

—  возможность запоминания параметров подключения второго низковольтного паяльника (24В) или использования его как отдельного устройства вместо канала преднагревателя.**

    ** на плате возможность подключения (работы) двух паяльников одновременно – отсутствует.

—  диапазон регулирования температуры паяльника 100 – 400 °C (шаг – 5 °C)

—  диапазон регулирования температуры фена 50 – 450 °C (шаг – 10 °C)

—  диапазон регулирования температуры преднагревателя 50 – 300 °C (шаг – 10 °C)

—  диапазон регулирования скоростей вентиляторов – (40% – 100%)  разбит на 7 шагов.

— регулировка температуры обеспечивается ПИ регулированием с подбором коэффициентов в автоматическом режиме, для более точной стабилизации температуры;

— защита от обрыва термопар;

1.Принципиальная схема блока МК приведена на рис.1.

2.Принципиальная схема блока индикации приведена на рис.2.

3.Принципиальная схема силовой части устройства приведена на рис.3.

4.Принципиальная схема блока питания устройства приведена на рис.4.

    Намоточные данные трансформатора рассчитывались программой Flyback(3100)

ВНИМАНИЕ: Схема в «PROTEUS» кардинально отличается от оригинала и предназначена только для отладки и проверки работоспособности системы! Названия и номиналы деталей не совпадают!

    За основу взят микроконтроллер фирмы Atmel (ATMega88Р), который настроен на работу от внутреннего RC генератора 8MHz. (Возможна установка ATMega8 без переделки печатной платы. За прошивкой обращайтесь к автору).

    Конфигурация фьюзов:

    Регистр сдвига (74HC595), два дешифратора (74HC238) и ключи Дарлингтона (ULN2003) используется для управления динамической индикацией индикаторов и светодиодов, а также опросом кнопок. Использование ключей Дарлингтона позволило отказаться от использования эмитерных повторителей на транзисторах, что позволило выиграть немного свободного места на плате, которые имеют размер 125 х 45мм.

    Усилители термопар выполнены на двух (LM358).

    Силовая часть выполнена по классической схеме на (MOC3063) и (BT138-600).

    Немного фото внутренностей станции:

    Блок управления и отображения информации:

    В устройстве используется 3 спаренных трехзнаковых семисегментника с общим катодом, 3 двухцветных светодиода, 12 кнопок управления.

    Лицевая панель отпечатана на обычной фотобумаге для струйных принтеров и покрыта сверху одним слоем обычного скотча 😉

    Красный светофильтр взят в учебнике «ЕШКО» %)

   

Блок питания выполнен по классической схеме на (UC3845) намоточные данные трансформатора указаны на схеме. Блок, размером 120 х 130мм, имеет одну вторичную обмотку на 24В и нагружен на два стабилизатора на L7812 и L7805 так как данный тип БП нежелательно включать без нагрузки. По крайней мере, у меня он иногда стартовал и отключался из-за отсутствия нагрузки в дежурном режиме, поэтому пришлось поставить вентилятор 60*60мм для дополнительного обдува радиаторов и тем самым нагрузить БП (100-150мА вполне достаточно) или установить резистор около 33 Ом по питанию +5В. (я сделал и то и другое))

    БОльшая часть деталей блока взята из компьютерного блока питания. Силовая часть расположена здесь же.

    Фен и паяльник от паяльной станции Lukey-702

    Работа с паяльной станцией:

    Светодиоды: при нагревании до заданной температуры горит «красный» светодиод, если температура находится в пределах +/-5 градусов от заданной – горит «зеленый» светодиод, если температура превышает заданную более чем на 5 градусов – мигает «красный» светодиод. В случае обрыва термопары попеременно мигает «красный» и «зеленый» и на индикаторе показывает «Err» (нагрузка при этом обесточивается).

    Также слева и справа от среднего индикатора имеется линейка из 7 светодиодов, которые визуально отображают скорость вентиляторов фена и преднагревателя соответственно. При отключении фена или преднагревателя скорость вентиляторов устанавливается на максимум вне зависимости от ранее установленной и остается включенной до температуры менее 25 градусов.

    От себя хочу добавить, что у меня установлены зеленые светодиоды, однако их свечение (как выяснилось потом) не очень яркое, а через красный светофильтр их не видно вообще! Поэтому рекомендую либо не ставить их вообще, либо ставить, но красные. Некоторые могут сказать, что это излишество – и я соглашусь с ними, но мне захотелось так сделать. 😉

    Паяльник:

    Работа с паяльником осуществляется 3-мя кнопками «Solder on/off», «+5», «-5»

    — при включенном паяльнике нажатие на «+5», «-5» соответственно увеличивают/уменьшают заданную температуру о чем свидетельствует мигание индикатора.

При использовании второго паяльника, его термопара подключается к другому усилителю термопар, а первый остается висеть в воздухе. Тем самым при включении питания Паяльника определяется какой из двух паяльников подключен.

    Фен:

    Работа с феном осуществляется 4-мя кнопками «Fen on/off», «+10», «-10», «Motor Speed»

    — при включенном фене нажатие на «+10», «-10» соответственно увеличивают/уменьшают заданную температуру о чем свидетельствует мигание индикатора;

    — при нажатии на кнопку «Motor Speed» на экран выводится скорость моторчика фена «F-x», которая может изменяться кнопками +/- соответственно.

    —  после выключения фена на индикаторе мигает текущая температура фена и работает вентилятор пока фен не остынет до температуры менее 25 градусов.

    Также в фене имеется внутренний нормально разомкнутый геркон, который при замыкании отключает фен (например, при установке на подставку). Включить фен, установленный на подставку невозможно. Так как для подключения фена и низковольтного паяльника использовались одинаковые разъемы с одинаковым подключением термопар и нагревателей, а также исключения возможности случайного подключения паяльника «не туда» в разъеме паяльника необходимо сделать перемычку на месте подключения геркона, что тем самым обезопасит выход паяльника из строя (данная опция проверялась ТОЛЬКО в симуляторе).

    Работа с внешней нагрузкой осуществляется 3-мя кнопками «EXT on/off» , кнопки «+» и «-», которыми можно варьировать мощность в нагрузке от 10 до 100 % с шагом «5».

    Работа с внешним преднагревателем осуществляется 4-мя кнопками «Preheater», кнопки «+» и «-», и кнопкой «EXT on/off», которая играет роль выбора скорости вентилятора. По сути это дополнительный канал фена, который настраивается точно также как и фен.

    Здесь имеются некоторые ограничения: при включенном преднагревателе НЕВОЗМОЖНО включить внешнюю нагрузку и наоборот.

    И еще несколько фото станций.

    Вопросы по БЛОКУ ПИТАНИЯ

    Все обмотки блока питания намотаны одинаково в одну сторону с применением Z-намотки проводов обмоток (вместо C-намотки). Это значит, что после намотки слоя и его изоляции, провод переводится на сторону начала намотки уже изолированного слоя, изолируется от будущего слоя, и опять ведется намотка, – это и называется Z-образно. Если упрощенно, то, намотка слоев обмоток всегда ведется с одной стороны каркаса трансформатора, а не с разных. Этот способ намотки уменьшает значение индуктивности рассеяния, хотя он и более трудоемок, по сравнению с C-намоткой.

Более подробно о том как работает «Flyback» на (UC384x) описано здесь

По способам намотки и проводах – здесь

    Трансформатор взят из обычного компьютерного блока питания. У меня их было около 8 штук, так что большинство деталей для БП станции было взято с них.

    Как разобрать силовой трансформатор компьютерного БП?

В интернете описано очень много и маленькая тачечка способов его разборки, но я для себя остановился на следующем: обычным феном паяльной станции с температурой в 300 градусов сначала прогреваем сердечник по всей площади, а потом в месте соединения EI сердечника, около 5 минут (может и больше), одеваем на одну руку перчатку (я использовал те, которые используются для пайки пластиковых труб) в другую брал обычные плоскогубцы. Итак, прогрели, клей должен немного размякнуть, но всё равно держит очень хорошо, далее удерживая сердечник, плоскогубцами БЕЗ ОСОБЫХ УСИЛИЙ! иначе может треснуть, пытаемся расшатать место соединения. Потом снова прогреваем, и снова пытаемся расшатать. Если клей «пойдет», то разобрать трансформатор Вам скорее всего удастся (только если не будете торопиться и нервничать). У меня получилось с третьего раза, так что дерзайте! При этом получаем целый сердечник и заводской каркас. Также хочу обратить внимание, что клеем очень хорошо проклеена середина каркаса и сердечника.

После намотки транса и первом включении, склеивать сердечник я не рекомендую, а просто хорошо стянуть его кабельной пластмассовой стяжкой.

После окончания всех настроек склеить его при помощи «Этилцианакрилата» или в моем случае обычным «Супер-клеем» 🙂

Настройка блока питания заключается в следующем:

ВНИМАНИЕ! Детали высоковольтной части БП находятся под опасным для жизни сетевым напряжением!

Трансформатор работает на частоте 85кГц (допускается отклонение частоты в пределах +/-2кГц), которая меряется на 6 ноге U5 и подбирается цепочкой R8 и С9 (но номинал С9 желательно не трогать). D2 и R31 лучше при измерении не паять.

Затем проверяем, работает ли обратная связь, для чего паяем VO1, L2, R42, R40, R49, R12, U13, C24, R11 и переменный резистор VR1. Подключаем вывод +25V любому регулируемому источнику напряжения и изменением напряжения в пределах ~10-28V проверяем, измеряется ли сопротивление КЭ оптрона.

Если одно и другое работает, и при условии, что трансформатор намотан правильно — тогда можно паять остальные детали. Блок должен запуститься.

Перед первым включением БП вместо предохранителя подключаем лампу 220В/100-200W и ОБЯЗАТЕЛЬНО нагружаем БП какой-нибудь нагрузкой 2-5 ватт, не больше (я использовал компьютерный вентилятор подключенный к +12В). Включаем на несколько секунд, лампа накаливания должна мигнуть и потухнуть. После этого отключаем, ОБЯЗАТЕЛЬНО ждем пока разрядится конденсатор (150мкФ*450В), проверяем что греется.

Если лампа горит постоянно, значит БП у Вас не завелся. Нужно искать либо ошибки в монтаже, либо испорченные детали.

Потом включаем и изменением переменного резистора VR1 устанавливаем напряжение +24В (конденсатор С6 – 470мкФ*50В).

Всё, предохранитель можно ставить на место. Убирать или ставить «жука» вместо него не рекомендую.

Вопросы по интерфейсу программы и возможностях:

    ВНИМАНИЕ: Если программа при запуске выдаёт ошибки на отсутствующие библиотеки (а она это сделает наверняка))), то для нормального запуска программы Вам необходимо просто скопировать содержимое папки «ocx» (MgButton.ocx, mscomm32.ocx, tabctl32.ocx) в папку «C:/WINDOWS/SYSTEM32».

    Описание функциональных кнопок программы буду вести слева направо сверху вниз, чтобы не было путаницы.

    «Save to Clipboard» — позволяет поместить скриншот (картинку) текущего графика в буфер обмена, для последующей обработки полученных графиков. Сохранение буфера обмена на диск возможно любой программой обработки изображений, которая имеется на компьютере (IrfanView, FSViewer, Paint, ASDSee, CorelDraw, XnView или любой другой).

«Свойства графика» — позволяет настроить толщину точек и линий графика, а также «Периодичность запросов» (в миллисекундах) для автоматического отображения происходящих процессов. От себя хочу добавить, что слишком маленькое время ставить не стоит, т.к. на посылку и ответ от МК нужно определенное время. А также «Шаг графика» — это расстояние между точками на графике. Чем меньше значение, тем плотнее будут отображены графики.

    «Save to Excel» — в программе имеется возможность сохранения накопительных контрольных точек прохождения графика. Кликом мышки на области графика в память заносятся значения, которые в данный момент были считаны в окне «Показания», о чем свидетельствует вертикальная линия (маркер). Количество сохраненных маркеров накапливается до следующего запуска программы.

    «Выбор СОМ порта» и «Open» — перед началом работы необходимо выбрать порт, на котором висит станция и открыть его, так как все последующие запросы станции не открывают порт, а всего лишь проверяют его состояние.

    Окно «Показания»

    «Источник» — выбор источника откуда будут считываться и отображаться показания на графике.

    «Текущая температура» и «Заданная температура» — тут понятно.

    «Интеграл» — чистое значение интеграла (накопленной ошибки) благодаря его введению отпала надобность введения «поправочных коэффициентов» с станцию, теперь программа сама всё подстраивает.

    «ШИМ» — значение вычисленного ШИМа с учетом всех поправок, добавок, и корректировок.

    «ADC» чистое значение АЦП контроллера (от 0 до 1023), что соответствует (0-5V)

«Разница Пр. — Тк» — показывает разницу температур между «мультиметром» и текущей. В принципе бесполезная величина.

«Темп (прибор)» — температура на мультиметре. Так как подключить мультиметр к компьютеру я даже и не пытался, а смотреть зависимость на графиках мне тоже хотелось, то я и добавил данную позицию. Изменение значения в данном поле осуществляется кнопками перемещения курсора на клавиатуре «вверх» и «вниз».

«Запрос данных 1 раз» — запрашивает данные со всех датчиков.

«Включить таймер» — тоже самое, что и «Запрос данных 1 раз», только делается это с определенной периодичностью.

    

    Окно «Редактор наклонной характеристики»

    «Темп. прибора» — сюда вводим значения полученные мультиметром в контрольных замерах.

«Темп. станции» — сюда вводим значения полученные станцией в контрольных замерах.

«Разница темп.» — понятно.

«Т* стации + К» — Значения вычисленные с учетом «разницы» и «наклона»

«Разница температур» и «К* наклонной» — нажатием кнопок перемещения курсора на клавиатуре «вверх» и «вниз» позволяет подогнать наклонную таким образом, чтобы она находилась в пределах реальной температуры измеренной с помощью мультиметра.

«График температур» — включение данной опции позволяет отобразить на экране наклонные характеристики станции, мультиметра и «нужной» температуры.

    Окно «Коэффициенты поправок»

    «Читать» и «Запись» — тут понятно.

    «Разница» и «Наклон» — думаю тоже 🙂

    Инструкция по настройке с помощью программы:

ВНИМАНИЕ:

После обновления прошивки или первом включении ОБЯЗАТЕЛЬНО необходимо сделать общий сброс станции (одновременное продолжительное нажатие кнопок «+5» «-5» «+10» «-10» при всех выключенных нагрузках, о чем будет свидетельствовать длинный «П-И-И-И-К»)

Настройка паяльника или фена:

1. Берем цифровой мультиметр с термопарой для измерения температуры, прикручиваем ее конец к кончику жала небольшим кусочком провода так, чтобы получился надежный контакт.

2. Ставим переменный резистор соответствующего ОУ в среднее положение.

3. Потом подключаем станцию с помощью обычного прямого модемного кабеля к свободному СОМ порту компьютера.

4. Запускаем программу, выбираем соответствующий порт и жмем «OPEN». В случае правильного подключения, программа сообщит Вам о том, что соединение прошло удачно.

5. Далее в окне «Показания» выбираем «Паяльник» и нажимаем кнопочку «Запрос данных 1 раз» или ставим галочку «Включить таймер». В этом окошке отобразятся данные полученные от станции. Пока нас интересует только температура, которую показывает станция.

6. Вращением переменного резистора добиваемся показаний температуры около 20 градусов, лучше пусть будет меньше.

7.  Здесь же имеется окошко с кнопкой «Принудительного ШИМа», который нужно установить в районе 150-180 единиц ШИМа. Пишем ручками или выбираем из выпадающего списка и нажимаем кнопку. После этого включаем паяльник кнопкой. Ждем, пока хорошо прогреется паяльник и когда показания температуры на станции и мультиметре более-менее успокоятся, запоминаем «Реальную температуру» и «Температуру станции», которая как я уже говорил должна быть меньше реальной на 5-20 градусов.

8. Записываем полученные значения в соответствующие поля в окошке «Редактор наклонной характеристики» с левой стороны «Замер низ».

9. Далее повторяем пункт 7 только с установленным ШИМом равным около 400 единиц и записываем полученные результаты в «Замер верх».

10. Ну и непосредственно приступаем к подбору параметров в окошке ниже. Чтобы было более наглядно можно поставить галочку в «График температур» и на экране будет отображены наклонные характеристики станции, мультиметра и «нужной» температуры.

11.  Поставив курсор в поле «Разница температур» или «К* наклонной» — нажатием кнопок перемещения курсора на клавиатуре «вверх» и «вниз» изменяем наклонную таким образом, чтобы она находилась в пределах реальной температуры измеренной с помощью мультиметра. При этом нужно следить за тем, чтобы величина поправок не превышала +/-99!

*** Мною было замечено, что некоторые термопары имеют почему-то отрицательную наклонную, т.е. с разница температур вначале гораздо больше, чем разница в конце. Так что это не ошибка.

Добившись одинаковых показаний, записываем вычисленные значения в поле «Коэффициенты поправок» и нажимаем «Запись».

Для «ОТКЛЮЧЕНИЯ» принудительного ШИМа нужно записать в него «0» или выключить и снова включить станцию. ВНИМАНИЕ! Установленный принудительный ШИМ действует на всё одновременно (паяльник, фен и преднагреватель), поэтому настройку всего и одновременно делать не нужно!

ВСЁ ! Настройка паяльника (фена) на этом закончена.

После того, как все поправки и коэффициенты будут вычислены и проверены, желательно из записать на бумажечку и кинуть в станцию, чтобы потом после обновления прошивки или других действий, Вам не пришлось проделывать вышеописанное заново. Так сказать сохранить в «БЗУ» — бумаго-запоминающее устройство 

Дополнение от 22.10.2011г.

    В станцию была добавлена возможность ручной калибровки температуры без использования компьютера. Т.е. программа «DSS2_setup.exe», а также «MAX232» уже в принципе не нужны, разве что если кому-то захочется поиграть станцией управляя ей с компьютера. Я вообще преследовал другую цель – сделать что-то типа «мониторинга» температуры, величины ШИМ и др. параметров на компьютере для того чтобы сделать график и по нему ориентироваться.

    Также был решен вопрос о выборе алгоритма вычисления добавочных коэффициентов для корректировки наклонной характеристики станции относительно реальной температуры.

    Формула расчета проста и представляет собой следующее:

    «Н» = ((Т3-(Т1-Т2))-Т4) / (Т4-Т2)

    «П» = (Т1-Т2)-(Т2 * «Н»), где

    «Т1» – реальная температура нижнего замера (эталон) – «на рисунке=160»

    «Т2» – температура нижнего замера по станции – «на рисунке=113»

    «Т3» – реальная температура верхнего замера (эталон) – «на рисунке=361»

    «Т4» – температура верхнего замера по станции – «на рисунке=243»

    «Н» – угол наклона – «для рисунка = 54»

    «П» – поправка к ошибке расчетов  – «для рисунка = –15»

    «Т.расч.» — Расчетная (реальная) температура

    «Темп.» – искомая температура

    отсюда «обратная» формула представляет собой автокорреляционную функцию и равна: «Т.расч.» = «Темп.» + («Темп.» * «Н») + «П».

    Настройка со станции:

    

    Для режима программирования кнопки управления имеют следующие функции

    Вход в режим программирования — одновременное длинное нажатие на «-10» и «-5» при всех выключенных нагрузках (на экране все прочерки).

    Меню настроек состоит из 8 пунктов, которые меняются по кругу (кнопки К2, К3) на левом индикаторе в формате «[F|P|S|E]-[H|L]», где

F – фен

P – преднагреватель

S – паяльник

E — второй паяльник

H — верхий замер

L — нижний замер

например: «F-H» – замер фена верхней температуры, «S-L» – замер паяльника нижней или комнатной температуры, «E-H» – замер второго паяльника верхней температуры, и т.д.

На втором (среднем) индикаторе отображается:

Значение сохраненной температуры (из таблицы температур) о чем свидетельствует точка в конце, или текущая температура без точки (в действительности значение АЦП деленное на 2) со станции в зависимости от состояния «[F|P|S|E]». Переключение режимов осуществляется кнопкой «Изменить» (К1).

Кнопки «+/-» (К4, К7) соответственно изменяют сохраненную температуру или заданную температуру. В последнем случае при нажатии на них индикатор мигает и показывает заданную температуру, после чего отображает текущую.

Кнопкой «Питание» (К6) осуществляется вкл/выкл нагрузки (в зависимости от состояния «[F|P|S|E]»).

На третьем (правом) индикаторе отображается «Значение сохраненной температуры с точкой» или реальная температура, которая вводится вручную кнопками «+5/-5» (К11, К12).

Изменения проводимые в отдельном меню должны запоминаться кнопкой «Сохранить» (К9) в таблицу замеров температур. Если кнопку не нажать, то значения не сохранятся и их можно будет вернуть в случае неверного ввода.

Если все замеры сохранены — нажимаем «Питание» (К6) для отключения нагрузки.

Расчет коэффициентов и поправок из таблицы замеров температур производятся ТОЛЬКО для выбранного режима кнопкой «Пересчитать и выйти» (К5) в зависимости от состояния «[F|P|S|E]», после чего станция выходит из режима программирования. Для остальных режимов вычисления не производятся.

    Пример настройки фена:

1. Включаем станцию, индикаторы показывают прочерки.

2. Одновременно нажимаем и удерживаем несколько секунд кнопки К2 и К11 — вход в режим программирования.

3. Выбираем что будем корректировать (кнопки К2, К3) соответственно на левом индикаторе выбираем «F-L» т.к. нам нужно калибровать нижнее значение фена.

4.  Нажимаем кнопку «Изменить» (К1), (точки пропадают).

5. В правом индикаторе кнопками (К11, К12) устанавливаем температуру фена или комнатную температуру (если фен холодный).

6.  Запоминаем кнопкой «Сохранить» (К9).

7.  Далее кнопками (К2, К3) выбираем на левом индикаторе «F-H» — это верхний замер.

8.  Нажимаем кнопку «Изменить» (К1), (точки пропадают).

9.  Кнопками (К4, К7) устанавливаем заданную температуру около 230 градусов (примерно, все равно в этом режиме показания температуры никогда не будут правильными).

10.  Включаем нагрузку кнопкой (К6) и ждем когда показания на среднем индикаторе более-менее успокоятся, одновременно термопарой мультиметра смотрим температуру фена и если она перестала расти, значит фен прогрелся. Температура по мультиметру может отличаться на Очень много!.

11.  В правом индикаторе кнопками (К11, К12) устанавливаем РЕАЛЬНУЮ температуру по мультиметру. Для ускорения ввода температуры можно нажать на кнопку (К10) и записать в правый индикатор показания равные среднему индикатору.

12.  Запоминаем кнопкой «Сохранить» (К9).

13.  Теперь кнопкой (К5) считаем поправки и выходим в рабочий режим станции.

Можно включать фен и пользоваться!

Для других устройств эти манипуляции проделываем аналогично.

Калибровка

Тест температур

    Прошивка станции полностью работоспособна, однако некоторые мелкие доработки всё же не исключены ;-). Последние версии прошивок буду выкладывать здесь так как статью я редактировать не могу, а если выкладывать на форум, то потом можно запутаться на какой странице какая прошивка.

Файлы:
Печатка, прошивка и остальное

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

РадиоКот :: Паяльная станция с энкодером.

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Паяльная станция с энкодером.

На создание этого проекта подтолкнули проекты двух паяльных станций с LCD и семисегментными индикаторами (огромное спасибо их создателям), желание получить паяльную станцию и опробовать свои силы в программировании микроконтроллеров.
Итак, основные отличия от вышеупомянутых станций — управление станции энкодером с встроенной кнопкой, простенькое меню станции, позволяющее контролировать ряд параметров и возможность автоматической калибровки станции под конкретный паяльник.
Схематически станция очень похожа на варианты Михи и Павла:

Пояснения к схеме: специально упущены моменты питания. Каждый решает сам, каким образом оно будет организовано. То ли это будет один источник 24В с понижение до 5В для питания цифровой схемы или это будут две обмотки трансформатора : К примеру, у меня для питания нагревателя используется блок питания от ноутбука 19В 3,42А, который у меня был «лишним». В идеале — это 24В и ток не менее 2А. В предлагаемой плате уже стоит стабилизатор на 5В и сглаживающий конденсатор, но стабилизатор рассчитан на использование без радиатора. Хотите на радиатор — вынесите стабилизатор за плату.
Отсутствие кварцевого резонатора обусловлено тем, что частоты и стабильности внутреннего генератора вполне достаточно для нормальной работы станции.
По поводу LCD — использовать можно любой индикатор 16 символов на 2 строки с контроллером HD44780 либо аналогичным. Главное соблюсти следующие условия:

На моей плате на 10 контактный разъем LCD дополнительно выведено напряжение подсветки через ограничительный резистор (пин 4) и напряжение конраста (пин 8).
Подсветку можно делать, можно не делать. По даташиту смотрим куда подключать. Ну и тогда прибавляем ток подсветки к требованиям к БП для питания цифровой части схемы.
Используется АТМега 16 только из-за размера флеша в 16Кб ну и просто была под рукой. По идее, та прошивка, которая есть на данный момент, влезет и в Мегу 8, но использует 98% её памяти.
Усилитель термопары выбран LM358N из соображений дешевизны и достаточности для данного проекта. Как возможность дальнейшего апгрейда остаётся второй усилитель микросхемы.
Транзистор для ШИМа тоже используется любой подходящий. Греться он практически не должен, потому как работает в ключевом режиме. Я использовал IRFZ44N, который подсмотрел в станции от Михи, так что спасибо ему за наводку. Чем меньше сопротивление открытого канала — тем лучше. У IRFZ44N оно равно 0,022 Ом.
Энкодер я взял тот, который нашёл в радиомагазине. Подойдёт абсолютно любой механический (для оптического нужно будет подать на него питание и убрать подтягивающие резисторы с выходов). Можно даже и в этом варианте убрать подтягивающие резисторы, включив внутренние Меги, но я не особо хочу ими рисковать :. Ножки у моего энкодера были не промаркированы, так что где что определял методом научного тыка. Если не найдёте с кнопкой — не расстраивайтесь. Придется тогда просто вынести отдельно кнопку, что будет, правда, не настолько удобно, но всё же как вариант.
Пищалка использовалась без генератора. Если поставите с генератором — будет каша. В таком случае маякните мне и я внесу необходимые изменения в прошивку.
Немного про усилитель термопары. Постоянный резистор обратной связи я сначала поставил 120 кОм как в одном из вариантов паяльных станций, но толи из-за того, что усилитель с индексом N, а не просто 358, толи из-за паяльника, но такого сопротивления оказалось мало. Пришлось ставить два на общее сопротивление 164 кОм. После настройки одно пришлось убрать (закоротить) и оставить одно на 82 кОма. Этого оказалось достаточно.
Резистор R6 можно не ставить. Практика показывает — если сгорит транзистор ШИМа и будет пробой — скорее всего накроется и порт МК или весь МК.
Паяльник использовался как и в предыдущих станциях для Solomon»а с такой же распиновкой (картинка стыбрена, разумеется):

Схема сначала у меня работала на макетке, той, которая без пайки. Нормально. Температура не скачет.
Пара очень важных моментов:
1. Контакт S (крайний правый) полевика должен быть подключен непосредственно к земле питания нагревателя, а не к земле в другом месте. Несоблюдение этого условия в первоначальном варианте моей платы привело к тому, что при включении нагрева шли очень сильные помехи на вход усилителя термопары, которые сажал на землю конденсатор С1 вместе с полезным сигналом и температура становилась равна нулю.
2. В первоначальном варианте платы не было С3 и когда включался или поддерживался нагрев — температура делала скачёк и практически не могла установится на одном уровне. Разместить его нужно как можно ближе к микросхеме усилителя между ножками 3 и 4 (в плате он уже есть).
3. В процессе настройки температуры (настраивал по термопаре мультиметра прикрепленной к самому кончику жала) выяснилось, что термопара паяльника (или мультиметра?) довольно нелинейна и если её настроить на 280 градусах, то комнатную температуру она будет занижать уже на 10-12 градусов. Я так и оставил. Главное чтобы было правильно в рабочем диапазоне. Со временем можно будет попробовать программно внести коэффициент. Ещё одно — от момента установки температуры по термопаре паяльника до установки её на жале проходит секунд 15. Не стоит об этом забывать.

Теперь о работе станции. Сразу после включения станция проверяет работоспособность ЕЕПРОМа, а точнее таблицы с калибровочными данными. Если они неверны (а так и есть при первом включении), станция попросит перезапустить её с нажатой кнопкой, после чего запустится процедура калибровки. Процедура эта довольно длительная из-за желания минимизировать влияние тепловой инерции паяльника. В ходе калибрования паяльник будет разогрет от 40 до 420 градусов. В это время будет отображаться устанавливаемая температура и текущая температура. После окончания калибровки станция перейдёт в рабочий режим. На данный момент процедура калибровки довольно примитивна, но у меня уже есть идеи для более правильной калибровки, которую я постараюсь реализовать в следующих прошивках.
Если всё ОК, то сразу после включения станция сделает «мягкий» разогрев, чтобы уменьшить нагрузку на блок питания, потому как холодный нагревательный элемент имеет существенно меньшее сопротивление, нежели в рабочем состоянии.
В основном режиме станция показывает выбранную и текущую температуры.
Вход в меню реализован через нажатие кнопки в рабочем режиме. Первые три пункта — выбор пресетов температур. То есть, нажали кнопку, вошли в меню на первый пресет, для его выбора — снова нажали кнопку. Если нужно — покрутили энкодер, выбрали второй или третий пресет, нажали кнопку, получили нужный выбор температуры.
Четвёртый пункт меню — вход в подменю настройки пресетов. Тут тоже всё просто. Выбрали пресет, нажали кнопку (возле значения высветились знаки «»), выставили температуру пресета, нажали кнопку — настройка запомнилась в ЕЕПРОМе. Дальше выбрали выход в основное меню.
Пятый пункт — запуск калибровки. Нажатие на кнопку — запуск процедуры. В принципе можно убрать этот пункт, т.к. калибровку можно запустить включив станцию и удерживая кнопку.
Шестой пункт — настройка таймера спящего режима. Перед переходом в спящий режим станция три раза коротко пикнет, после чего один раз длительно пикнет (примерно 1 секунду) и выдаст на экран сообщение о том, что она заснула. Выход — нажатие кнопки. В спящем режиме жало немного подогревается.
Седьмой пункт — возвращение в рабочий режим.
Во время навигации в меню паяльник переходит в режим очень слабого нагрева из соображений безопасности.
Прошиваем либо на программаторе, либо выводим разъем на плате. Я вывел на плате. После прошивки отключаем программатор и только после этого включаем станцию, иначе будут глюки.
Теперь по поводу фьюзов. Опишу только что нужно, а уже кто в каком программаторе шьёт — так и будете выставлять. Итак, выставляем работу от внутреннего генератора 8 МГц. По умолчанию Мега установлена на 1МГц, от чего работать она не перестанет, но будет «вяло» отзываться на энкодер и изменения температуры, ну и таймер будет некорректно работать. Дальше, отключите JTAG — его пины используются. Выставляем BODEN и BODLEVEL, так, чтобы при напряжении ниже 2,7В (можно 4В) МК правильно выключался (нужно для корректной работы, потому как в устройстве используется ЕЕПРОМ).
Вот собственно и всё. Надеюсь, устройство понравится.

Файлы:
Печатная плата в формате SL 5.0.
Прошивка МК.

Вопросы, как обычно, складываем тут.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Мини паяльная станция на жалах T12.

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Мини паяльная станция на жалах T12.

 

На просторах интернета вариантов паяльных станций на жалах Е12 очень много. Как от готовых вариантов «HAKKO», так и китайских клонов и самоделок на платах ARDUINO. И почти везде восторженные отзывы. Решил попробовать изготовить свой вариант, а за одно, освоить среду программрования «ARDUINO IDE». Паяльную станцию назвал «мини» потому, что она размещается в корпусе сетевого адаптера питания. 

1. Блок питания.

Блок питания выполнен по распространенной схеме на ШИМ контроллере UC3845. Нагревательный элемент потребляет  ток 3 ампера при напряжении 24 вольта. Исходя из этого выполнен подбор и расчет импульсного трансформатора. Импульсный трансформатор намотан на ферритовом сердечнике PQ2016.  Блок питания имеет два выходных напряжения +5 вольт для питания цифровой части схемы  и +24 вольта для питания нагревательного элемента. Блок питания стабилизирован по линии питания +5 вольт. На алиэкспресс много готовых миниатюрных блоков питания достаточной мощности. С одним из таких паяльная станция работала некоторое время. Не устраивал сильный нагрев компонентов. Скорее всего из за того, что не оптимизирована частота работы ШИМ и импульсного трансформатора. В самостоятельно изготовленном блоке питания нагрев элементов в разы меньше.

Схема блока питания представлена на Рис.1.

 

 

Вариант печатной платы блока питания представлена на Рис.2.

 

Расчет импульсного трансформатора выполнен в программе Flyback.

 

 

Собранная без ошибок схема в настройке не нуждается. Первый пуск через лампу накаливания. 

2. Цифровая часть.

Цифровая часть достаточно простая и не содержит дорогих и труднодоступных деталей:

— микроконтроллер Atmega328;

— китайский дисплей Nokia5110;

— тактовые кнопки;

— опрационный усилитель LM358;

— оптопара PC817;

— полевой P-канальный транзистор FQD11P06.  

Схема цифровой представлена на Рис.3

 

 

3. Описание работы и настройка.

Управление реализовано шестью кнопками: «ONOFF(SET)», «+», «-«, «M1», «M2», «M3» . После включении в сеть, при длительном удержании кнопки «ONOFF(SET)» переходим в меню основных настроек, где можно установить контрастность дисплея, настроить таймер сна, установить величину корректировки температуры, сохранить уставки в ЕЕПРОМ. Вход в меню возможен не позднее 15 секунд после включения питания. После включения в сеть, нагреватель выключен, в середине дисплея отображается текущая температура нагревателя,в правом верхнем углу дисплея отображается надпись «OFF». При нажатии кнопки «ONOFF(SET)»в правом верхнем углу дисплея отображается надпись «ON», начинается нагрев. На дисплее так же отобраается процент заполнения ШИМ и температура уставки. Для того чтобы изменить уставку температуры необходимо нажать кнопку  «+»или «-«. При длительном удержании кнопок «+»или «-» уставка меняется в ускоренном режиме.   Для того чтобы значение уставки сохранилось в ЕЕПРОМ необходимо  нажать и удерживать кнопку «ONOFF(SET)». При следующем включении сохраненное значение считается из ЕЕПРОМ. Если температура нагревателя превысит значение 420 градусов или станет менее 5 градусов, нагрев отключится и на индикаторе отобразится «(!)» . Так же в программе микроконтроллера есть таймер сна, то есть, если в течении времени, установленном в настройках, после включения в сеть  не нажимались кнопки, нагрев отключится. Чтобы вывести паяльник из режима «сон» необходимо нажать  кнопку «ONOFF(SET)». До температуры 260 градусов паяльник нагревается за несколько секунд (20-25). Кнопками «M1», «M2», «M3» можно выбрать сохраненные в ЕЕПРОМ уставки температуры. При длительном удержании любой из кнопок «M1», «M2», «M3» уставка температуры сохраняется в ЕЕПРОМ.

Прошивка скомпилирована в среде «ARDUINO IDE»  1.8.4. Так как использован микроконтроллер Atmega328 с настройкой на внутренний генератор 8 MГц (без внешнего кварца), применена библиотека Mini-core, которая добавляет в среду программирования варианты плат с внутренним генератором. А так же можно использовать готовые варианты плат Arduino.  После компиляции готовый HEX файл находится во временной папке. Его нужно скопировать в любое удобное место и прошить микроконтроллер любым  имеющимся в наличии программатором. Настройка FUSE bit представлена на рисунке. С готовым вариантом платы Arduino все гораздо проще. 

 

4. Сборка.

Печатные платы блока питания и цифровой части односторонние, выполнены по  ЛУТ. Частично применены смд компоненты. Вся пайка платы цифровой части выполнена обычным паяльником. Конденсаторы С1, С2, С3, С4, С5, резисторы R1, R3, R6, R7, R9, диоды D1, D2, D4, операционный услитель U3, оптопара U4 впаяны в первую очередь, то есть они располагаются под дисплеем. Резистор R9 и перемычку на линии питания +5 вольт я заменил дросселями. Дисплей Nokia5110 мноей немного модифицирован, переклеил поляризационную пленку для инверсии изображения.   Корпус взял от старого сетевого адаптера питания. Плата цифровой части закреплена в корпус термоклеем и заэкранирована медной фольгой. Сборка и готовый вариант на фотографиях:

 

 

5. Итог.

 Паяльная станция получилась достаточно компактная и удобная. Паяльником работать одно удовольствие. Но не скажу что очень доволен жалами T12. Старый доработанный паяльник с нагревательным элементом A1321, купленным на алиэкспресс, с этой же цифровой частью и блоком питания работает не же. Скорее всего из-за большей мощности нагревательного элемента. При 24 вольтах нагреватель потребляет почти 5 ампер. Доработка паяльника уже многократно обсуждалась. От себя добавлю, «тепловой воздушный зазор» между жалом и нагревателем лучше всего компенсировать аллюминиевой фольгой. Эффект очень ощутимый. Для  паяльника с нагревательным элементом A1321 цифровая часть отличается только обвязкой операционного усилителя и выходного транзистора. И, скорее всего, необходимо немного подправить исходник.   

Исходник с комментариями, используемые библиотеки, два варианта проекта (для жал T12  и для обычного нагревателя с терморезистором) в Proteus находятся в архиве ниже. Исходник один и то же для двух вариантов.

 

Файлы:
Проект с исходниками
Схема БП2

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Самая дешевая «Паяльная станция» с феном

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Самая дешевая «Паяльная станция» с феном

 

Самая дешевая и простая доработка самой дешевой «Паяльной станции» SM-936A+ для работы с феном, с цифровой индикацией температуры.

Счастливые обладатели такой паяльной станции могут смело дорабатывать её для работы с паяльным феном, например такого. Можно использовать и любой другой, либо вообще взять другой корпус, немного поменяв конструктив.

Многие скажут что было бы правильнее не портить фирменную паяльную станцию, а сделать отдельную коробочку для фена… Но так намного удобнее! Тем более что в корпусе полно пустого места, и уже установлен трансформатор (питает по прежнему паяльник и кулер фена). Тен фена запитывается от 220В.

Схема построена на основе микроконтроллера Atmega8A

Коротко по схеме. На выходе трансформатора ~25В, выпрямляется, после MC33063 получаем +13В для питаня кулера. А после LM7805 — 5В для питания цифровой и аналоговой части. Температура измеряется спомощью встроенных термопар, сигналы с которых усиливает 2х канальный операционник LM358. Скорость вращения кулера регулируется с помощью ШИМ через полевик IRLML9301. Регулирование тенов стандартное на симисторах.

Управление станцией осуществляется одним энкодером, т.к. крутить его часто не приходится, это оказалость достаточно удобным. Настраиваются температура паяльника (Solder), фена (HotTen), скорость кулера (Air). Если в данный момент используется только паяльник, то ручкой мы настраеваем только его температуру(другие параметры не доступны). Если используем одновременно и фен, то уставки температуры задаются поочереди, после нажатия на кнопку энкодера. Всё отображается на экране, так что ничего сложного. Уставки сохраняются в память ЕЕПРОМ, даже после выключения питания.

Для безопасности используются 2 тумблера для включения фена и паяльника отдельно, разрывающих их силовые цепи (K_Solder, K_HotTen на схеме).

Еще одной особенностю данной конструкции это использование разьемов для паяльников двух типов, родного (5 конт) и от паяльной станции Aoyue936 (разём MIC335). Универсальность для использования любого паяльника. Естественно одновременно их использовать нельзя, только один. Для фена используется разьём MIC338. На схеме этих разьёмов нет, смотрите файл печатной платы.

Теперь по плате. она двухсторонняя, но сделана тоже для ленивого=) Одну сторону делаем с помощью фотоспособа, другую проще, там одни полигоны (теплоотводы).

я обклеил вторую сторону платы скотчем и аккуратно скальпелем вырезал пути полигонов. Делов 5 минут, и опять же экономим фоторезист. При попытке распечатать с файла .PCB, сразу получаем зеркальный негатив !!!

Не обошлось без перемычек, показаны синим цветом на плате в пикаде (слой BotMask)

На рисунке красным проводом ~220В, синим ~25В

Программа для контроллера написана в AVRStudio4, исходник прилагается

Все файлы в архиве.

Юра, Харьков. [email protected]  skype: Falkon_99

Вопроссы на форум

Файлы:
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Фотография
Проэкт

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

ИК паяльная станция с цифровым управлением.

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

ИК паяльная станция с цифровым управлением.

В данной статье описывается, как самостоятельно изготовить инфракрасную паяльную станцию с небольшими затратами. Устройство позволяет производить монтаж/демонтаж SMD и BGA компонентов на печатной плате. Данная паяльная станция рассчитана на работу с большими платами (например, материнские платы персональных компьютеров или ноутбуков), чего не позволяют делать дешевые «поделки» китайского производства, которые рассчитываются как правило, на работу с небольшими печатными платами и элементами.
Так уж случилось, что в настоящее время происходит массовый переход на поверхностный монтаж, и ничего с этим не поделаешь. Всё бы ничего, паяльник еще справляется, но вот только не с BGA (взгляните хотя бы на материнскую плату вашего компьютера, чип есть, а выводов нет: Вернее их не видно). Такие микросхемы паяются полным прогревом вместе с платой. Методов пайки существует не много, как правило, это горячий воздух или ИК излучение. У каждого метода есть свои достоинства и недостатки. Но в любом случае требуется прогрев платы, в чём и заключается сложность пайки таких микросхем «на коленке». Связано это с тем, что при нагреве небольшого участка платы происходи её расширение (выпучивание нагреваемого участка), что может привести к повреждению межслойных проводников и отрыву контактных площадок. Поэтому, необходим прогрев всей платы (не до температуры пайки, но где-то на 2/3 от неё). Подробнее от процессе ручной пайки BGA можно прочитать на сайтах посвященных ремонту компьютерной техники.
Данное устройство будет полезно многим радиолюбителям занимающимся ремонтом аппаратуры, компьютерной и видео техники. А так же тем, кто просто собирает разные схемы из деталей, выпаянных из старых плат.
Устройство позволяет монтировать/демонтировать и просто пропаивать BGA-компоненты, восстанавливая контакт, так же при помощи данного устройства можно легко «потрошить» любые платы «на детали», что помогает избавиться от «лишнего».
Теперь о самом устройстве и принципе его работы. Устройство состоит из самой установки и блока управления, который выполнен в отдельном корпусе. На установке имеется место крепления плат и два нагревателя. Верхний нагреватель имеет возможность изменять своё положение относительно закрепленной платы. В качестве нижнего нагревательного элемента я использую конфорку для электроплиток мощностью 2 кВт и диаметром 220 мм. А в качестве верхнего 4 трубчатые галогеновые лампы по 150 Вт каждая и длинной по 78мм. Выглядит это примерно вот так:

О конструкции корпуса смотрите отдельную инструкцию, там более-менее подробно описан процесс сборки и даны размеры заготовок. Материал преимущественно листовая сталь от старых компьютерных корпусов, в них применялась сталь толщиной порядка 1 мм, не то что в современных: В принципе для верхнего нагревателя подойдёт и 0,3-0,5 мм, а для нижнего желательно потолще, т.к. плитка штука не лёгкая. В качестве связующего звена использованы винты и гайки M3 c шайбами. Штатив выполнен из двух стальных реек снятых со старого матричного принтера (направляющие блока печатающей головки).
Блок управления выполнен на МК ATmega16, тактируемого от внутреннего RC-генератора частотой порядка 8 МГц. В качестве индикатора в схеме применён широко распространённый двух строчный ЖК-модуль с контроллером HD44780 (и совместимыми). Рассмотрим принципиальную схему:

Схема состоит из блока усилителей термопар, МК с дисплеем, клавиатурой и звуковым сигнализатором, схемы детектора нуля, силовой части и блока питания. Блок усилителей собран на ОУ DA1 и DA2, вместо LM358 допускается использовать LM2904. Далее сигналы поступают на АЦП МК.
МК имеет типовую обвязку в виде клавиатуры и дисплея. LC-цепочка L1 C11 питает внутреннюю схему АЦП МК. Резистором R35 устанавливается контрастность дисплея. На плате выведены сигналы для внутрисхемного программирования (ISP). К МК так же подключен пьезокристаллический звуковой излучатель BQ1. Небольшое примечание по поводу подключения дисплея, в зависимости от производителя в дисплеях могут быть поменяны местами контакты 1 и 2 (питание) и еще возможно понадобится установить гасящий резистор в цепи подсветки (вывод 15 дисплея).
Схема детектора нуля имеет два варианта, что бы, так сказать, облегчить повторяемость. Выбор варианта зависит от применяемого вами блока питания, если блок питания трансформаторный, то проще использовать схему выделенную пунктиром, а при использовании импульсного БП придётся собирать схему на оптопаре U1. В моём блоке управления применён трансформаторный БП.
Блок питания. Можно применить как импульсный БП с выходными напряжениями +5В и +12В, так и трансформаторный с интегральными стабилизаторами 7805 и 7812, включенных по типовой схеме. В трансформаторном БП делается доработка в виде дополнительного диода (VD6) сразу после диодного моста и перед фильтрующим конденсатором (см. схему обведённую пунктиром). Блок питания должен обеспечивать ток порядка 1А по обоим каналам.
Силовая часть состоит из двух одинаковых каналов на симисторах VS1 и VS2. Имеется два варианта управления ими, это через оптосимисторы (схема показана пунктиром) и через импульсные трансформаторы (их параметры указаны на схеме). Распиновка симисторов так же показана на схеме. Допускается применение симисторов импортного производства. Симисторы необходимо устанавливать на радиаторы т.к. выделяемая мощность составляет примерно 5-10 Вт. Неоновая лампа HL1 устанавливается вне блока управления поближе к нижнему нагревателю (в корпусе установки) и сигнализирует о включении нижнего подогрева. Для работы с оптосимисторами или трансформаторами прошивки РАЗЛИЧАЮТСЯ.
Так же к силовой части можно отнести схему управления вентилятором, на фото выше этого вентилятора не видно, он выполнен в виде отдельного «фена» и предназначен для охлаждения места пайки, это позволяет сделать пайку более качественной.
В данной схеме применяется метод «беспомехового» регулирования мощности, то есть путём «пропускания» полупериодов сетевого напряжения, количество пропускаемых полупериодов определяет мощность. Данный метод хорош тем, что он не даёт импульсных помех на электросеть, но при работе с лампами накаливания есть недостаток — это мерцание. В принципе это не критично и работе не мешает.
В программе для автоматического регулирования температуры используется алгоритм ПИД-регулятора.
Немного фотографий моего варианта блока управления:

Кстати, на фотографиях печатной платы присутствует кварцевый резонатор, и разводка несколько отличается, связано это с тем, что это первый вариант и в нём присутствует порт RS-232 для соединения с компьютером. Он требовался для отладки программы в процесс её написания. Для работы самой программы точность тактового генератора не требуется, т.к. для отсчёта времени (секунд) используется частота сетевого напряжения, чего вполне достаточно.
Глядя на схему и программу, можно подумать, что она еще на стадии разработки, что не далеко от истины, дело в том что задумывалось больше чем реально сделано, но как показала практика текущих функций хватает для многих задач и что бы понять чего бы еще такого доделать, требуется какое-то время поэксплуатировать устройство: Так же я надеюсь на Вас уважаемый читатель, что вы подскажете, каким образом можно улучшить функциональность и удобство работы с этим инструментом.
Несколько фото того что получилось:

Блок питания, оптосимисторы и выходные симисторы располагаются отдельно. Изначально на основной плате присутствовали транзисторы VT1 и VT2, теперь их нет т.к. удалось достать оптосимисторы. Решение с импульсными трансформаторами считаю не очень надёжным и красивым, т.к. есть некоторые сложности в их намотке — требуется хорошая изоляция первичной и вторичной обмоток, а кольца имеют предел по количеству намотанного на них изолятора. Но если достать оптосисмисторы не удаётся, всегда есть вариант с трансформаторами.
ВНИМАНИЕ: При монтаже выходных симисторов и их радиаторов (особенно применяя болтовые TC122, которые имеют электрический контакт с радиатором) помните, что они находятся под высоким напряжением и их требуется располагать, так что бы они ГАРАНТИРОВАНО, не могли замкнуть на корпус (если он металлический) и другие проводники схемы. Провода силовых цепей должны быть рассчитаны на ток порядка 10А.
В моём случае в корпусе блока управления установлен вентилятор, в принципе на практике нагрев симисторов не такой сильный, как мне казалось при разработке, но всё же рекомендую установить, при длительной работе возможен перегрев.
Вот фото процесса работы (верхний нагреватель выключен и сдвинут в сторону):

На фото происходит пропайка видеочипа компьютерной видеокарты (частая их неисправность заключается в повреждении пайки из-за перегрева), фольга используется для ограничения площади воздействия верхнего нагревателя.
Для соединения нагревателей с блоком управления у меня используются провода от старых утюгов, они в данном случае подходят наилучшим образом, т.к. имеют подходящее сечение проводников и термостойкую изоляцию.
В конструкции применяются термопары K-типа от недорогих мультиметров, удалось достать отдельно небольшое количество у продавцов таких мультиметров, т.к. приборы оказались бракованными. Термопары при работе располагаются в зоне пайки и должны прижиматься к плате, для нижнего нагревателя снизу, для верхнего непосредственно в зоне пайки. Прижим обеспечивается очень легко, это связано с тем, что провода термопар, как правило, гибкие и в тоже время достаточно упругие.
Теперь о процесс сборки блока управления. После монтажа всех элементов на плате (включая МК) тщательно проверяется качество монтажа. Затем можно перейти к прошивке МК, для этого лучше и безопаснее использовать лабораторный (не штатный источник питания) или питать от компьютера через программатор. Для прошивки я использую программатор PonyProg (https://www.lancos.com/prog.html). Напомню, что при работе с PonyProg сначала нужно откалибровать программу, затем прочитать (!) фьюзы, загрузить прошивку (HEX), загрузить данные для EEPROM (EEP) (для этого в окне проводника меняем тип файла), прошить (Write Device), опять открыть вкладку с фьюзами, установить их (как именно см. ниже), записать. Для удачной прошивки МК советую следовать этой последовательности.
BootLock12 = 1 (галки нет)
BootLock11 = 1 (галки нет)
BootLock02 = 1 (галки нет)
BootLock01 = 1 (галки нет)
Lock2 = 0 (галка есть)
Lock1 = 0 (галка есть)

OCDEN = 1 (галки нет)
JTAGEN = 1 (галки нет)
SPIEN = 0 (галка есть)
CKOPT = 1 (галки нет)
EESAVE = 1 (галки нет)
BOOTSZ1 = 1 (галки нет)
BOOTSZ0 = 1 (галки нет)
BOOTRST = 1 (галки нет)

BODLEVEL = 0 (галка есть)
BODEN = 0 (галка есть)
SUT1 = 0 (галка есть)
SUT0 = 0 (галка есть)
CKSEL3 = 0 (галка есть)
CKSEL2 = 1 (галки нет)
CKSEL1 = 0 (галка есть)
CKSEL0 = 0 (галка есть)

Далее, проверяем работоспособность подачей питания, на дисплее должно отобразиться приветствие (с коротким звуковым сигналом) и затем появиться сообщение об ошибке. Это нормально, так и должно быть. Далее следуйте Инструкции по настройке и эксплуатации паяльной станции (находится в приложении).
Подробно о сборке моего варианта можно прочесть в Инструкции по сборке установки, но это лишь один из многих вариантов, и далеко не самый идеальный, поэтому имеет лишь рекомендательный характер. Например, проще и быстрее для нижнего подогрева использовать готовый галогеновый прожектор, он конечно имеет более малую площадь, но за то ничего мастерить не нужно. Или наоборот использовать сверху и снизу кварцевые ИК излучатели с высокой эффективностью, но с ними уже сложнее.
Еще одно немаловажное замечание, при работе с галогеновыми лампами помните, что их нельзя включать со следами жира на колбе (от этого они могут расплавиться или взорваться), поэтому перед включением тщательно обезжириваем бензином или ацетоном. И еще при работе очень рекомендую обзавестись хорошими очками от солнца, они вам очень пригодятся! Удачи!

Файлы:
Печатная плата в формате SL 4.0.
Прошивка МК с исходником.
Инструкция по сборке (~5Мб).
Инструкция по настройке.

Вопросы, как обычно, складываем тут.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *