Паяльные станции на Arduino: делаем инфракрасные станции с индикатором своими руками на базе Arduino

Из этой статьи мы узнаем, как мастер-самодельщик изготовил термовоздушную паяльную станцию под управлением Arduino. В этом проекте алгоритм PID используется для расчета требуемой мощности и управляется драйвером Triac.По словам мастера, эта паяльная станция эффективна и надежна, и проста в сборке.

Особенности

Схемотехника микроконтроллерных устройств на базе платформы Arduino долгое время была полностью открыта. В последнее время уже невозможно остановить распространение микроэлектронных устройств на базе Arduino по системе удалённых почтовых продаж. Более того, в рамках этой платформы активно распространяются микроконтроллеры конкурентов – SM32 м ESP.

Такое богатство выбора резонно вызывает интерес домашних мастеров — как на базе готового набора собрать что-нибудь полезное в быту. Учитывая, что интерес проявляют радиомастера, неудивительно, что большинство самоделок касается технологий монтажа радиоэлектронных компонентов.

Если пытаться сделать паяльную станцию на базе Arduino, то первое, с чем сталкивается конструктор, это выбор платформы паяльника.

Внутри паяльной станции находится полноценный «мозг», умеющий управлять температурой инструмента, но ему требуется сигнал от датчика температуры.

Существует три принципиально отличающиеся технологии паяльников с датчиками:

  • с терморезистором;
  • с термопарой;
  • инфракрасная.

Первые недороги и широко распространены. Терморезистор, как правило, представляет собой всего лишь кусочек проволоки, изготовленной из особого материала. Это дёшево, но не обеспечивает должного качества измерения температуры.

Термопара, наоборот, обеспечивает крайне точное измерение. Но для этого в комплекте с термопарой нужно использовать специальный усилитель сигнала, калибрующий выходной сигнал согласно стандартам.

При возможности выбора всегда рекомендуется вариант с термопарой. Контроллеры, управляющие такими устройствами, не только технически сложнее, они точно отображают температуру жала паяльника. У них обычно есть цифровой индикатор, ориентируясь на который можно дозировать нагрев паяльника.

Паяльная станция на Ардуино – версия 3.0

IMAGE

  • Описание проекта
  • Настройки в прошивке
  • Описание папок в репозитории
  • Компоненты и материалы
  • FAQ

Назначение устройства и органы управления

Собранная своими руками станция для пайки на базе микроконтроллеров Ардуино применяется для следующих операций:

  • Пайка мелких радиодеталей – микросхем, диодов, резисторов, имеющих небольшую емкость керамических конденсаторов, тиристоров, полевых транзисторов;
  • Демонтаж вышедших из строя деталей при их замене, удаление припоя со старых печатных плат.

Для контроля и регулировки температуры, включения фена, паяльника в самостоятельно собранном устройстве применяют энкодеры – поворотные датчики с функцией замыкания цепи (при нажатии на энкодере замыкается электрическая цепь, и происходит включение паяльника или фена).

Реже для регулировки температурного режима рабочих органов такого электроинструмента применяют резисторы с переменным сопротивлением и кнопки включения и отключения отдельных компонентов.

На данный момент схема станции и скетч доработаны! Архив для скачивания обновлён! Во избежании проблем следует установить библиотеки из архива с версией 2.1   О доработках ниже…

инфракрасная паяльная станция

Конструкция претерпела несколько изменений в сравнении с изначальной задумкой. Все конструктивные решения были приняты в ходе практических испытаний. Уверен, что это ещё не окончательная итерация данного проекта.

Изначально, силовую часть планировалось реализовать в одном блоке с микроконтроллером и электроникой измерения температуры с термопар, но от данного решения пришлось отказаться, потому что уровень помех (выделены на рисунке 1 красным) от процесса включения и выключения мощной нагрузки значительно влиял на высокочувствительные усилители термопар на операционных усилителях AD8495 (фото 1, 2).

помехи при измерении Рис. 1

На рисунке 2 представлен график термопрофиля после разнесения печатных плат управления мощной нагрузкой от печатных плат микроконтроллера и операционных усилителей термопар. Как видно, «колебания» температуры практически исчезли.

Инфракрасная паяльная станция своими руками. 3 Рис. 2

Советую Вам при проектировании своей собственной инфракрасной паяльной станции сразу же предусмотреть разнесение силовых цепей нагрузки от слаботочных цепей управления. Это сэкономит уйму времени и нервов. В своей конструкции я разместил печатные платы управления мощностью верхнего и нижнего нагревателей в алюминиевый корпус нижнего нагревателя.

Блок управления благополучно занял пространство старого корпуса от компьютерного блока питания (фото 3). В качестве основы для крепления печатных плат Arduino UNO и ОУ усилителей термопар была использована распаянная печатная плата блока питания (фото 4).  

В корпусе нижнего нагревателя были реализованы выключатель питания от сети 220 Вольт и переключатель рабочих секций нагревателя (положение «1»-работают 6 ламп, положение «2» — только левые 3). Рабочая поверхность выбирается исходя из размера нагреваемого объекта (фото 5). На задней стенке корпуса нижнего нагревателя  размещены: радиатор охлаждения симистора и полевого транзистора регуляторов мощности нижнего и верхнего нагревателей (фото 7), а также разъемы питания  и управления (фото 6).

Инфракрасная паяльная станция своими руками. 8 Фото 7

Верхний нагреватель является съёмным — смонтирован на штативе от фотоувеличителя (фото 8). Местом соединения штатива и корпуса нижнего нагревателя является штатный фланец, снятый с фотоувеличителя (фото 9).

Инфракрасная паяльная станция (рис. 3) на 50% состоит из готовых модулей, которые можно приобрести на AliExpress. Исключением являются платы управления мощностью нижнего и верхнего нагревателя (фото 8). Их необходимо изготовить самостоятельно, поскольку использование твердотельных реле в данной конструкции НЕ ПРЕДУСМОТРЕНО! Для твердотельных реле не подходит использование реализованного мною ШИМ, для управления мощностью нагревателей.

Инфракрасная паяльная станция своими руками. 11 Рис. 3

Возможности моей ИК-паяльной станции на данной стадии разработки:

1. Имеется два независимых автоматических трёхшаговых термопрофиля: для свинецсодержащего припоя — AUTO Pb+, и для безсвинцового припоя — AUTO Pb- (фото 10) . Каждый шаг настраивается вручную непосредственно с блока управления станции (фото 11, 12). По окончании времени отработки термопрофиля или при достижении максимальной температуры пайки по термопрофилю, предусмотрена функция подачи звукового сигнала и автоматического отключения нагревателей (фото 13).

2. Режим ручного управления паяльной станции (MANUAL CONTROL)– мощность верхнего и нижнего нагревателей регулируется при помощи энкодера на лицевой панели блока управления. Предусмотрена функция независимого отключения нагревателей. На протяжении всего времени работы в ручном режиме, программа непрерывно опрашивает значения температур с термопар и выводит полученные значения на дисплей. Также выводятся значения мощности для верхнего и нижнего нагревателей, выраженные в процентах, и статус их работы (ON/OFF) (фото 14).

Инфракрасная паяльная станция своими руками. 16 Фото 14

3. В процессе работы в автоматическом режиме, значения с термопар непрерывно поступают в виртуальный COM-порт. Полученные результаты можно просмотреть в виде графика в любой программе, поддерживающей опрос COM-порта и умеющей строить график зависимости полученного значения от времени. Для этих целей была использована программа —  SerialPortPlotter (найдёте в архиве с файлами проекта). Полученные таким образом графические термопрофили работы паяльной очень сильно упростили настройку  коэффициентов ПИД-регулятора (см. рис. 2).

Стоит также отметить, что автоматические режимы (Pb+ и Pb-) реализованы на трёхшаговом нагреве. Каждый шаг настраивается независимо от двух других. Такое решение позволяет достаточно гибко реализовать настройку термопрофиля в целом. 

4. Реализована регулировка мощности верхнего и нижнего нагревателей при помощи датчика нуля. Данное решение, является классическим для силовых схем с переменнным током. В моей реализации передний фронт импульса строго привязан к переходу синусоиды через ноль, а его длительность изменяется при помощи 8-битного таймера Timer2 микроконтроллера Atmega328p, установленного на печатной плате ArduinoUNO. Обращаю внимание, что для других микроконтроллеров настройка будет другой! В процессе реализации своей идеи, аппаратного управления ШИМ с привязкой к переходу синусоиды через ноль, пришлось использовать настройку таймера через регистры. Поэтому, если увидите в скетче непонятные символы, не пугайтесь, это не шифровки инопланетян =)

На осциллограммах показаны сигналы с выхода датчика перехода через ноль и сформированный ШИМ (рис. 4). Из-за особенности схемотехники регуляторов мощности низкий логический уровень на входе регулятора соответствует максимальной мощности в нагрузке. А также, осциллограмма сигнала на нагревателе (рис. 5).

5. Реализована функция программной корректировки показаний температуры с термопар в пределах -25…+25 градусов Цельсия (фото 15, 16).

6. Меню блока управления адаптировано под жидкокристаллический символьный LCD 1602 на контроллере HD44780 или аналогичном. Выбор дисплея производится установкой 0 или 1 напротив #define  LCD_SELECT в скетче паяльной станции.

Инфракрасная паяльная станция своими руками. 19 MY CONFIG

Делитесь своими фотографиями получившихся конструкций в моей группе в ВК, там же задавайте вопросы. Я с радостью помогу. Успехов в разработке!

Инструменты и материалы

Понадобятся привычные инструменты для работы с пластиком и лёгким металлом:

  • мелкозубчатая ножовка, пригодная для работы по алюминию;
  • крупнозубчатый лобзик, чтобы поправить корпус будущей паяльной станции;
  • мелкие надфили всех размеров, которые только доступны;
  • ножовка по металлу.

Как и при создании любого радиоэлектронного инструмента, незаменимы комплект изолированных проводников, рулон качественной изоленты и комплект материалов для пайки.

К паянным соединениям паяльной станции требуется отнестись с особым вниманием. В отличие от аппаратов, которые конструируются мастером своими руками по собственной схеме, паяльные станции на основе Arduino собираются из готовых узлов и модулей.

При этом нет уверенности, что конструкторы модуля задумывались о потребностях конечного потребителя.

Ключевым аспектом такого метода конструирования является то, что отдельные модули соединяются быстроразъёмными соединениями. Это облегчает начальное конструирование, но значительно снижает итоговую надёжность конструкции.

Для соединения обычно применяются штепсели малых калибров. Такие соединители облегчают макетное конструирование, но совсем ненадёжны. Лучшим способом соединения модулей после первоначальной отладки является соединение медными проводниками с помощью пайки.

Настройки в коде прошивки

#define MIN_PRESET 200// Минимальная устанавливаемая температура#define MAX_PRESET 480// Максимальная устанавливаемая температура

Блок питания

Термовоздушная паяльная станция

Некоторые умельцы используют блоки питания от ПК, на 12В используют адаптеры для повышения напряжения до 24В. В этих случаях схема управления работает нормально, но бывают проблемы долгого нагревания по причине слабого тока.

Внешний вид блока питания Venom Standart
Внешний вид блока питания Venom Standart

Надежнее использовать промышленные изделия, идеально подходит 24V 60Вт Venom Standart, который обеспечивает ток для нагрузки в 2,5 А. Он имеет небольшие габариты и прочный корпус из металлической пластины, легко монтируется в общий корпус для паяльной станции с Ардуино.

Детали для паяльной станции

Паяльная станция на ардуино собирается с использованием следующих радиодеталей:

  • Плата с микроконтроллером модели arduino UNO R 3 на основе модуля ATmega328P;
  • 3 энкодера для регулировки температуры жала паяльника, горячего воздуха и оборотов моторчика фена;
  • Импульсный блок питания на 24 Вольта с выходной силой тока 3 Ампера;
  • Понижающий преобразователь силы тока LM2596S;
  • Разъемы GX16-5 и GX16-8;
  • Паяльник от паяльных станций типа 852D +, 853D, 878AD, 937D;
  • Фен с насадками для формирования струй разогретого воздуха различной толщины;
  • Небольшой жидкокристаллический черно-белый или светодиодный дисплей.

Для программирования платы необходим специальный дата-кабель.

Материалы и компоненты

  • Паяльник для паяльной станции Lukey 702 (Не брать с нагревателем Hakko!!!)

  • Arduino NANO

  • LCD1602

  • Макетные платы (магазин радиодеталей, но лучше взять тут)

  • Микросхема LM358 (магазин радиодеталей)

  • Микросхема КР142ЕН5А (магазин радиодеталей)

  • Транзистор IRF3205

  • Мелкие компоненты – резисторы/конденсаторы/дроссели (перечислять не буду, есть на схемах, магазин радиодеталей)

  • Энкодер (магазин радиодеталей, но дешевле взять модуль энкодера для Ардуино тут, например)

  • Кнопка КМД 1-1 (советская, можно попробовать найти в магазине радиодеталей или на радиорынке, но можно поставить типо такой)

  • Разъем 5.5 * 2.5 мама (магазин радиодеталей)

  • Разъем DIN-5 мама + папа (магазин радиодеталей)

  • Колпачок на потенциометр (надо искать тот, у которого отверстие крепления полукруглое, а не круглое, т. к. это на энкодер, магазин радиодеталей)

  • Радиаторы на силовой транзистор IRF3205 и на микросхему КР142ЕН5А (не обязательно, они не греются, у меня для фен-шуя))))

  • Подстроечный резистор на 10 килоом (регулировка контрастности экрана, магазин радиодеталей)

  • Неизвестное количество монтажного и силового провода (магазин радиодеталей, берите побольше, никогда не помешает)

  • Корпус – фанера 3 мм, термоклей (для крышки, чтобы можно было оторвать, если что), клей ПВА или обычный Момент (для стенок)

FAQ

Основные вопросы

В: Как скачать с этого сайта?
О: На главной странице проекта (где ты читаешь этот текст) вверху справа зелёная кнопка Clone or download, вот её жми, там будет Download ZIP

В: Скачался какой то файл .zip, куда его теперь?
О: Это архив. Можно открыть стандартными средствами Windows, но думаю у всех на компьютере установлен WinRAR, или, на крайний случай, 7-zip, архив нужно правой кнопкой и извлечь.

В: Я совсем новичок! Что мне делать с Ардуиной, где взять все программы?
О: Читай и смотри видосы, например, тут

В: Компьютер никак не реагирует на подключение Ардуины!
О: Возможно у тебя зарядный USB кабель, а нужен именно data-кабель, по которому можно данные передавать
О: Если у тебя китайская Ардуино, то для нее надо поставить драйвера, гугли “Драйвера CH340G” или сразу лезь сюда

В: Ошибка! Скетч не компилируется!
О: Проверь, правильно ли выбрана плата, порт.
О: Иногда встречается такое “Путь к скетчу не должен содержать кириллицу. Положи его в корень диска”, но сам такого не замечал, хотя все скетчи храню на флешке, весь путь к ним на кириллице.
О: Если ошибка “converting to execution character set”, или что-то похожее, то нажми кнопку “Сохранить” и перепрошей. Если опять не получается сохрани скетч в другом месте с помощью “Сохранить как…”

В: Сколько стоит?
О: Ничего не продаю, а по отдельности зависит от уровня инфляции в стране и мест покупки комплектующих)))

Прошивка для паяльной станции на arduino

Для программирования, применяемого при сборке устройства микроконтроллера, используется специальная среда разработки Arduino IDE. Совместимая со всеми операционными системами персональных компьютеров и ноутбуков она позволяет написать простую программу и при помощи установленного на плате загрузчика установить ее на микроконтроллер.

Для написания алгоритма работы процессора платы используют такие языки программирования, как C и С++.

Изготовленное самостоятельно на основе различных микроконтроллеров устройство для пайки по своей надежности, набору функций и возможностей мало чем уступает, по себестоимости и вовсе превосходит заводские дорогостоящие аналоги. Собранный своими руками такой электроинструмент позволит его создателю приобрести очень ценный опыт по сборке подобного рода устройств.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...