Привет ВСЕМ! Пополняем свою лабораторию самодельным инструментом - на этот раз это будет самодельная цифровая паяльная станция DSS. До этого у меня ничего подобного не было, поэтому и не понимал, в чем ее плюсы. Пошарив по интернету, на форуме «Радиокота» нашел схему, в которой использовался паяльник от паяльной станции Solomon или Lukey.
До этого все время паял таким паяльником, с понижающим блоком, без регулятора и естественно без встроенного термо-датчика:
Для будущей своей паяльной станции, прикупил уже современный паяльник со встроенным термо-датчиком (термопарой) BAKU907 24V 50W. В принципе подойдёт любой паяльник, какой Вам нравится, с термо-датчиком и напряжением питания 24 вольта.
И пошла потихоньку работа. Распечатал печатку для ЛУТ на глянцевой бумаге, перенёс на плату, протравил.
Сделал также рисунок для обратной стороны платы, под расположение деталей. Так легче паять, ну и выглядит красиво.
Плату делал размером 145х50 мм, под покупной пластиковый корпус, который уже был приобретён ранее. Впаял пока детали, какие были на тот момент в наличии.
R1 = 10 кОм
R2 = 1,0 МОм
R3 = 10 кОм
R4 = 1,5 кОм (подбирается)
R5 = 47 кОм потенциометр
R6 =120 кОм
R7 = 680 Ом
R8 = 390 Ом
R9 = 390 Ом
R10 = 470 Ом
R11 = 39 Ом
R12 =1 кОм
R13 = 300 Ом (подбирается)
C1 = 100нФ полиэстр
C2 = 4,7 нф керамика, полиэстр
C3 = 10 нФ полиэстр
C4 = 22 пф керамика
C5 = 22 пф керамика
C6 = 100нФ полиэстр
C7 = 100uF/25V электролитический
C8 = 100uF/16V электролитический
C9 = 100нФ полиэстр
С10 = 100нФ полиэстр
С11 = 100нФ полиэстр
С12 = 100нФ полиэстр
Т1 = симистор ВТ139-600
IC1 = ATMega8L
IC2 = отпрон МОС3060
IC3 = стабилизатор на 5 v 7805
IC4 = LM358P опер. усилитель
Cr1 = кварц 4 мГц
BUZER = сигнализатор МСМ-1206А
D1 = светодиод красный
D2 = светодиод зелёный
Br1 = мост на 1 А.
Для компактности плату сделал так, что Mega8 и LM358 будут располагаться за дисплеем (во многих своих поделках использую такой метод - удобно).
Плата, как уже говорил, имеет размер по длине 145мм, под готовый пластиковый корпус. Но это на всякий случай, т.к пока ещё не было силового трансформатора и в основном от него зависело, каким будет окончательный вариант корпуса. Или это будет корпус БП от компьютера, если трансформатор не влезет в пластиковый корпус, или если влезет, то готовый пластиковый покупной. По этому поводу заказал через интернет трансформатор ТОР 50Вт 24В 2А (они мотают на заказ).
После того, как трансформатор оказался дома, сразу стал ясен окончательный вариант корпуса для паяльной станции. По габаритам вполне должен был влезть в пластик. Примерил его в пластиковый корпус - по высоте подходит, даже есть небольшой запас.
Как уже говорил, что когда разрабатывал плату, то в первую очередь, конечно, учитывал размеры пластикового корпуса, поэтому плата в него подошла без проблем, только пришлось подрезать немного углы.
Переднюю панель для паяльной станции, как и в других своих поделках, сделал из акрила (оргстекла) 2мм. По оригинальной заглушке сделал свою. Пленку до окончания работы не снимаю, чтоб лишний раз не поцарапать.
Контроллер прошил, плату собрал. Пробные подключения готовой платы (пока без паяльника) прошли успешно.
Собираю все составные части паяльной станции в одно целое. Для паяльника поставил «Соломоновский» разъём (гнездо).
Подошло время для подключения самого паяльника и тут облом - разъём. Изначально в паяльнике был установлен такой разъём.
Пошёл в магазин за разъёмом. В магазинах у нас в городе ответной части не нашел. Поэтому в станции гнездо оставил, какое было, а на паяльнике разъём перепаял на наш советский от магнитофонов (СГ-5 вроде, или СР-5). Идеально подходит.
Теперь упаковываем всё в корпус, крепим окончательно трансформатор, переднюю панель, делаем все соединения.
Наша конструкция приобретает законченный вид. Получилась не большой, на столе займёт не много места. Ну и финальные фото.
Как работает станция, можно посмотреть это видео, которое я скинул на Ютюб.
Если будут какие нибудь вопросы по сборке, наладке - задавайте их , по возможности постараюсь ответить.
P.S.
По наладке:
1. Определить где у паяльника нагреватель, а где термопара. Померить омметром сопротивление на выводах, там где сопротивление меньше, там и будет термопара (нагреватель обычно имеет сопротивление выше термопары, у термопары сопротивление единицы Ом). У термопары соблюсти полярность при подключении.
2. Если сопротивление у измеренных выводов практически не отличается (мощный керамический нагреватель), то определить термопару и её полярность,можно следующим способом;
- нагреть паяльник, отключить его и цифровым мультиметром на самом малом диапазоне (200 милливольт) замерить напряжение на выводах паяльника. На выводах термопары будет напряжение несколько милливольт, полярность подключения будет видна на мультиметре.
3. Если на всех выводах паяльника измеренное сопротивление (попарно) больше 5-10-ти Ом (и более) на двух парных выводах (нагреватель и искомая термопара), то возможно у паяльника вместо термопары стоит терморезистор. Определить его можно с помощью омметра, для этого измеряем сопротивления на выводах, запоминаем, затем нагреваем паяльник. Снова измеряем сопротивление. Там где величина показаний изменится (от запомненного), там и будет терморезистор.
Ниже на рисунке показана распиновка разъёма "Соломоновского" паяльника
4. Подобрать значение R4.
В прикреплённом архиве находятся все необходимые файлы.
Архив для статьи
В статье рассматривается самодельный микроконтроллерный блок управления паяльной станции, в состав которой входят низковольтный паяльник и паяльный фен промышленного изготовления. Блок может применяться также, как двухканальный измеритель температуры общего назначения с термопарами в качестве её датчиков и как одноканальный регулятор температуры.
В радиолюбительской практике очень часто возникает необходимость в удобном миниатюрном паяльнике для работы с мелкими радиодеталями, имеющем низкое напряжение питания, регулируемую температуру жала и возможность его заземления. Последнее значительно снижает риск повреждения электронных компонентов разрядами статического электричества.
В литературе опубликовано много описаний конструкций паяльников и паяльных фенов (далее - просто фенов), но самостоятельное изготовление большинства из них требует специального оборудования, подходящих материалов и существенных затрат времени. Однако сегодня есть возможность приобрести за небольшую цену уже готовые удобные в работе паяльник и фен со сменными насадками.
Можно выделить два распространённых варианта конструкции паяльников, различающихся способами нагревания жала и измерения его температуры. В первом варианте нагреватель охватывает паяльный стержень (как в классических электропаяльниках). Температуру измеряют с помощью термопары, прижатой к его хвостовику, противоположному острию. В такой конструкции нагревательная спираль надёжно защищена от механических нагрузок и повреждений. Но показания датчика температуры, удалённого на значительное расстояние от фактического места пайки, имеют заметную инерционность. Требуется некоторое время, чтобы отбор тепла от острия (жала) привёл к снижению температуры хвостовика. На практике этот недостаток компенсируется некоторым запасом по температуре стержня и его большой теплоёмкостью, обеспечивающей быстрый прогрев места пайки. Система регулирования фиксирует снижение температуры лишь при продолжительной непрерывной пайке и возвращает её к заданному значению, увеличивая мощность, отдаваемую в нагреватель.
Второй вариант отличается тем, что нагреватель расположен внутри стержня, адатчиктемпературы прижаткнему уближайшей кместупайки точки нагревателя. Этим обеспечена более быстрая реакция на изменение температуры острия в процессе пайки. В таких паяльниках обычно используют хрупкий керамический нагреватель, который легко повредить при падении паяльника на твёрдую поверхность или в случае других сильных механических нагрузок, либо внутренних механических напряжений, возникающих вследствие неравномерного отбора тепла (например, при работе с нестандартным жалом).
Ещё один рабочий инструмент современной паяльной станции - фен. С его помощью бесконтактно нагревают нужныеучастки печатной платы до температуры плавления припоя воздушным потоком заданной силы и температуры. Фен удобен и при групповой пайке пассивных электронных компонентов. Их предварительно раскладывают на печатной плате, покрыв места пайки слоем паяльной пасты. В процессе пайки эти компоненты самоцентри-руются на контактных площадках платы благодаря силам поверхностного натяжения расплавленного припоя.
Большую популярность фен получил у ремонтников, поскольку с его помощью можно оперативно выпаивать и запаивать многовыводные микросхемы с мелким шагом выводов. Фен также очень удобен для прогревания термоусаживаемых трубок и для продувки труднодоступных участков конструкций тёплым или холодным воздухом.
Ранее паяльные фены работали от компрессора, который находился в отдельном корпусе и подавал воздух по шлангу в ручку фена, в которой устанавливались нагреватель и датчик температуры. Необходимость выносного компрессора и его высокая цена сдерживали распространение таких фенов на рабочих местах радиолюбителей. С появлением фенов со встроенными вентиляторами оказалось возможным отказаться от громоздких компрессоров.
На рис. 1 представлен фотоснимок разобранных паяльника от паяльной станции Solomon SL-10/30 с датчиком температуры, установленным согласно первому из описанных выше вариантов, и фена от паяльной станции Lukey 852D+ FAN со встроенным вентилятором. Именно для работы с ними разрабатывался предлагаемый блок управления.
В металлическом кожухе передней части фена установлены нихромовый нагреватель и датчик температуры. По конструкции нагреватель аналогичен тем, что применяются в фенах для сушки волос. Напряжение питания нагревателя - 220 В, мощность - около 250 Вт. В расширенной части ручки фена находится центробежный вентилятор с напряжением питания 24 В (потребляемый ток 120 мА). Хочу обратить внимание, что внешний диаметр металлической части сопла у этого фена 25 мм в отличие от популярных "компрессорных" с наружным диаметром сопла 22 мм. В результате для него требуются специальные насадки, а для установки других необходим переходник. Самодельную насадку с круглым выходным отверстием небольшого диаметра, показанную на рис. 2, автор изготовил из старого оксидного конденсатора К50-3 20 мкФ на 350 В и автомобильного хомута.
Учитывая, что паяльником и феном обычно не пользуются одновременно, было решено упростить разрабатываемый блок, совместив органы управления этими инструментами и используя для отображения их температуры и режима работы одни и те же индикаторы.
Основные технические характеристики
Напряжение и частота питания, В (Гц) ...............220 (50)
Напряжение питания нагревателя паяльника, В............24
Мощность нагревателя паяльника, Вт....................48
Максимальная температура
Паяльника, оС.................420
Напряжение питания нагревателя фена, В...............220
Мощность нагревателя фена, Вт.......................250
Максимальная температура
Потока воздуха, оС............480
Дискретность отображения
Температуры, оС................1
Схема блока управления паяльной станции с подключёнными к нему паяльником и феном представлена на рис. 3. Имеющаяся в фене кнопка, обозначенная на схеме SB2, не используется. Блок управления построен на базе микроконтроллера PIC16F887 (DD1), который имеет в своём составе десятиразрядный АЦП и сконфигурирован на работу от встроенного тактового генератора частотой 8 МГц. Для программирования микроконтроллера предусмотрен разъём X4. Керамические конденсаторы C14 и C15 устанавливают как можно ближе к выводам питания микроконтроллера. Для подачи звуковых сигналов предназначен излучатель звука со встроенным генератором HA1, который управляется сигналами с вывода 40 (RB7) микроконтроллера через электронный ключ на транзисторе VT3.
Температуру измеряют с помощью термопар BK1 и BK2, установленных соответственно внутри фена и паяльника. ОУ DA1.1 и DA1.2 усиливают их тер-моЭДС. Холодные спаи термопар физически находятся в ручках паяльника и фена, компенсация изменений их температуры не предусмотрена. На практике отсутствие такой компенсации не вызывает заметных неудобств, так как пайка обычно производится в помещениях с мало изменяющейся температурой.
В качестве образцового напряжения АЦП микроконтроллера использовано напряжение его питания (5 В). Это не привело к появлению заметной погрешности. Вывод входа внешнего образцового напряжения АЦП оставлен свободным и при желании может быть использован для подключения внешнего источника образцового напряжения повышенной стабильности, например, микросхемы MCP1541 (4,096 В) или MCP1525 (2,5 В). При изменении образцового напряжения потребуется соответствующая корректировка коэффициентов усиления ОУ DA1.1 и DA1.2. Эти коэффициенты заданы с помощью резисторов R4, R8 для DA1.1 и R6, R9 для DA1.2. Их следует подбирать так, чтобы при максимальной температуре напряжение на выходе ОУ не превысило значения образцового напряжения АЦП.
В случае обрывов в цепях термопар (в том числе при отключённых от разъёмов X2 и X3 в пальнике или фене) через резисторы R2 и R3 на неинвертирующие входы ОУ поступает напряжение +12 В. Цепи R5C1 и R7C2 - фильтры, подавляющие высокочастотные наводки. Резисторы R10 и R11 совместно с находящимися внутри микроконтроллера защитными диодами защищают входы АЦП от перегрузки.
Управление мощностью нагревателя паяльника организовано с помощью аппаратного модуля ШИМ микроконтроллера. Импульсы переменной скважности он формирует на выводе 17 (RC2). С помощью мощного ключа на полевом транзисторе VT1 они включают и выключают нагреватель, изменяя среднюю потребляемую им мощность. Среднее значение напряжения, подаваемого на вентилятор фена, изменяется с помощью ШИМ, реализованной программно. Импульсы с вывода 16 (RC1) микроконтроллера поступают на двигатель M1 вентилятора через ключ на полевом транзисторе VT2.
Регулировка мощности нагревателя фена выполняется за счёт периодического пропуска некоторого числа периодов сетевого напряжения. Сигнал управления формируется микроконтроллером на выводе 10 (RE2) и поступает в цепь питания нагревателя через динисторный оптрон U1, оснащённый узлом синхронизации включения с моментом перехода через ноль приложенного к его выходной цепи напряжения, и симистор VS1. Светодиод HL1 предназначен для визуального контроля работы нагревателя фена.
В блоке использован четырёхразрядный семиэлементный светодиодный индикатор HG1 - RL-F5610GDAW/D15с общими катодами элементов каждого разряда. Аноды элементов подключены к порту D микроконтроллера DD1 через токоограничительные резисторы R24- R31, которые подобраны так, что суммарный ток через все выводы порта D при отображении любого знака не превышает 90 мА. Общие катоды разрядов индикатора коммутируют ключи на транзисторах VT5-VT8 по сигналам, формируемым на выводах RC4-RC7 микроконтроллера.
Светодиоды HL4-HL11 включены в общую систему динамической индикации как элементы дополнительного пятого разряда, включаемого транзистором VT9 по сигналу на выводе RC3 микроконтроллера. Светодиод HL4 слу-жит для индикации включения фена, а HL5 - резервный, его предполагается использовать при совершенствовании блока. Светодиоды HL6-HL11 образуют дискретную шкалу, включаясь по одному и показывая установленный в данный момент уровень мощности нагревателя паяльника (или фена, если он включён) ступенями по 1/6 полной мощности. Большей мощности соответствует светодиод с меньшим позиционным номером.
В качестве U2 - преобразователя сетевого переменного напряжения 220 В в постоянное 24 В - использован готовый импульсный блок питания PS-65-24 мощностью 65 Вт. Оксидный конденсатор C5 размещён рядом с ним и уже от этого конденсатора идут отдельные провода к каждому потребителю напряжения 24 В. Для получения из него напряжения 12 В служит импульсный понижающий преобразователь постоянного напряжения в постоянное на микросхеме MC33063 (DA2), аналогичный описанным в и . Делитель напряжения R17R19 подобран так, что на выходе преобразователя поддерживается напряжение 12 В. О его наличии свидетельствует свечение светодиода HL2. Далее линейный интегральный стабилизатор DA3 доводит напряжение до 5 В, необходимых для питания микроконтроллера DD1.
Сетевое напряжение 220 В поступает на блок питания U2 при нажатии на кнопку SB1. Программа микроконтроллера после выполнения инициализации устанавливает на его выходе RE0 (выводе 8) высокий логический уровень, который открывает транзистор VT4. Конденсатор C9 обеспечивает подачу в момент открывания транзистора полного напряжения 12 В на обмотку реле и его уверенное срабатывание. По завершении зарядки конденсатора ток через обмотку снижается до ограниченного резистором R23 значения, обеспечивающего лишь удержание якоря реле в сработавшем состоянии. Светодиод HL3 показывает, что напряжение на обмотку реле подано.
Сработавшее реле K1 своими контактами K1.1 шунтирует кнопку SB1. Теперь её можно отпустить, питание блока управления останется включённым, пока микроконтроллером не будет закрыт транзистор VT4.
После включения питания на индикаторе HG1 кратковременно появляется надпись с номером версии программы и звучит звуковой сигнал. Включается режим работы с паяльником, который плавно разогревается до температуры, установленной в предыдущих сеансах работы и записанной в EEPROM микроконтроллера. Текущее значение температуры отображается на индикаторе HG1, а уровень подводимой к паяльнику мощности - с помощью светодиодов HL6-HL11.
Чтобы исключить тепловой удар, до достижения температуры 100 °C уровень мощности ограничен до 40 % максимальной, а в интервале 100...300 °C - до 80 %. Это увеличивает время выхода на рабочую температуру, но продлевает срок службы паяльника. По достижении заданной температуры она стабилизируется на этом уровне. Вращением ручки энкодера S1 температуру можно изменить.
При нажатии на кнопку SB3 включается светодиод HL4, паяльник переводится в щадящий режим (его температура снижается до 150 оС), включается вентилятор фена, а затем его нагреватель. Температура потока воздуха из фена повышается по алгоритму, аналогичному разогреву паяльника. Нужную температуру устанавливают вращением ручки энкодера S1. После однократного нажатия на эту ручку её вращением можно регулировать интенсивность воздушного потока.
Повторным нажатием на копку SB3 нагреватель фена выключают, а паяльник переводят в рабочий режим. Вентилятор фена продолжит работать, пока температура потока воздуха не снизится до 60 оС. После этого он будет выключен автоматически.
При последовательных нажатиях на кнопку энкодера на индикатор HG1 поочерёдно выводятся названия следующих параметров:
AIR - интенсивность потока воздуха фена (только когда он включён);
StA0 - коэффициент А0 для паяльника;
StA1 - коэффициент А1 для паяльника;
FtA0 - коэффициент А0 для фена;
FtA1 - коэффициент А1 для фена.
Коэффициенты A0 и A1 используются программой микроконтроллера для определения температуры жала паяльника или подаваемого феном потока воздуха по полученному в результате работы АЦП числу N, линейно зависящему от термоЭДС соответствующей термопары. Температура T (в градусах Цельсия) вычисляется по формуле
При вращении ручки энкодера значение выбранного параметра изменяется и выводится на индикатор в мигающем виде вместо его названия. Если в течение нескольких секунд ручку не вращать и не нажимать, на индикатор возвратится текущее значение температуры паяльника или потока воздуха из фена.
При нажатии на кнопку SB5 микроконтроллер сохраняет текущие значения параметров в энергонезависимой памяти, выключает нагреватели паяльника и фена. Если в этот момент фен был активен, продувка нагревателя холодным воздухом продолжается, пока температура потока на его выходе не снизится до 60 оС, после чего микроконтроллер устанавливает низкий уровень напряжения на выходе RE0. Транзистор VT4 закрывается, и реле K1 размыкает свои контакты, отключая блок управления от питающей сети.
Кнопка SB4 - резервная. Её можно использовать при совершенствовании и расширении функциональных возможностей блока.
Вместо источника питания PS-65-24 (U2) для блока управления паяльной станцией может быть применён любой другой импульсный или трансформаторный блок сетевого питания, который обеспечивает стабилизированное постоянное напряжение 24 В при токе нагрузки не менее 2 А. Если использовать в качестве U2 блок, имеющий кроме выхода напряжения +24 В ещё один напряжением +12 В с допустимой нагрузкой не менее 300 мА, понижающий преобразователь на микросхеме MC33063AP1 из устройства можно исключить. Если этот преобразователь используется, микросхема MC33063AP1 в нём может быть заменена на MC34063AP1.
Реле K1, оптрон U1 и симистор VS1 размещены на отдельной печатной плате. Это необходимо для максимального удаления низковольтных цепей от тех, что находятся под напряжением 220 В.
Применено реле WJ112-1A с обмоткой на 12 В. Вместо него подойдёт и другое с контактами, рассчитанными на коммутацию переменного напряжения не менее 250 В при токе не менее потребляемого блоком управления и нагревателем фена. Если выбрано реле с номинальным напряжением катушки 24 В, её следует питать от источника этого напряжения.
Вместо оптрона MOC3063 можно использовать любой динисторный, способный напрямую управлять симисто-ром с допустимым напряжением не ниже 600 В. Чтобы не увеличивать уровень создаваемых в сети помех, желательно и на замену выбирать оптрон с узлом контроля перехода приложенного к его выходу напряжения через ноль.
Симистор BT138X-600 в изолированном пластиковом корпусе можно заменить аналогичным по параметрам BT138-600 в обычном корпусе TO-220 с металлическим фланцем или другим, выдерживающим в выключенном состоянии напряжение не менее 600 В, а во включённом - ток не менее 6 А. Симистор работает в блоке управления без теплоотвода.
Кнопки SB1, SB3-SB5 применены типа DS-502, но они могут быть заменены другими, удобными для монтажа. Кнопка SB1 должна быть рассчитана на переменное напряжение между разомкнутыми контактами не менее 250 В и выдерживать пусковой ток импульсного блока питания U2. Следует обязательно убедиться, что в выбранном блоке имеется терморезистор, ограничивающий пусковой ток. При его отсутствии следует обязательно установить последовательно с кнопкой SB1 или в самом блоке питания терморезистор с сопротивлением в холодном состоянии 5...10 Ом (например, SCK-052 или SCK-101).
Применённый энкодер ED1212S-24C24-30F - с механическими контактами, дающими 12 импульсов на оборот, и встроенной кнопкой. Может быть использован и другой, в том числе оптический энкодер с соответствующими узлами питания и формирования выходных импульсов.
Индикатор RL-F5610GDAW/D15 может быть заменён любым другим светодиодным с общими катодами элементов каждого разряда, например KEM-5641.
Для блока управления использован корпус Z-1, имеющийся в продаже. Его лицевая панель была заменена прозрачной, вырезанной из листового поликарбоната. С обратной стороны к ней прижата прозрачная плёнка для струйной печати, на которой напечатан рисунок передней панели.
На этой панели установлены кнопки SB1, SB3-SB5 и розетки разъёмов для подключения паяльника (X2 - пятиконтактная DIN 41524 или ОНЦ-ВГ-4-5/16-Р, известная также как СГ-5) и фена (X3 - восьмиконтактная DIN 45326 или ОНЦ-ВГ-5-8/16-Р). Описание этих разъёмов можно найти в . За прозрачной панелью укреплена плата с индикатором HG1 и светодиодами. Внешний вид блока вместе с паяльником и феном показан на рис. 4.
Если блок управления паяльной станцией собран правильно и микроконтроллер запрограммирован, он начинает работать сразу, требуется лишь задать коэффициенты А0 и А1 для паяльника и фена. Для этого сразу после подачи питания с помощью энкодера устанавливают на индикаторе HG1 температуру ниже комнатной. Далее нажатиями на кнопку энкодера выбирают установку коэффициента A0 для паяльника и, изменяя его, добиваются, чтобы индикатор показал текущую температуру в помещении. Затем, перейдя к установке коэффициента A1, вращением ручки энкодера получают на индикаторе его значение 1,0.
После этого закрепляют на жале паяльника термопару или другой датчик образцового измерителя температуры. Жало с прикреплённым к нему внешним датчиком желательно изолировать от окружающей среды каким-либо плохо проводящим тепло материалом, соблюдая при этом требования пожарной безопасности. С помощью энкодера устанавливают на индикаторе HG1 какую-либо не очень высокую температуру (например, 100 оС) и дожидаются стабилизации показаний образцового термометра. Если он показывает температуру выше заданной, значение коэффициента А1 следует уменьшить, в противном случае - увеличить. Подбирая этот коэффициент, добиваются, чтобы различие между измеренной образцовым термометром и установленной температурой не превышало 5 оС.
Не следует допускать роста температуры жала выше 300...400 оС (по образцовому термометру). Если это происходит, следует проверить напряжение на выходе ОУ DA1.2 и при необходимости подобрать его коэффициент усиления так, чтобы при максимально возможной температуре паяльника выходное напряжение ОУ не превышало образцового напряжения АЦП микроконтроллера. В завершение рекомендуется задать температуру жала, при которой предполагается выполнять большинство паек, и повторно подобрать коэффициент А1.
Аналогично подбирают коэффициенты А0 и А1 для фена. При этом интенсивность потока воздуха устанавливают средней и помещают датчик температуры образцового термометра на расстоянии 1 см от сопла фена. После подборки всех коэффициентов паяльная станция готова к работе.
С описанным блоком управления можно применять любой паяльник со встроенной термопарой и низковольтным нагревательным элементом. Фен должен быть с нагревательным элементом на напряжение 220 В и тоже со встроенной термопарой. Следует убедиться и в том, что вентилятор фена рассчитан на работу от напряжения 24 В. Обратите внимание, что цвета изоляции проводов, идущих от фена к разъёму, указанные на схеме рис. 3, не стандартизованы и могут быть другими.
Иногда встречаются паяльники и фены с терморезисторами в качестве датчиков температуры. Использовать их с описанным блоком управления нельзя без внесения существенных изменений в его измерительный тракт (узлы на микросхеме DA1) и корректировки программы микроконтроллера.
Альтернативным применением рассмотренной конструкции может стать двухканальный измеритель температуры любых объектов с датчиками в виде термопар и одноканальный регулятор температуры. Если регулировка температуры не требуется, то после установки коэффициентов А0 и А1 энкодер можно удалить.
Программу микроконтроллера блока управления можно скачать
Литература
1. PS-65 series 65W Single Output Switching PowerSupply. - http://www.meanwell.com/ search/ps-65/ps-65-spec.pdf.
2. MC34063A, MC33063A, SC34063A,SC33063A, NCV33063A 1.5 A, Step-Up/Down/ Inverting Switching Regulators. - http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC3 4063A-D.PDF.
3. Бирюков С. Преобразователи напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5. - Радио, 2001, № 11, с. 38-42.
4. Разъём DIN. - http://ru.wikipedia.org/ wiki/Разъём%20DIN.
Дата публикации: 31.10.2013
Мнения читателей
- Сергей
/ 19.11.2014 - 18:58
как можно связаться с автором данной статьи!? - Сергей
/ 05.11.2014 - 18:34
какой программой открывать программу скажите пожалуйста - Владимир
/ 27.09.2014 - 17:40
Есть схема проще и дешевле,с открытым исходником (от ребят из МВТУ).
Рис. 3. Подключение переферии
Паяльная станция основана на МК PIC16F887. Не могу сказать что это оптимальный вариант, особенно учитывая тот факт что распиновка в корпусе TQFP вызывает у меня шок и желание отрезать лишнюю часть (судя по всему, голову) у разработчиков, да и пора переходить на ARM архитектуру (к примеру LPC1114 стоит в 2-а раза дешевле а может гораздо, гораздо больше...). Просто они у меня есть, вот я и решил их пристроить...
Усилитель термопары собран на широко распространенном ОУ lm358. Используются обе половины, одна для паяльника, вторая для фена, Коэффециент усиления может быть подрегулирован подстроечными резисторами VR1 и VR2.
От использования промышленных ЖКИ было решено отказаться по друм причинам: "стандартный" протокол (особенно для контроллера HD44780), вызывает теже эмоции, что и распиновка ПИКа в TQFP))), ну и цена от 180 рублей, поэтому индикатор взят от телефона Nokia 1100 (40 рублей за новый китайский). Так же подойдут дисплеи от 1110/1200, правда их не так удобно паять. Как вариант, можно сделать следующим образом:
Рис. 4. Вариант использования дисплея без коннектора
Турбина фена и паяльник включаются посредством полевых транзисторов (я питал их от одного БП на 24В). Стоит отметить, что для фена нужно где-то 36В. На 24В в максимуме дует на так сильно, но вполне достаточно для нормальной работы. Кстати турбина включается полевиком BUZ90:D - перебор, конечное, но работает). Негревательный элемент фена включается посредством тиристора. Схема вклюючения стандартная. Развязка с МК посредством оптопары.
Паяльник взят от станции Solomon (SL-10,SL-20,SL-30), так же можно поставить паяльник от станции Lukey-702 или другой с термопарой и нагревателем на 24В. Фен использован от станции Lukey-702. У него турбина встроена в ручку в отличие от Lukey-852, хотя нагревательный элемент и термопара одинаковые.
Назначение кнопок:
Сохранение настроек происходит при выключении паяльника или фена.
Фотографии устройства
В интернете очень много схем различных паяльных станций, но у всех есть свои особенности. Одни сложны для новичков, другие работают с редкими паяльниками, третьи не закончены и т.д. Мы сделали упор именно на простоту, низкую стоимость и функциональность, чтобы каждый начинающий радиолюбитель смог собрать такую паяльную станцию.
Для чего нужна паяльная станция
Обычный паяльник, который включается напрямую в сеть просто греет постоянно с одинаковой мощностью. Из-за этого он очень долго разогревается и никакой возможности регулировать температуру в нем нет. Можно диммировать эту мощность, но добиться стабильной температуры и повторяемости пайки будет очень сложно.
Паяльник, подготовленный для паяльной станции имеет встроенный датчик температуры и это позволяет при разогреве подавать на него максимальную мощность, а затем удерживать температуру по датчику. Если просто пытаться регулировать мощность пропорционально разности температур, то он будет либо очень медленно разогреваться, либо температура будет циклически плавать. В итоге программа управления обязательно должна содержать алгоритм ПИД-регулирования.
В своей паяльной станции мы, конечно, использовали специальный паяльник и уделили максимум внимания стабильности температуры.
Технические характеристики
- Питание от источника постоянного напряжения 12-24В
- Потребляемая мощность, при питании 24В: 50Вт
- Сопротивление паяльника: 12Ом
- Время выхода на рабочий режим: 1-2 минуты в зависимости от питающего напряжения
- Предельное отклонение температуры в режиме стабилизации, не более 5ти градусов
- Алгоритм регулирования: ПИД
- Отображение температуры на семисегментном индикаторе
- Тип нагревателя: нихромовый
- Тип датчика температуры: термопара
- Возможность калибровки температуры
- Установка температуры при помощи экодера
- Светодиод для отображения состояния паяльника (нагрев/работа)
Принципиальная схема
Схема предельно простая. В основе всего микроконтроллер Atmega8. Сигнал с оптопары подается на операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (для калибровки) и затем на вход АЦП микроконтроллера. Для отображения температуры использован семисегментный индикатор с общим катодом, разряды которого включены через транзисторы. При вращении ручки энкодера BQ1 задается температура, а в остальное время отображается текущая температура. При включении задается начальное значение 280 градусов. Определяя разницу между текущей и требуемой температурой, пересчитав коэффициенты ПИД-составляющих, микроконтроллер при помощи ШИМ-модуляции разогревает паяльник.
Для питания логической части схемы использован простой линейный стабилизатор DA1 на 5В.
Печатная плата
Печатная плата односторонняя с четырьмя перемычками. Файл печатной платы можно будет скачать в конце статьи.
Список компонентов
Для сборки печатной платы и корпуса потребуются следующие компоненты и материалы:
- BQ1. Энкодер EC12E24204A8
- C1. Конденсатор электролитический 35В, 10мкФ
- C2, C4-C9. Конденсаторы керамические X7R, 0.1мкФ, 10%, 50В
- C3. Конденсатор электролитический 10В, 47мкФ
- DD1. Микроконтроллер ATmega8A-PU в корпусе DIP-28
- DA1. CСтабилизатор L7805CV на 5В в корпусе TO-220
- DA2. Операционный усилитель LM358DT в корпусе DIP-8
- HG1. Семисегментный трехразрядный индикатор с общим катодом BC56-12GWA.Также на плате предусмотрено посадочное место под дешевый аналог .
- HL1. Любой индикаторный светодиод на ток 20мА с шагом выводов 2,54мм
- R2,R7. Резисторы 300 Ом, 0,125Вт — 2шт
- R6, R8-R20. Резисторы 1кОм, 0,125Вт — 13шт
- R3. Резистор 10кОм, 0,125Вт
- R5. Резистор 100кОм, 0,125Вт
- R1. Резистор 1МОм, 0,125Вт
- R4. Резистор подстроечный 3296W 100кОм
- VT1. Полевой транзистор IRF3205PBF в корпусе TO-220
- VT2-VT4. Транзисторы BC547BTA в корпусе TO-92 — 3шт
- XS1. Клемма на два контакта с шагом выводов 5,08мм
- Клемма на два контакта с шагом выводов 3,81мм
- Клемма на три контакта с шагом выводов 3,81мм
- Радиатор для стабилизатора FK301
- Колодка для корпуса DIP-28
- Колодка для корпуса DIP-8
- Выключатель питания SWR-45 B-W(13-KN1-1)
- Паяльник . О нем мы еще позже напишем
- Детали из оргстекла для корпуса (файлы для резки в конце статьи)
- Ручка энкодера. Можно купить ее, а можно напечатать на 3D-принтере. Файл для скачивания модели в конце статьи
- Винт М3х10 — 2шт
- Винт М3х14 — 4шт
- Винт М3х30 — 4шт
- Гайка М3 — 2шт
- Гайка М3 квадратная — 8шт
- Шайба М3 — 8шт
- Шайба М3 гроверная — 8шт
- Также для сборки потребуются монтажные провода, стяжки и термоусадочная трубка
Вот так выглядит комплект всех деталей:
Монтаж печатной платы
При сборке печатной платы удобно пользоваться сборочным чертежом:
Подробно процесс монтажа будет показан и прокомментирован в видео ниже. Отметим только несколько моментов. Необходимо соблюдать полярность электролитических конденсаторов,светодиода и направление установки микросхем. Микросхемы не устанавливать до тех пор, пока корпус полностью не собран и не проверено питающее напряжение. С микросхемами и транзисторами необходимо обращаться аккуратно, чтобы не повредить их статическим электричеством.
После того, как плата собрана, она должна выглядеть вот так:
Сборка корпуса и объемный монтаж
Монтажная схема блока выглядит следующим образом:
То есть осталось всего навсего подвести к плате питание и подключить разъем паяльника.
К разъему паяльника требуется припаять пять проводов. К первому и пятому красные, к остальным черные. На контакты надо сразу надеть термоусадочную трубку, а свободные концы проводов залудить.
К выключателю питания следует припаять короткий (от переключателя к плате) и длинный (от переключателя к источнику питания) красные провода.
Затем выключатель и разъем можно установить на лицевую панель. Обратите внимание, что выключатель может входить очень туго. При необходимости доработайте лицевую панель надфилем!
На следующем этапе все эти части собираются вместе. Устанавливать контроллер, операционный усилитель и прикручивать лицевую панель не нужно!
Прошивка контроллера и настройка
HEX-файл для прошивки контроллера вы сможете найти в конце статьи. Фьюз-биты должны остаться заводскими, то есть контроллер будет работать на частоте 1МГц от внутреннего генератора.
Первое включение следует производить до установки микроконтроллера и операционного усилителя на плату. Подайте постоянное напряжение питания от 12 до 24В (красный должен быть "+", черный "-") на схему и проконтролируйте, что между выводами 2 и 3 стабилизатора DA1 присутствует напряжение питания 5В (средний и правый выводы). После этого отключите питание и установите микросхемы DA1 и DD1 в панельки. При этом следите за положением ключа микросхем.
Снова включите паяльную станцию и убедитесь, что все функции работают правильно. На индикаторе отображается температура, энкодер ее изменяет, паяльник нагревается, а светодиод сигнализирует о режиме работы.
Далее необходимо откалибровать паяльную станцию.
Оптимальный вариант при калибровке – использование дополнительной термопары. Необходимо выставить требуемую температуру и проконтролировать ее на жале по эталонному прибору. Если показания различаются, то произведите подстройку многооборотным подстроечным резистором R4.
При настройке помните, что показания индикатора могут отличаться незначительно от фактической температуры. То есть, если вы установили, например, температуру "280", а показания индикатора в небольшой степени отклоняются, то по эталонному прибору вам нужно добиваться именно температуры 280°С.
Если под рукой нет контрольного измерительного прибора, то можно установить сопротивление резистора около 90кОм и потом подбирать температуру опытным путем.
После того, как паяльная станция проверена, можно аккуратно, чтобы не потрескались детали, установить лицевую панель.
Видео работы
Мы сняли краткое видео-обзор
…. и подробное видео, на котором показан процесс сборки:
Чем отличается паяльная станция от обычного паяльника, или даже паяльника с регулятором? В паяльной станции есть, говоря нашими терминами, обратная связь. При касании жалом массивной детали температура жала падает, соответственно уменьшается напряжение на выходе термопары. Это падение напряжения, усиленное ОУ, поступает на микроконтроллер, и он сразу же подает на нагреватель больше мощности, повышая температуру жала (точнее напряжение на выходе ОУ) до того уровня, который записан в память. Прочитав данную статью, собрав необходимую комплектацию, и не забыв предварительно прошить контроллер, вы в последний раз воспользуетесь своими старыми, надоевшими и не совершенными паяльниками, перейдя на более профессиональный уровень пайки схем. Итак, представляю вашему вниманию самодельную цифровую паяльную станцию. Функционально схема состоит из двух частей – блока контроля и блока индикации.
В авторском варианте стабилизатор 7805 подключен к диодному мосту, выход с которого идет на нагрев паяльника, но там минимум 24 вольта. Поэтому лучше использовать для этих целей более низковольтную обмотку трансформатора, если такова имеется, или отдельный источник питания, в качестве которого я использовал ЗУ от мобильного телефона. Если зарядное выдает стабильно 5 вольт, то можно отказаться от применения стабилизатора.
Почти все детали размещены на одной плате. и прошивки взяты с сайта radiokot. Скачать их можно в архиве. Диодный мост и электролитический конденсатор находятся вне платы. В центре диодного моста имеется отверстие, с помощью которого он закреплен на корпусе паяльной станции. Электролит припаян прямо на него.
Комплектация: ATmega8, LM358, IRFZ44, 7805, рассыпуха, трехразрядный светодиодный семисегментный индикатор А-563G-11, пять тактовых кнопок (можно и три) и пятивольтовый биппер со встроенным генератором. 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 – 78L05ABUTR
Диодные мосты использовал разные, главное чтобы тянули по току. Трансформаторы - ТС-40. Правда подключаю только одну половинку трансформатора, поэтому он греется, но работает уже пару лет. В принципе, можно использовать простой , с запасом по мощности, чтобы избежать применения кулеров. В таком случае можно будет использовать компактный, недорогой пластиковий корпус. Плюс биппера подключается к 12-му выводу микроконтроллера (или к 14-му в случае применения контроллера в ДИП корпусе). Минус подключается на землю.
Технические характеристики паяльной станции. 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 в спящем режиме, после нажатия кнопки - включается установка из первой ячейки памяти. При первом включении температуры в памяти 250, 300, 350 градусов. На индикаторе моргает установленная температура, затем бежит и потом горит температура жала с точностью до 1*С в реальном времени (после нагревания иногда забегает на 1-2*С вперед, потом стабилизируется и изредка поскакивает на +-1*С). Через 1 час после последней манипуляции с кнопками засыпает и остывает (реально может вырубиться и раньше). Если температура более 400*С, 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). После сборки паяльную станцию необходимо откалибровать. Калибруется она с помощью подстроечника R5 и термопары, которая идет в комплекте со многими мультиметрами. У меня DT-838. Сверял с промышленной термопарой. Точность показаний порадовала.
Фузы:
Теперь о паяльниках. В нашей самодельной станции можно применять паяльники от паяльных станций разных производителей. В своём варианте использую ZD-929 на 24 Вольта и 48 Ватт.
Вот распиновка его разъема:
И LUKEY, модель не знаю, но тоже на такое напряжение:
Позже выяснилось, что LUKEY значительно уступает своим качеством и мощностью. За непродолжительное время эксплуатации в нем полетела термопара. Кроме того, он слабее ZD-929. Разъем люкея такой же, как компьютерный PS/2, поэтому его сразу же отрезал и заменил на РШ2Н-1-17. Так понадежней будет.
Сопротивление нагревателя – 18 Ом, сопротивление термопары 2 Ома. У термопары необходимо соблюдать полярность. "+” термопары идет на R3, "–" на массу. Полярность термопары можно определить тестером, установив его на 200 мВ и прогревая паяльник зажигалкой. Итак, мы перешли на новейшие монтажные технологии, а что дальше? А теперь необходимо прочесть правила эксплуатации, чтобы не запороть дорогостоящих, зато долго работающих жал.
1.
Многослойные паяльные наконечники не требуют (и не допускают) никакой заточки.
2.
Неоправданно высокая температура сокращает срок службы наконечника. Используйте минимально возможную температуру.
4.
При непрерывной работе, не реже раза в неделю необходимо снимать наконечник и полностью очищать его от окислов. Припой на наконечнике должен оставаться даже в холодном состоянии.
Пару слов о "мягкой целлюлозной губке”. Ее вы должны приобрести там же, где покупали паяльник. Но не спешите тыкать в нее жалом. Перед этим ее необходимо намочить, в результате чего она разбухнет, и выжать. Теперь губка готова к эксплуатации. В крайнем случае вместо губки можно использовать Х/Б салфетку.
Вот мы и подошли к концу. Теперь самое интересное – фотографии готовых девайсов.
Самодельной станции:
Модернизированный под изогнутые жала местного радиозавода ZD-929 в подставке из двух винчестеров:
Люкей в покупной подставке. Визуально подставка похожа на аналогичную фирмы Pace (на что я и повелся при заказе), но только вместо литого металла там пластик:
Конструкцию собрал и испытал: Troll
Обсудить статью САМОДЕЛЬНАЯ ПАЯЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
