Как подключить к паяльной станции датчик температуры
| Текущее время: Ср янв 24, 2024 15:54:51 |
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Запрошенной темы не существует.
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y
Работоспособность сайта проверена в браузерах:
IE8.0, Opera 9.0, Netscape Navigator 7.0, Mozilla Firefox 5.0
Адаптирован для работы при разрешениях экрана от 1280х1024 и выше.
При меньших разрешениях возможно появление горизонтальной прокрутки.
По всем вопросам обращайтесь к Коту: kot@radiokot.ru
©2005-2024
Simple Solder MK936. Паяльная станция для тех, кто хочет сам
В этой статье мы хотим поделиться с общественностью проектом простой паяльной станции со стабилизацией температуры, которую любой сможет собрать своими руками без Arduino и изоленты!
Что такое 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 использования в составе с паяльной станцией 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.
Очевидно, что нежная полупроводниковая электроника требует минимизации тепловых ударов при пайке, да и просто качество самой пайки повышается при стабилизации температуры, поэтому рано или поздно многие радиолюбители приходят к необходимости использования паяльных станций.
Особенности нашей разработки
Мы попытались сделать упор именно на простоту в повторении и дешевизну. Наша паяльная станция работает с одним из самых дешевых паяльников, а остальные элементы есть в ассортименте многих радиомагазинов.
Также обратите внимание, что это цифровая паяльная станция с микроконтроллером! Как правило самые дешевые паяльные станции от раскрученных производителей имеют аналоговую схему.
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 термопары 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
- 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
- Радиатор для стабилизатора FK301
- Колодка для корпуса DIP-28
- Колодка для корпуса DIP-8
- Разъем для подключения паяльника
- 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
Монтаж печатной платы
Собирать плату удобнее всего по сборочному чертежу:
Ниже будет подробное видео о процессе монтажа.
Хочу обратить внимание на важные моменты. 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.
Если плата собрана правильно, то она будет выглядеть примерно так:
Сборка корпуса и навесной монтаж
Для паяльной станции мы нарисовали также файл для резки оргстекла. Его можно передать этот фирме, занимающейся лазерной резкой, и они смогут изготовить вам такой же корпус.
Коммутационная схема внутри корпуса очень не сложная:
Для начала необходимо прикрутить разъем к правой стенке корпуса, а уже затем припаивать провода от разъема к плате. При этом контакты припаиваются один к одному. То есть первый к первому, второй ко второму и т.д. Обратите внимание, что на печатной плате есть дополнительные отверстия рядом с монтажными. Через них можно пропустить провода для дополнительной фиксации.
Далее необходимо скрутить винтами левую и заднюю стенки корпуса. Помните, что оргстекло — хрупкий материал, и не перетягивайте резьбовые соединения!
На следующем этапе эти две части собираются вместе. Затем необходимо подключить провода питания. Плюс питания подключается через выключатель питания. Обратите внимание, что устанавливать лицевую панель пока не надо.
Прошивка контроллера и настройка
HEX-файл для прошивки контроллера также будут в конце статьи. Фьюз-биты должны остаться заводскими, то есть контроллер будет работать на частоте 1МГц от внутреннего генератора.
Первое включение производится до установки микроконтроллера и операционного усилителя на плату. В первую очередь необходимо проверить схему питания. Для этого на плату надо подать постоянное напряжение питания от 12 до 24В и проконтролировать, что на выходе стабилизатора DA1 присутствует напряжение питания 5В. После этого при отключенном питании с соблюдением положения ключа устанавливаются микросхемы DA1 и DD1 в панельки.
Теперь при повторном включении должны заработать следующие функции: на индикаторе будет отображаться температура, энкодер будет ее изменять, паяльник начнет нагреваться, 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 подкрутить коэффициент усиления операционника многооборотным подстроечным резистором R4.
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 и откалибрована, можно аккуратно, чтобы не потрескались детали, установить лицевую панель.
Видео сборки
Для тех, кто любит смотреть как другие работают:
Заключение
Эта простая паяльная станция, сделанная при поддержке группы Товары из Китая Радиолюбителю, сильно изменит ваше впечатление о пайке, если вы паяли до этого только обычным сетевым паяльником!
О паяльнике надо сказать еще пару слов. Это самый простой паяльник с датчиком температуры. У него обычный нихромовый нагреватель и самое дешевое жало. Жало лучше заменить, например, на такое. Подойдет любое с внешним диаметром 6,5мм, внутренним 4мм, и длиной хвостовика 25мм.
Файлы проекта
Все файлы проекта можно скачать с нашего сайта. Мы будем очень рады, если они окажутся полезны для вас.
Анонс
Сейчас мы работаем над разработкой паяльного фена и нам очень интересно ваше виденье основных характеристик такого устройства, чтобы вы захотели собрать его. Мы будем очень признательны, если вы ответите несколько вопросов нашей анкеты (в конце можно будет посмотреть ответы других пользователей).
Спасибо за уделенное внимание!
- Блог компании MakeItLab
- DIY или Сделай сам
- Электроника для начинающих
Как подключить к паяльной станции датчик температуры
Часть 2. Выбираем датчик для измерения температуры.
После того как мы определились с управлением нагревателями станции перейдём к теме измерения температуры.
В принципе можно грубо разделить датчики температуры на три типа:
- Термосопротивления.
- Бесконтактные инфракрасные датчики.
- Термопары.
Не будем рассматривать все многообразие датчиков измерения температуры по причине того , что нам придётся самим выстаивать схему их обработки. Поэтому редко встречающиеся в практике датчики рассматривать не будем.
Рассмотрим первую позицию — ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ.
Термосопротивления — это элементы, сопротивление которых практически линейно зависит от температуры окружающей среды. Наиболее часто на форумах и в обсуждениях приходиться сталкиваться с – платиновым термосопротивлением Pt100.
Плюсом термосопротивлений является практически линейная зависимость от температуры, что весьма неплохо при обработке в АЦП микроконтроллера. Точность термосопротивлений колеблется в зависимости от класса и начинается от 0.025 градуса. Безусловно подобная точность для работы в качестве датчиков для станции даже избыточна. В принципе использовать данные датчики вполне можно. Однако давайте рассмотрим структуру данного датчика
Как можно заметить плоскость датчика плоская. И для точного измерения датчик должен плотно прилегать к измеряемому месту данной плоскостью. Если этого не будет , то возникает ошибка измерения температуры. В идеале данный датчик наиболее оптимально приклеить к измеряемой поверхности. Но это не очень удобно при работе на станции. Не будем же мы приклеивать датчик к каждой ремонтируемой плате . Кроме того контакты данного датчик весьма тонкие и есть вероятность их постепенного излома. Посмотрим фото данного датчика
На фото два датчика с несколько разными контактными площадками. Безусловно можно использовать данный датчик например отдельно для нижнего нагревателя , где он может находиться в стационарном состоянии. Но мы в наших станциях не применяем данные датчики по причине использования других, но об этом ниже.
Что касается известных производителей (например ERSA, Weller, Martin, PDR) , то в моделях этих станций не видно использования термосопротивлений по крайне мере в наружных датчиках.
Бесконтактные инфракрасные датчики.
Данный тип датчиков достаточно широко используется известными производителями ик паяльных станций. Безусловным плюсом является то, что данные датчики бесконтактным методом измеряют температуру. Вместе с тем погрешность измерения будет вырастать при разных покрытиях паяемых элементов (например металлизированной блестящее покрытие). Кроме того есть риск постепенного покрытия защитного стекла датчика испарениями флюса (особенно не качественного) при пайке. На практике с работой датчика фирмы RAYTEK было такое , что покрытое испарениями стёклышко давало погрешность в 50 градусов. Вместе с тем бесконтактные датчики очень удобны и точность вполне приемлема для работы в составе станции. Нужно отметить что данные датчики имеют различные возможности вывода значения измеренной температуры , как в виде аналогового сигнала , так и в виде передачи по разным интерфейсам (например RS232 и RS485). Кроме того есть датчики с передачей эмулированного сигнала термопары К-типа. Датчики фирмы Raytek
Помимо фирмы RAYTEK инфракрасные датчики выпускают и отечественные производители , например Кельвин.
В принципе данные датчики весьма успешно могут быть использованы при создании станции и многие известные производители их используют. Единственным недостатком является дороговизна данных датчиков. Отечественные датчики варьируются от 8 000 руб. Кроме того необходимо внимательно подходить к вопросу интерфейса вывода значения датчика. Если интерфейс RS232, то нужно понимать что при подключении микроконтроллера у Вас должен быть свободный UART (или USART) выход. Конечно обычно в недорогих микроконтроллерах их 2 , но надо смотреть по их занятости в Вашем проекте. Либо же выбирать микроконтроллер с несколькими UART, например микроконтроллеры серии STM32.
Термопары
Непосредственно в конструктиве наших станций мы используем термопары К-типа. Данный тип термопар наиболее распространён и приобрести не составляет труда. Тем более и по цене данные датчики весьма бюджетны.
Может возникнуть вопрос – может из-за дешевизны они менее точны чем ранее перечисленные датчики ? График зависимости напряжения (ЭДС) термопар :
Как можно заметить график термопары К-типа имеет практически линейный вид на интересующих нас температурах (от 20 до 350 градусов). Не будем останавливаться на других типах термопар. Если кому-то это интересно , то можно обратиться к помощи интернета. Мы же более внимательно рассмотрим термопару К-типа.
Термопара К-типа – хромель-алюмель:
-
-
Хромель (Chromel®) — это сплав, состоящий на 90% из никеля и на 10% из хрома, а Алюмель (Alumel®) — это сплав, содержащий 95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния.
- Термопары типа K — одни из самых распространенных термопар общего назначения, имеющие чувствительность приблизительно 41 мВ/ °C.
- Термоэлектрод из сплава Chromel® имеет положительный потенциал относительно термоэлектрода из сплава Alumel®.
- Это недорогие термопары, их диапазон измеряемых температур составляет от -270°C до +1372°C (от -454°F до +2501°F) и характеристика относительно линейна.
- Содержание никеля делает сплав магнитным и, как и в случае других магнитных металлов, выходной сигнал термопары отклоняется, когда материал достигает своей температуры Кюри, которая составляет примерно 350°C (662°F) для термопар типа K. Температура Кюри — это температура, при которой магнитный материал претерпевает серьезное изменение своих магнитных свойств, что вызывает существенное смещение выходного сигнала.
- Такие термопары можно использовать в постоянно окислительных или нейтральных средах.
- Воздействие серы приводит к преждевременному отказу термопар.
Исторически сложилось так, что термопары типа K предлагается использовать всегда, если только нет причин для применения других типов термопар.
Поэтому у нас при выборе датчика для снятия температуры термопары К-типа не возникло вопросов. Теперь к точности:
Как видим точность в интересующем нас диапазоне составляет 2.5 градуса (вполне соизмеримо с бесконтактными инфракрасными датчиками. Обычная погрешность которых от 2.5 до 5 градусов). Что вполне приемлемо. С учётом того что размещение датчика в разных местах в районе паяемой микросхемы может давать до 10 градусов разброс. Несомненно плюсы термопары перевешивают :
- Невысокая стоимость.
- Неприхотливость в эксплуатации.
- Малое пятно контакта. Что позволяет легко добиваться плотного прилегания.
Однако есть у термопары и минусы:
- Требуется компенсация температуры холодного спая.
- Очень малые значения ЭДС (до 25 мВ).
Соответственно мы не сможем напрямую подключить термопару к микроконтроллеру. Нам потребуется решить эти две проблемы. Для решения первой необходимо измерять температуру окружающей среды до момента нагрева . В идеале измерение КХС («компенсацией холодного спая» )выполняется как можно ближе к точке измерения, потому что длинные провода термопары очень чувствительны к электрическим помехам, и сигнал в них ухудшается. Во втором случае нам потребуется усилитель . Все это дополнительное требуемое элементное оборудование усложняет использование термопары.
Решить возникающие сложности можно используя микросхему MAX6675ISA. Данная микросхема берет полностью на себя все проблемы и выдает Вам результат уже в цифре по шине SPI. Все это высвобождает ресурсы контроллера и позволяет с высокой точностью получить измерение температуры.
Как видим точность обработки сигнала 0.25 градуса Цельсия. Более чем достаточно для нас. Осуществить подключение к микроконтроллеру нескольких термопар по шине SPI не составит труда. Помимо стандартных для шины SPI – SO,SCK. Нам потребуется по одному пину на каждую подключённую термопару.
Стоимость микросхемы не высокая. Она достаточно доступна. Например в виде таких модулей.
С использованием таких микросхем мы и подключаем термопары к микроконтроллеру.
Сколько нужно датчиков для станции и где их располагать?
Рассмотрев типы датчиков давайте перейдём к рассмотрению вопроса об их количестве и размещении.
Наиболее распространённые варианты:
- Один датчик на плате, один датчик на плате в месте пайки.
- Один датчик в нижнем нагревателе, один датчик в верхнем нагревателе, один датчик на плате в месте пайки.
- Один датчик на плате, один датчик в нижнем нагревателе, один датчик в верхнем нагревателе, один датчик на плате вместе пайки.
В данном случае перечислены наиболее распространенные варианты. Конечно есть и еще варианты в которых размещение в месте пайки более чем один датчик. Необходимо однако отметить, что увеличение числа датчиков усложняет и саму систему управления. Прежде всего при работе в меню настройки контроллеров. Конечно с точки зрения информативности и вывода данных дисплей это не большая сложность. Но вот внести все варианты взаимосвязей между датчиками и нагревателями будет сложнее. И даже не столько программно, а именно по причине усложнения настроек самого контроллера. Различные реакции нагревателей на показания того или иного датчика требуют предварительного выбора в меню настройки профиля работы станции. Что приведёт к усложнению управления станцией. Да и к усложнению настройки профилей пайки. Поэтому в своей основе производители станций используют обычно от 2 до 3-х датчиков. Мы используем 2 датчика. Но плата управления позволяет подключить до 4-х датчиков. Но об этом позже.
Давайте перейдем к рассмотрению расположения датчиков и начнём с нижнего нагревателя. Нижний нагреватель в формате станции отвечает за предварительный нагрев платы , что дает возможность затем верхнему нагревателю уже локально прогрев место расположения микросхемы произвести нагрев до температуры оплавления припоя. Без предварительного нагрева платы снять/поставить качественно и аккуратно микросхему весьма проблематично. Соответственно мы должны понимать до какой температуры у нас прогрета плата в ходе предварительного нагрева. Сразу напрашивается вариант с установкой на самой плате датчика для измерения температуры платы и соответственно принятия решения контроллером о увеличении подаваемой мощности на нижний нагреватель или уменьшении (в случае использования шим регулировки) или включении или выключении нагревателей (в случае использования реле). Решение неплохое . Правда в данном случае нам желательно еще разместить датчик в нижнем нагревателе хотя бы информативно, чтобы понимать его температуру. И необходимо иметь ввиду что датчик измеряющий температуру платы должен распологаться на безопасном расстоянии от места пайки микросхемы. Иначе он попадёт в зону нагрева верхнего нагревателя и повышение значения температуры на нем может вызвать отключение нижнего нагревателя и как вариант не догрев платы в ходе пайки. Как показывает практика очень редко производители используют такую схему. В принципе это понятно потому, что этот датчик на самой плате в фазе предварительного нагрева фактически дублируется датчиком по месту пайки. И достаточно на этой фазе снимать с него показания , чтобы определить температуру прогрева платы. Правда потом, когда включиться в работу верхний нагреватель мы уже не сможем определять температуры платы. Вот в этом случае нам и нужен датчик в нижнем нагревателе. Дело в том что плата прогреется до заданной Вами температуры только при определенном значении температуры нижнего нагревателя. Соответственно чем выше температура нижнего нагревателя тем сильнее прогреется плата и соответственно наоборот. Поэтому на более важна температура нижнего нагревателя. Даже не важна ее точность, нам она важна как точка для регулирования нижнего нагревателя. Мы будем знать что при некоей температуре X нижнего нагревателя плат прогреется до заданной нами температуры Y. Имея датчик в нижнем нагревателе мы можем как отдельно регулировать установку нагрева платы. Например опытным путем установив , что при температуре X нижнего нагревателя температура плат находится в диапазоне Y+-10 градусов например. Либо же уже подключив взаимосвязь с датчиком в месте пайки мы можем остановить температуру нижнего нагревателя и удерживать ее не перегревая и не догревая плату. Ну и если мы посмотрим на производителей станций , то практически все они имеют встроенный датчик в нижнем нагревателе. Ну и мы остановимся на этом.
Давайте перейдем теперь к датчику который располагается в непосредственно в месте пайки микросхемы. Он нам нужен в любом случае. Есть правда еще вариант , когда в месте паяемой микросхемы можно разместить например 2 датчика. Как вариант один с одной стороны микросхемы, другой с другой (по причине не однородности плат и разного количества меди. И соответственно происходит небольшой разброс температур). Но все таки как показывает обычная практика в подавляющем количестве паек вполне достаточно одного датчика. Датчик этот взаимодействует непосредственно как с нижним , так и с верхним нагревателем. Правда это не относиться к недорогим китайским (в своей основе) станциям. Там работа нижнего и верхнего нагревателя разделена двумя разными контроллерами лишёнными взаимодействия между собой. Но мы с Вами не пойдем по пути китайских производителей. Если Вы собрались сами приложить руку к созданию станции, то хотя бы элементарные вещи значительно облегчающие работу на станции нужно учесть.
Есть еще вариант размещения датчика в верхнем нагревательном элементе. Наверное смысл его размещения в отсечении перегрева паяемой микросхемы. Если посмотреть по производителям известных марок, то установка в верхнем нагревателя датчика явление редкое и в свей основе связано с использованием в качестве верхнего нагревателя термо-воздушных элементов(горячий воздух) . Если же используются керамические или кварцевые нагревательные элементы, или ИК излучение (как например в PDR), то обычно датчики не размещают. Почему ? Думаю связано это все с тем что любой из нагревателей имеет определенную инертность при нагреве, какой-то медленнее (например керамика), какой-то быстрее (например кварц и ик излучение от лампы) . При инертности после поступления питания на нагревающий элемент происходит не мгновенный набор температуры , а в соответствии с мощностью элемента постепенный прогрев до выхода на максимальную температуру. С учетом того что в качестве верхних нагревательных элементов используются элементы мощностью от 200 до 500 ватт. Время выхода на максимальную температуру (обычно 450 градусов) занимает от 3 до 10 минут. Этого времени более чем достаточно чтобы произвести снятие или установку микросхемы. И производители в своей основе контролируют именно место пайки . Конечно можно сказать что если элемент нагрелся выше 250 градусов есть риск перегреть микросхему. Но нужно учитывать , что верхний нагревательный элемент не лежит на микросхеме и в любом случае имеется воздушная прослойка которая обычно забирает не меньше 50 градусов на себя (зависит от высоты размещения нагревательного элемента на микросхемой). Но пока нагревательный элемент выйдет на температуру выше 250-300 градусов ему потребуется время . За это время обычно процесс пайки уже завершается. Работа верхнего нагревателя для качественной пайки должна укладываться в границы 2-х минут с момента его включения. Помним – микросхемы бояться не только высокой температуры, но и длительного воздействия температуры района 210-230 градусов . Под длительным воздействием подразумеваем время более 3 минут. Мы в своих станциях не устанавливаем в верхний нагревательный элемент датчиков. Как выше писалось хотя плата нашего управления (рассмотрим ее чуть ниже) имеет возможность для установки 4 датчиков.
Давайте подведем итог. По моему усмотрению наиболее целесообразна установка двух датчиков температуры – один (встроенный) в нижний нагреватель, второй непосредственно устанавливаемый по месту пайки. В нашем случае мы используем термопары К-типа в обоих случаях. Для нижнего нагревателя можно использовать и термосопротивление PT100 . Там можно его стационарно закрепить (для чего он в принципе и предназначен). Ну и как вариант можно использовать бесконтактный инфракрасный датчик температуры для места пайки. Что тоже весьма неплохой вариант. Но мы сами используем именно термопары К-типа для обеих вариантов размещения. Термопары мы используем в связке с микросхемами MAX6675ISA. К каждой термопаре одна микросхема. По стоимости это соизмеримо со стоимостью PT100 . Но уже сразу имеем 12 разрядную оцифровку сигнала термопары и получаем значение в цифре.
Теперь хотелось бы рассмотреть отдельно плату, которую мы используем при сборке нашего блока управления нагрузкой .
Рассмотрим плату чуть более подробно. В правой нижней части платы у на располагаются элементы управления нагрузкой. С помощью данной платы мы можем управлять двумя нагрузками. В нашем случае нижним и верхним нагревателем. Схемы каналов были показаны предыдущей статье где мы рассматривали варианты управления нагревателями.
V1 и V2 – оптопары MOC3063 и резисторы R1 и R2 (470 Ом тип 0805) , далее идёт обвеска симисторов. И на плате выведены контакты для подключения проводов идущих от симисторов . Почему сделано так ? По причине того что симисторы наверняка потребуют систему охлаждения и гораздо удобнее их прикрепить к системе охлаждения без платы. Резисторы R2_2, R2_3, R1_3, R1_2 имеют значение по 360 Ом и рассчитаны на мощность 2 ватта. Резисторы R2_1, R1_1 – 39 Ом также рассчитаны на мощность 2 ватта и используются для RC фильтра. Конденсаторы C2_1, C1_1 – 0.01 мкФ напряжение 600 вольт. Схема соединения доступна в предыдущей статье. Сигнал с микроконтроллера поступает на сопротивления R1 и R2. На R1 (V1) приходит сигнал который управляет крайним симистором подключённым к G1 – gate, 0_1 – второй контакт (центральный), 1_1 – первый контакт (на нагрузку). На R2 (V2) приходит сигнал который управляет симистором подключённым к G2- gate, 0_3 – второй контакт(центральный), 2_2 – первый контакт (на нагрузку).
Остаётся выполнить также непосредственно подключения нагрузок – 2_1 и 1_2,1_3. 2_1 мы используем для подключения верхнего нагревателя , а контакты 1_2 и 1_3 для подключения нижнего нагревателя. Почему два контакта ? Для возможности переключения зон нижнего нагревателя. Один из контактов можно подключить к нагрузке через выключатель , который в свою очередь подключен к нагревательным элементам. Соответственно выключение приведет к тому что подключённые нагревательные элементы работать не будут. В случае нагревателей большой площади мы обычно даём возможность выключить наружные нагреватели, чтобы уменьшить площадь нагрева (при нагреве плат малого размера). Контакт 0_2 подключается непосредственно к цепи питания 220 вольт.
Теперь перейдём к части платы расположенной выше. Эта часть отвечает за подвод питания к микроконтроллеру и подключения датчиков.
PWR – здесь устанавливается разъем подключения внешнего питания контроллера от 5 до 30 вольт. Сразу за разъемом стоит стабилизатор напряжения и тока на 5 вольт LM1117-5, рядом с ним электролитические конденсаторы на 10 мкФ напряжение 50 вольт. Это типовая схема включения.
Нам нужны эти 5 вольт для питания непосредственно микроконтроллера который осуществляет уже управление.
Рядом располагаются площадки для размещения микросхем MAX6675ISA и разъемы (P1,P2.P3,P4)подключения термопар. На оборотной стороне платы под каждой микросхемой расположены площадки для конденсаторов по 0.01 мкФ.(тип корпуса 0805). Они требуются для корректной работы микросхем. Как видно с платы есть возможность подключения 4-х датчиков. В своей работе мы используем микросхемы U4 (датчик нижнего нагревателя) и U3 (датчик места пайки).
Переходим к левой стороне платы. На ней располагается 14 пиновый разъем CON1 для подключения шлейфа идущего от микроконтроллера. По данному шлейфу микроконтроллер получает питание, получает информацию от датчиков и управляет нагревателями.
Кроме того в нижней части есть два места для разъемов . Данные разъемы дополнительные. С левого можно снять 5 вольт, но нужно иметь ввиду ,что ток потребления должен быть не более 1 ампера. С правого разъёма Вы можете снять напряжение которое Вы изначально подаёте на плату (12 вольт в случае использования 12 вольтового источника питания). Это дает Вам возможность с платы запитать дополнительное оборудование . Но нужно быть внимательным и ориентироваться на мощность используемого Вами источника питания.
Разъем ADD это добавочный разъем на который выведены 4 незадействованных в обмене информацией контакта с разъёма CON1. Данные контакты выведены для возможности управления внешне подключаемыми устройствами (подсветка, двигатель и т.п.).
Давайте более подробно разберём разъем CON1 по контактам:
- GRND (земля).
- VCC (питание).
- SO (интерфейс SPI передача данных).
- SCK (интерфейс SPI синхронизация).
- CS (интерфейс SPI выбор микросхемы U4). В нашем случае датчик места пайки.
- CS (интерфейс SPI выбор микросхемы U2).
- CS (интерфейс SPI выбор микросхемы U3). В нашем случае датчик в нижнем нагревателе.
- CS (интерфейс SPI выбор микросхемы U1).
- Сигнал ШИМ для микросхемы V2 . В нашем случае для верхнего нагревателя.
- Сигнал ШИМ для микросхемы V1 . В нашем случае для нижнего нагревателя.
- Добавочный контакт ADD 1 (крайний левый разъёма ADD).
- Добавочный контакт ADD 2 (разъёма ADD).
- Добавочный контакт ADD 3 (разъёма ADD).
- Добавочный контакт ADD 4 (разъёма ADD).
Подведём небольшой итог по нашей плате.
С данной платы можно управлять двумя нагрузками (нагревателями) с помощью ШИМ регулировки. Плата имеет возможность реализации 4-х каналов для работы с датчиками. Плата имеет стабилизированный преобразователь питания на 5 вольт позволяющий запитать непосредственно подключённый к ней микроконтроллер. Внешнее питание электронной части платы можно осуществлять от источника питания от 5 до 30 вольт (оптимально 12). Кроме того на плате имеется выводы питания для внешних устройств и возможности управления с 4-х дополнительных выводов. Наши платы изготовлены из двуслойного текстолита. И к сожалению нет материалов для домашнего изготовления платы (например в формате Layout ).
Размер платы 100Х50 мм. На плате имеются отверстия для крепежа (например для установки стоек для печатных плат).
Чтобы получить более подробную информация пишите на service@noutzap.ru (как техническую так и информацию по комплектации и продаже.
Как подключить к паяльной станции датчик температуры
Цифровая паяльная станция часть 2. (настройка и калибровка)
Это продолжение проекта: «Цифровая паяльная станция».
Точнее его заключительная часть. В ней опишу основные принципы настройки и калибровки показаний температуры. Конечно же ничего сложного и заурядного тут нет, сам процесс интересный. Для кого то может показаться даже сложным, но уверяю Вас что это только кажется. Как я уже говорил, для настройки станции потребуется небольшое оборудование. А именно термометр, но не на 40-50°C, а скорее градусов эдак на 200(но можно и на 300°C). Скорее всего такого термометра у Вас дома нет. Надо делать самим… а как? Этим вопросом задается каждый начинающий радиолюбитель, и как правило все кажется сложно. Я стараюсь писать статьи как можно проще и доступнее для начинающих, (радиолюбителям с опытом думаю тоже будет интересно), так что ничего сложного не будет.
В следствие чего и решил сделать проект «Цифровой термометр». А по скольку это уже отдельный разговор, и у многих могут возникнуть трудности, я напишу об этом подробную статью. Она будет на этом сайте в коллективных блогах, раздел микроконтроллеры, статья «Цифровой термометр-часы-таймер».
Проект «Цифровой термометр-часы-таймер»: сейчас находится в доработке.
Настройка и калибровка устройства:
В основном принцип настройки и калибровки показаний паяльных станций одинаковы, думаю Вас не удивлю. Но постараюсь объяснить основные принципы.
1. Нужно отключить нагреватель паяльника, установить подстроечник на операционнике в среднее положение (Можно и не отключать нагреватель, установить подстроечник на операционнике в среднее положение при включенном паяльнике).
2. Подключаем нагреватель, включаем паяльную станцию:
Как видно на экране горит надпись «OFF». Далее нажимаем любую кнопку( я нажимаю вторую, -10°C ), тем самым переводим станцию в рабочий режим (режим нагрева). При первом включении температуры в памяти 250°C, 300°C, 350°C. Вы можете их изменять так, как Вам угодно. Шаг регулировки 10°C. Если же паяльник не подключен или достигнута максимальная температура на дисплее будет светиться надпись 511 (Err).
3. Теперь калибруем паяльную станцию в диапазоне 200-400°C.
Берем каплю припоя и окунаем в него жало паяльника, подносим щуп от термометра и смотрим за показаниями температур. Переменным резистором нужно добиться чтобы температура показаний термометра и паяльной станции стала одинаковая. После того как добились примерно одинаковых показаний выключаете паяльную станцию, пусть охлаждается. Кому не нужна особая точность устройства, на этом шаге можно закончить.
4. Повторяем процесс калибровки еще раз, добиваемся точных показаний обоих устройств (паяльной станции и термометра), устанавливаем вместо переменного, постоянный резистор.
После того как температурные показания станции откалиброваны, можно приступать к использованию «Цифровой паяльной станции». Спасибо Всем за активное обсуждение моего проекта, вопросы и комментарии.
P.S
Хочу выразить огромную благодарность за советы, помощь в создании, терпение: Андрея «ELECTRA».
Терморегулятор для паяльника HAKKO 907
Устройство предназначено для поддержания и регулирования температуры паяльника HAKKO 907. Паяльник рассчитан на напряжение 24 В и мощность 50 Вт. Датчиком температуры в нем служит терморезистор сопротивлением приблизительно 100 Ом при температуре окружающей среды в 25 С. Этот паяльник был приобретен на eBay за 7$. Прибор снабжён четырьмя семисегментными светодиодными индикаторами для отображения температуры и режима работы. Этих самых режимов может быть два. Первый это режим поддержания температуры на заданном уровне. Второй это режим поддержания постоянной мощность. На индикаторе они отображаются соответственно как t и P. Установка температуры осуществляется с помощью энкодера. Схема устройства изображена на рисунке.
Основой схемы является контроллер ATmega8. К порту B подключена матрица из 4 семи сегментных индикаторов с общим анодом. Как видно из схемы индикация динамическая, анодные ключи подключены к порту C контроллера. Выводы порта B к матрице подключаются через токоограничивающие резисторы сопротивлением 100 Ом. Анодные ключи включены по схеме эмиттерного повторителя. Обусловлено это лишь тем что на этапе макетирования аноды от матрицы подключались на прямую к выводам контроллера. При этом сопротивление катодных токоограничивающих резисторов было завышено с целью снижения нагрузки на порты микросхемы в процессе отладки схемы. Соответственно на этапе изготовления финального варианта схемы, дабы не менять прошивку пришлось использовать именно повторители а не ключи.
Силовым элементом схемы является симистор. Его управление осуществляется транзистором VT5 посредством оптоэлектронной развязки выполненной на MOC3023. Резистор R20 ограничивает ток через светодиод оптрона, а R21 через управляющий электрод симистора.
К порту D подключен енкодер. Резисторы R1 и R2 подтягивают выводы контроллера к нулю. А конденсаторы выполняют роль простейшего подавителя дребезга. Так как без них картина на входе микросхемы достаточно печальная. Хотя конденсаторы такой емкости и значительно затягивают спад импульса, но при этом стабильность работы энкодера всё-таки повышается.
На транзисторе VT6 выполнен так называемый детектор нуля. Его задача синхронизировать время открывания симистора с переходом через ноль питающей синусоиды. Диод VD1 служит для развязки сигнала управления детектором нуля и фильтром блока питания.
На питании контроллера находится делитель напряжения состоящий из резисторов R14 и R15. Напряжение с его выхода подается на аналоговый компаратор. Его задача отслеживать снижение питание ниже заданного уровня, а проще говоря выключение устройства из сети. С помощью этого узла производится запись значения установки температуры и мощности в EEPROM.
Устройство питается от трансформаторного источника питания. Одна обмотка трансформатора напряжением 9В используется для питания электронной части устройства а вторая напряжением 24 В для питания нагревательного элемента. Стабилизатор выполнен на интегральной микросхеме LM7805 или отечественном аналоге КРЕН5.
Все транзисторы в схеме это отечественные КТ3102 или зарубежный аналог BC547. По большому счету важно только то, что они обратной проводимости, на самом деле можно использовать любые транзисторы малой мощности как КТ315 и др. У меня в устройстве стоят вообще некие транзисторы без маркировки демонтированные ранее то ли из монитора то ли из касcетного магнитофона. Тиристор также можно использовать любой подходящий по мощности. Только придётся пересчитать сопротивление токоограничивающего резистора управляющего электрода. Соответственно при замене оптопары на другую тоже необходимо пересчитать сопротивление резистора ограничивающего ток через светодиод.
Особое внимание нужно обратить на номиналы резисторов R14 R15 образующих делитель. Напряжение на его выходе должно составлять 1,33 В. Так как второй выход аналогового компаратора подключен к внутреннему источнику величиной 1,26 В. Если во включённом состоянии напряжение будет ниже чем опорное то контроллер будет постоянно пытаться записать значение установок в энергонезависимую память. Если же напряжение будет значительно выше то он может попросту не успеть сохранить значения в память до окончательного разряда емкостей фильтра питания.
Пара слов о прошивке. Программа использует встроенный ацп и измеряет напряжение на ADC0. Далее идет перевод напряжения в единицы температуры. Для этого используется простое линейное уравнение со смещением нуля и наклоном характеристики термодатчика. После этого текущее значение температуры сравнивается с установкой. Если температура ниже чем заданная -10С. То нагрев идет полной мощностью. Если мы приближаемся к установленной температуре на расстояние 10 градусов то нагрев идет половинной мощностью. Ну а если измеренная температура выше заданной то тиристор не включается.
Состояние энкодера опрашивается с частотой приблизительно 1кГц. Часто энкодеры вешают на прерывание, но в моем случае дешёвый китайский прибор дает дикий дребезг контактов потому выбран алгоритм простого отслеживания изменения состояния енкодера. В прерывании от аналогового компаратора проверяется состоянии установки температуры и мощности. Если во время работы устройства они не изменялись то запись в EEPROM не производится. Это сделано для экономии ресурса памяти контролера.
Если к устройству не подключен термодатчик то оно переходит в режим поддержания мощности. По сути обычный фазовый регулятор мощности. Енкодером устанавливается угол открывания тиристора. На индикаторе отображается мощность в процентах от 0 до 100, тиристор либо полностью выключен либо полностью открыт.
Текущий режим отображается в четвертом разряде. Буква t, означает режим термостабилизации, а p соответственно регулятор мощности. Если покрутить ручку энкодера, то на индикаторе будет отображается значение установки температуры. После отпускания ручки и по истечении приблизительно 3х секунд прибор перейдет в режим отображения текущей температуры нагревателя.
Дабы не наблюдать как танцуют цифры в последнем разряде во время поддержания температуры установлен гистерезис в 5 градусов. То есть при изменении температуры на 5 градусов в плюс или минус на экране будет отображаться температура установки. Исходя из этого а также других факторов как то отсутствие кварцевой стабилизации частоты и измерение температуры мультиметром устройство не позиционируется как хоть сколько ни будь точный прибор. Его задача это приблизительно перевести изменение сопротивления датчика в результате нагрева в числовую форму. А также поддерживать температуру жала в комфортной зоне для пайки.
Во фьюзах относительно заводских настроек меняется только установка тактовой частоты равной 8МГц. Выглядят они так.
Настройка устройства заключается в получении коэффициентов для уравнения пересчета напряжения в температуру. Я использовал для этого excel. Необходимо снять характеристику терморезистора. Для этого нужно измерить температуру нагревателя и записать значения АЦП которое ей соответствует. Для измерения температуры я использовал обычный мультиметр. перед измерением нужно закомментировать строку 148 и раскомментировать строку 149. В первой строке вычисляется переменная t_frz это значение измеренной температуры. Во второй, этой переменной присваивается значение АЦП без изменения, таким образом его можно будет наблюдать на индикаторе.
Получив порядка 20 значений строим график зависимости в excel добавляем диаграмму на ней строим линию тренда. Уравнение линии тренда и есть нужная нам зависимость напряжения от температуры. Из него и берутся необходимые коэффициенты. Далее эти коэффициенты подставляются в строку 148, соответственно ее нужно снова раскомментировать и закомментировать строку 149. Подробнее о получении уравнения написано в литературе снизу.
Готовое устройство выглядит так.
Прошивка и исходник на С++ в CVAVR прилагается. Также приведен проект в Proteus и печатная плата в PCAD.
Simple Solder MK936. Паяльная станция для тех, кто хочет сам
В этой статье мы хотим поделиться с общественностью проектом простой паяльной станции со стабилизацией температуры, которую любой сможет собрать своими руками без Arduino и изоленты!
Что такое 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 использования в составе с паяльной станцией 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.
Очевидно, что нежная полупроводниковая электроника требует минимизации тепловых ударов при пайке, да и просто качество самой пайки повышается при стабилизации температуры, поэтому рано или поздно многие радиолюбители приходят к необходимости использования паяльных станций.
Особенности нашей разработки
Мы попытались сделать упор именно на простоту в повторении и дешевизну. Наша паяльная станция работает с одним из самых дешевых паяльников, а остальные элементы есть в ассортименте многих радиомагазинов.
Также обратите внимание, что это цифровая паяльная станция с микроконтроллером! Как правило самые дешевые паяльные станции от раскрученных производителей имеют аналоговую схему.
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 термопары 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
- 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
- Радиатор для стабилизатора FK301
- Колодка для корпуса DIP-28
- Колодка для корпуса DIP-8
- Выключатель питания SWR-45 B-W(13-KN1-1) . 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
Монтаж печатной платы
Собирать плату удобнее всего по сборочному чертежу:
Ниже будет подробное видео о процессе монтажа.
Хочу обратить внимание на важные моменты. 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.
Если плата собрана правильно, то она будет выглядеть примерно так:
Сборка корпуса и навесной монтаж
Для паяльной станции мы нарисовали также файл для резки оргстекла. Его можно передать этот фирме, занимающейся лазерной резкой, и они смогут изготовить вам такой же корпус.
Коммутационная схема внутри корпуса очень не сложная:
Для начала необходимо прикрутить разъем к правой стенке корпуса, а уже затем припаивать провода от разъема к плате. При этом контакты припаиваются один к одному. То есть первый к первому, второй ко второму и т.д. Обратите внимание, что на печатной плате есть дополнительные отверстия рядом с монтажными. Через них можно пропустить провода для дополнительной фиксации.
Далее необходимо скрутить винтами левую и заднюю стенки корпуса. Помните, что оргстекло — хрупкий материал, и не перетягивайте резьбовые соединения!
На следующем этапе эти две части собираются вместе. Затем необходимо подключить провода питания. Плюс питания подключается через выключатель питания. Обратите внимание, что устанавливать лицевую панель пока не надо.
Прошивка контроллера и настройка
HEX-файл для прошивки контроллера также будут в конце статьи. Фьюз-биты должны остаться заводскими, то есть контроллер будет работать на частоте 1МГц от внутреннего генератора.
Первое включение производится до установки микроконтроллера и операционного усилителя на плату. В первую очередь необходимо проверить схему питания. Для этого на плату надо подать постоянное напряжение питания от 12 до 24В и проконтролировать, что на выходе стабилизатора DA1 присутствует напряжение питания 5В. После этого при отключенном питании с соблюдением положения ключа устанавливаются микросхемы DA1 и DD1 в панельки.
Теперь при повторном включении должны заработать следующие функции: на индикаторе будет отображаться температура, энкодер будет ее изменять, паяльник начнет нагреваться, 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 подкрутить коэффициент усиления операционника многооборотным подстроечным резистором R4.
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 и откалибрована, можно аккуратно, чтобы не потрескались детали, установить лицевую панель.
Видео сборки
Для тех, кто любит смотреть как другие работают:
Заключение
Эта простая паяльная станция, сделанная при поддержке группы Товары из Китая Радиолюбителю, сильно изменит ваше впечатление о пайке, если вы паяли до этого только обычным сетевым паяльником!
О паяльнике надо сказать еще пару слов. Это самый простой паяльник с датчиком температуры. У него обычный нихромовый нагреватель и самое дешевое жало. Жало лучше заменить, например, на такое. Подойдет любое с внешним диаметром 6,5мм, внутренним 4мм, и длиной хвостовика 25мм.
Файлы проекта
Все файлы проекта можно скачать с нашего сайта. Мы будем очень рады, если они окажутся полезны для вас.
Анонс
Сейчас мы работаем над разработкой паяльного фена и нам очень интересно ваше виденье основных характеристик такого устройства, чтобы вы захотели собрать его. Мы будем очень признательны, если вы ответите несколько вопросов нашей анкеты (в конце можно будет посмотреть ответы других пользователей).
Как подключить к паяльной станции датчик температуры
Часть 2. Выбираем датчик для измерения температуры.
После того как мы определились с управлением нагревателями станции перейдём к теме измерения температуры.
В принципе можно грубо разделить датчики температуры на три типа:
- Термосопротивления.
- Бесконтактные инфракрасные датчики.
- Термопары.
Не будем рассматривать все многообразие датчиков измерения температуры по причине того , что нам придётся самим выстаивать схему их обработки. Поэтому редко встречающиеся в практике датчики рассматривать не будем.
Рассмотрим первую позицию — ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ.
Термосопротивления — это элементы, сопротивление которых практически линейно зависит от температуры окружающей среды. Наиболее часто на форумах и в обсуждениях приходиться сталкиваться с – платиновым термосопротивлением Pt100.
Плюсом термосопротивлений является практически линейная зависимость от температуры, что весьма неплохо при обработке в АЦП микроконтроллера. Точность термосопротивлений колеблется в зависимости от класса и начинается от 0.025 градуса. Безусловно подобная точность для работы в качестве датчиков для станции даже избыточна. В принципе использовать данные датчики вполне можно. Однако давайте рассмотрим структуру данного датчика
Как можно заметить плоскость датчика плоская. И для точного измерения датчик должен плотно прилегать к измеряемому месту данной плоскостью. Если этого не будет , то возникает ошибка измерения температуры. В идеале данный датчик наиболее оптимально приклеить к измеряемой поверхности. Но это не очень удобно при работе на станции. Не будем же мы приклеивать датчик к каждой ремонтируемой плате . Кроме того контакты данного датчик весьма тонкие и есть вероятность их постепенного излома. Посмотрим фото данного датчика
На фото два датчика с несколько разными контактными площадками. Безусловно можно использовать данный датчик например отдельно для нижнего нагревателя , где он может находиться в стационарном состоянии. Но мы в наших станциях не применяем данные датчики по причине использования других, но об этом ниже.
Что касается известных производителей (например ERSA, Weller, Martin, PDR) , то в моделях этих станций не видно использования термосопротивлений по крайне мере в наружных датчиках.
Бесконтактные инфракрасные датчики.
Данный тип датчиков достаточно широко используется известными производителями ик паяльных станций. Безусловным плюсом является то, что данные датчики бесконтактным методом измеряют температуру. Вместе с тем погрешность измерения будет вырастать при разных покрытиях паяемых элементов (например металлизированной блестящее покрытие). Кроме того есть риск постепенного покрытия защитного стекла датчика испарениями флюса (особенно не качественного) при пайке. На практике с работой датчика фирмы RAYTEK было такое , что покрытое испарениями стёклышко давало погрешность в 50 градусов. Вместе с тем бесконтактные датчики очень удобны и точность вполне приемлема для работы в составе станции. Нужно отметить что данные датчики имеют различные возможности вывода значения измеренной температуры , как в виде аналогового сигнала , так и в виде передачи по разным интерфейсам (например RS232 и RS485). Кроме того есть датчики с передачей эмулированного сигнала термопары К-типа. Датчики фирмы Raytek
Помимо фирмы RAYTEK инфракрасные датчики выпускают и отечественные производители , например Кельвин.
В принципе данные датчики весьма успешно могут быть использованы при создании станции и многие известные производители их используют. Единственным недостатком является дороговизна данных датчиков. Отечественные датчики варьируются от 8 000 руб. Кроме того необходимо внимательно подходить к вопросу интерфейса вывода значения датчика. Если интерфейс RS232, то нужно понимать что при подключении микроконтроллера у Вас должен быть свободный UART (или USART) выход. Конечно обычно в недорогих микроконтроллерах их 2 , но надо смотреть по их занятости в Вашем проекте. Либо же выбирать микроконтроллер с несколькими UART, например микроконтроллеры серии STM32.
Термопары
Непосредственно в конструктиве наших станций мы используем термопары К-типа. Данный тип термопар наиболее распространён и приобрести не составляет труда. Тем более и по цене данные датчики весьма бюджетны.
Может возникнуть вопрос – может из-за дешевизны они менее точны чем ранее перечисленные датчики ? График зависимости напряжения (ЭДС) термопар :
Как можно заметить график термопары К-типа имеет практически линейный вид на интересующих нас температурах (от 20 до 350 градусов). Не будем останавливаться на других типах термопар. Если кому-то это интересно , то можно обратиться к помощи интернета. Мы же более внимательно рассмотрим термопару К-типа.
Термопара К-типа – хромель-алюмель:
-
-
Хромель (Chromel®) — это сплав, состоящий на 90% из никеля и на 10% из хрома, а Алюмель (Alumel®) — это сплав, содержащий 95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния.
- Термопары типа K — одни из самых распространенных термопар общего назначения, имеющие чувствительность приблизительно 41 мВ/ °C.
- Термоэлектрод из сплава Chromel® имеет положительный потенциал относительно термоэлектрода из сплава Alumel®.
- Это недорогие термопары, их диапазон измеряемых температур составляет от -270°C до +1372°C (от -454°F до +2501°F) и характеристика относительно линейна.
- Содержание никеля делает сплав магнитным и, как и в случае других магнитных металлов, выходной сигнал термопары отклоняется, когда материал достигает своей температуры Кюри, которая составляет примерно 350°C (662°F) для термопар типа K. Температура Кюри — это температура, при которой магнитный материал претерпевает серьезное изменение своих магнитных свойств, что вызывает существенное смещение выходного сигнала.
- Такие термопары можно использовать в постоянно окислительных или нейтральных средах.
- Воздействие серы приводит к преждевременному отказу термопар.
Исторически сложилось так, что термопары типа K предлагается использовать всегда, если только нет причин для применения других типов термопар.
Поэтому у нас при выборе датчика для снятия температуры термопары К-типа не возникло вопросов. Теперь к точности:
Как видим точность в интересующем нас диапазоне составляет 2.5 градуса (вполне соизмеримо с бесконтактными инфракрасными датчиками. Обычная погрешность которых от 2.5 до 5 градусов). Что вполне приемлемо. С учётом того что размещение датчика в разных местах в районе паяемой микросхемы может давать до 10 градусов разброс. Несомненно плюсы термопары перевешивают :
- Невысокая стоимость.
- Неприхотливость в эксплуатации.
- Малое пятно контакта. Что позволяет легко добиваться плотного прилегания.
Однако есть у термопары и минусы:
- Требуется компенсация температуры холодного спая.
- Очень малые значения ЭДС (до 25 мВ).
Соответственно мы не сможем напрямую подключить термопару к микроконтроллеру. Нам потребуется решить эти две проблемы. Для решения первой необходимо измерять температуру окружающей среды до момента нагрева . В идеале измерение КХС («компенсацией холодного спая» )выполняется как можно ближе к точке измерения, потому что длинные провода термопары очень чувствительны к электрическим помехам, и сигнал в них ухудшается. Во втором случае нам потребуется усилитель . Все это дополнительное требуемое элементное оборудование усложняет использование термопары.
Решить возникающие сложности можно используя микросхему MAX6675ISA. Данная микросхема берет полностью на себя все проблемы и выдает Вам результат уже в цифре по шине SPI. Все это высвобождает ресурсы контроллера и позволяет с высокой точностью получить измерение температуры.
Как видим точность обработки сигнала 0.25 градуса Цельсия. Более чем достаточно для нас. Осуществить подключение к микроконтроллеру нескольких термопар по шине SPI не составит труда. Помимо стандартных для шины SPI – SO,SCK. Нам потребуется по одному пину на каждую подключённую термопару.
Стоимость микросхемы не высокая. Она достаточно доступна. Например в виде таких модулей.
С использованием таких микросхем мы и подключаем термопары к микроконтроллеру.
Сколько нужно датчиков для станции и где их располагать?
Рассмотрев типы датчиков давайте перейдём к рассмотрению вопроса об их количестве и размещении.
Наиболее распространённые варианты:
- Один датчик на плате, один датчик на плате в месте пайки.
- Один датчик в нижнем нагревателе, один датчик в верхнем нагревателе, один датчик на плате в месте пайки.
- Один датчик на плате, один датчик в нижнем нагревателе, один датчик в верхнем нагревателе, один датчик на плате вместе пайки.
В данном случае перечислены наиболее распространенные варианты. Конечно есть и еще варианты в которых размещение в месте пайки более чем один датчик. Необходимо однако отметить, что увеличение числа датчиков усложняет и саму систему управления. Прежде всего при работе в меню настройки контроллеров. Конечно с точки зрения информативности и вывода данных дисплей это не большая сложность. Но вот внести все варианты взаимосвязей между датчиками и нагревателями будет сложнее. И даже не столько программно, а именно по причине усложнения настроек самого контроллера. Различные реакции нагревателей на показания того или иного датчика требуют предварительного выбора в меню настройки профиля работы станции. Что приведёт к усложнению управления станцией. Да и к усложнению настройки профилей пайки. Поэтому в своей основе производители станций используют обычно от 2 до 3-х датчиков. Мы используем 2 датчика. Но плата управления позволяет подключить до 4-х датчиков. Но об этом позже.
Давайте перейдем к рассмотрению расположения датчиков и начнём с нижнего нагревателя. Нижний нагреватель в формате станции отвечает за предварительный нагрев платы , что дает возможность затем верхнему нагревателю уже локально прогрев место расположения микросхемы произвести нагрев до температуры оплавления припоя. Без предварительного нагрева платы снять/поставить качественно и аккуратно микросхему весьма проблематично. Соответственно мы должны понимать до какой температуры у нас прогрета плата в ходе предварительного нагрева. Сразу напрашивается вариант с установкой на самой плате датчика для измерения температуры платы и соответственно принятия решения контроллером о увеличении подаваемой мощности на нижний нагреватель или уменьшении (в случае использования шим регулировки) или включении или выключении нагревателей (в случае использования реле). Решение неплохое . Правда в данном случае нам желательно еще разместить датчик в нижнем нагревателе хотя бы информативно, чтобы понимать его температуру. И необходимо иметь ввиду что датчик измеряющий температуру платы должен распологаться на безопасном расстоянии от места пайки микросхемы. Иначе он попадёт в зону нагрева верхнего нагревателя и повышение значения температуры на нем может вызвать отключение нижнего нагревателя и как вариант не догрев платы в ходе пайки. Как показывает практика очень редко производители используют такую схему. В принципе это понятно потому, что этот датчик на самой плате в фазе предварительного нагрева фактически дублируется датчиком по месту пайки. И достаточно на этой фазе снимать с него показания , чтобы определить температуру прогрева платы. Правда потом, когда включиться в работу верхний нагреватель мы уже не сможем определять температуры платы. Вот в этом случае нам и нужен датчик в нижнем нагревателе. Дело в том что плата прогреется до заданной Вами температуры только при определенном значении температуры нижнего нагревателя. Соответственно чем выше температура нижнего нагревателя тем сильнее прогреется плата и соответственно наоборот. Поэтому на более важна температура нижнего нагревателя. Даже не важна ее точность, нам она важна как точка для регулирования нижнего нагревателя. Мы будем знать что при некоей температуре X нижнего нагревателя плат прогреется до заданной нами температуры Y. Имея датчик в нижнем нагревателе мы можем как отдельно регулировать установку нагрева платы. Например опытным путем установив , что при температуре X нижнего нагревателя температура плат находится в диапазоне Y+-10 градусов например. Либо же уже подключив взаимосвязь с датчиком в месте пайки мы можем остановить температуру нижнего нагревателя и удерживать ее не перегревая и не догревая плату. Ну и если мы посмотрим на производителей станций , то практически все они имеют встроенный датчик в нижнем нагревателе. Ну и мы остановимся на этом.
Давайте перейдем теперь к датчику который располагается в непосредственно в месте пайки микросхемы. Он нам нужен в любом случае. Есть правда еще вариант , когда в месте паяемой микросхемы можно разместить например 2 датчика. Как вариант один с одной стороны микросхемы, другой с другой (по причине не однородности плат и разного количества меди. И соответственно происходит небольшой разброс температур). Но все таки как показывает обычная практика в подавляющем количестве паек вполне достаточно одного датчика. Датчик этот взаимодействует непосредственно как с нижним , так и с верхним нагревателем. Правда это не относиться к недорогим китайским (в своей основе) станциям. Там работа нижнего и верхнего нагревателя разделена двумя разными контроллерами лишёнными взаимодействия между собой. Но мы с Вами не пойдем по пути китайских производителей. Если Вы собрались сами приложить руку к созданию станции, то хотя бы элементарные вещи значительно облегчающие работу на станции нужно учесть.
Есть еще вариант размещения датчика в верхнем нагревательном элементе. Наверное смысл его размещения в отсечении перегрева паяемой микросхемы. Если посмотреть по производителям известных марок, то установка в верхнем нагревателя датчика явление редкое и в свей основе связано с использованием в качестве верхнего нагревателя термо-воздушных элементов(горячий воздух) . Если же используются керамические или кварцевые нагревательные элементы, или ИК излучение (как например в PDR), то обычно датчики не размещают. Почему ? Думаю связано это все с тем что любой из нагревателей имеет определенную инертность при нагреве, какой-то медленнее (например керамика), какой-то быстрее (например кварц и ик излучение от лампы) . При инертности после поступления питания на нагревающий элемент происходит не мгновенный набор температуры , а в соответствии с мощностью элемента постепенный прогрев до выхода на максимальную температуру. С учетом того что в качестве верхних нагревательных элементов используются элементы мощностью от 200 до 500 ватт. Время выхода на максимальную температуру (обычно 450 градусов) занимает от 3 до 10 минут. Этого времени более чем достаточно чтобы произвести снятие или установку микросхемы. И производители в своей основе контролируют именно место пайки . Конечно можно сказать что если элемент нагрелся выше 250 градусов есть риск перегреть микросхему. Но нужно учитывать , что верхний нагревательный элемент не лежит на микросхеме и в любом случае имеется воздушная прослойка которая обычно забирает не меньше 50 градусов на себя (зависит от высоты размещения нагревательного элемента на микросхемой). Но пока нагревательный элемент выйдет на температуру выше 250-300 градусов ему потребуется время . За это время обычно процесс пайки уже завершается. Работа верхнего нагревателя для качественной пайки должна укладываться в границы 2-х минут с момента его включения. Помним – микросхемы бояться не только высокой температуры, но и длительного воздействия температуры района 210-230 градусов . Под длительным воздействием подразумеваем время более 3 минут. Мы в своих станциях не устанавливаем в верхний нагревательный элемент датчиков. Как выше писалось хотя плата нашего управления (рассмотрим ее чуть ниже) имеет возможность для установки 4 датчиков.
Давайте подведем итог. По моему усмотрению наиболее целесообразна установка двух датчиков температуры – один (встроенный) в нижний нагреватель, второй непосредственно устанавливаемый по месту пайки. В нашем случае мы используем термопары К-типа в обоих случаях. Для нижнего нагревателя можно использовать и термосопротивление PT100 . Там можно его стационарно закрепить (для чего он в принципе и предназначен). Ну и как вариант можно использовать бесконтактный инфракрасный датчик температуры для места пайки. Что тоже весьма неплохой вариант. Но мы сами используем именно термопары К-типа для обеих вариантов размещения. Термопары мы используем в связке с микросхемами MAX6675ISA. К каждой термопаре одна микросхема. По стоимости это соизмеримо со стоимостью PT100 . Но уже сразу имеем 12 разрядную оцифровку сигнала термопары и получаем значение в цифре.
Теперь хотелось бы рассмотреть отдельно плату, которую мы используем при сборке нашего блока управления нагрузкой .
Рассмотрим плату чуть более подробно. В правой нижней части платы у на располагаются элементы управления нагрузкой. С помощью данной платы мы можем управлять двумя нагрузками. В нашем случае нижним и верхним нагревателем. Схемы каналов были показаны предыдущей статье где мы рассматривали варианты управления нагревателями.
V1 и V2 – оптопары MOC3063 и резисторы R1 и R2 (470 Ом тип 0805) , далее идёт обвеска симисторов. И на плате выведены контакты для подключения проводов идущих от симисторов . Почему сделано так ? По причине того что симисторы наверняка потребуют систему охлаждения и гораздо удобнее их прикрепить к системе охлаждения без платы. Резисторы R2_2, R2_3, R1_3, R1_2 имеют значение по 360 Ом и рассчитаны на мощность 2 ватта. Резисторы R2_1, R1_1 – 39 Ом также рассчитаны на мощность 2 ватта и используются для RC фильтра. Конденсаторы C2_1, C1_1 – 0.01 мкФ напряжение 600 вольт. Схема соединения доступна в предыдущей статье. Сигнал с микроконтроллера поступает на сопротивления R1 и R2. На R1 (V1) приходит сигнал который управляет крайним симистором подключённым к G1 – gate, 0_1 – второй контакт (центральный), 1_1 – первый контакт (на нагрузку). На R2 (V2) приходит сигнал который управляет симистором подключённым к G2- gate, 0_3 – второй контакт(центральный), 2_2 – первый контакт (на нагрузку).
Остаётся выполнить также непосредственно подключения нагрузок – 2_1 и 1_2,1_3. 2_1 мы используем для подключения верхнего нагревателя , а контакты 1_2 и 1_3 для подключения нижнего нагревателя. Почему два контакта ? Для возможности переключения зон нижнего нагревателя. Один из контактов можно подключить к нагрузке через выключатель , который в свою очередь подключен к нагревательным элементам. Соответственно выключение приведет к тому что подключённые нагревательные элементы работать не будут. В случае нагревателей большой площади мы обычно даём возможность выключить наружные нагреватели, чтобы уменьшить площадь нагрева (при нагреве плат малого размера). Контакт 0_2 подключается непосредственно к цепи питания 220 вольт.
Теперь перейдём к части платы расположенной выше. Эта часть отвечает за подвод питания к микроконтроллеру и подключения датчиков.
PWR – здесь устанавливается разъем подключения внешнего питания контроллера от 5 до 30 вольт. Сразу за разъемом стоит стабилизатор напряжения и тока на 5 вольт LM1117-5, рядом с ним электролитические конденсаторы на 10 мкФ напряжение 50 вольт. Это типовая схема включения.
Нам нужны эти 5 вольт для питания непосредственно микроконтроллера который осуществляет уже управление.
Рядом располагаются площадки для размещения микросхем MAX6675ISA и разъемы (P1,P2.P3,P4)подключения термопар. На оборотной стороне платы под каждой микросхемой расположены площадки для конденсаторов по 0.01 мкФ.(тип корпуса 0805). Они требуются для корректной работы микросхем. Как видно с платы есть возможность подключения 4-х датчиков. В своей работе мы используем микросхемы U4 (датчик нижнего нагревателя) и U3 (датчик места пайки).
Переходим к левой стороне платы. На ней располагается 14 пиновый разъем CON1 для подключения шлейфа идущего от микроконтроллера. По данному шлейфу микроконтроллер получает питание, получает информацию от датчиков и управляет нагревателями.
Кроме того в нижней части есть два места для разъемов . Данные разъемы дополнительные. С левого можно снять 5 вольт, но нужно иметь ввиду ,что ток потребления должен быть не более 1 ампера. С правого разъёма Вы можете снять напряжение которое Вы изначально подаёте на плату (12 вольт в случае использования 12 вольтового источника питания). Это дает Вам возможность с платы запитать дополнительное оборудование . Но нужно быть внимательным и ориентироваться на мощность используемого Вами источника питания.
Разъем ADD это добавочный разъем на который выведены 4 незадействованных в обмене информацией контакта с разъёма CON1. Данные контакты выведены для возможности управления внешне подключаемыми устройствами (подсветка, двигатель и т.п.).
Давайте более подробно разберём разъем CON1 по контактам:
Похожие публикации:
- 10 км на велосипеде сколько калорий сжигается
- Из чего сделать колеса для машинки
- Что такое hdmi в телевизоре
- Как установить велосипед на станок