Паяльная станция на ардуино: Паяльная станция своими руками на базе Arduino / Хабр

Содержание

как создать своими руками, пошаговая инструкция

Уже давно я задумался над тем, паяльную станцию своими руками и чинить на ней свои старые видеокарты, приставки и ноутбуки. Для нагрева можно использовать старую галогеновую грелку, ножку от старой настольной лампы можно использовать для удержания и перемещения верхнего нагревателя, платы будут лежать на алюминиевых поручнях, спираль от душа будет держать термопары, а плата Ардуино будет следить за температурой.

Сперва разберемся с тем, что такое паяльная станция. Современные чипы на интегральных схемах (ЦПУ, ГПУ и т.д.) не имеют ножек, зато имеют массив шариков (BGA, Ball grid array). Для того чтобы припаять\отпаять такой чип, нужно иметь устройство, которое нагреет всю IC до температуры в 220 градусов и при этом не расплавит плату, а также не подвергнет IC термическому шоку. Именно поэтому нам нужен контроллер температуры. Такие аппараты стоят в диапазоне $400-1200. Это проект должен уложиться примерно в $130. Про BGA и паяльные станции вы можете почитать на Википедии, а мы начнём работать!

Материалы:

Четырёхламповый галогеновый нагреватель ~1800w (в качестве нижнего подогрева)
450w керамический ИК (верхний нагреватель)
Алюминиевые рейки для занавесок
Спиральный кабель для душа
Прочная толстая проволока
Ножка от настольной лампы
Плата Ардуино ATmega2560
2 платы SSR 25-DA2x Adafruit MAX31855K (или сделайте сами, как сделал я)
2 термопары типа K
Блок питания постоянного тока 220 на 5v, 0. 5A
Буквенный модуль LCD 2004
5v пищалка

Шаг 1: Нижний нагреватель: отражатель, лампы, корпус

Показать еще 3 изображения

Найдите галогеновый нагреватель, откройте его и выньте отражатель и 4 лампы. Будьте аккуратны, не сломайте лампы. Здесь вы можете приложить воображение и создать свой корпус, который будет держать лампы и отражатель. Например, вы можете взять старый корпус ПК и поместить лампы, отражатель и провода внутрь него. Я использовал металлические листы толщиной 1 мм и сделал из них корпуса для нижнего и верхнего нагревателя, а также корпус для контроллера Ардуино. Как я и сказал прежде — вы можете быть креативными и придумать для корпуса что-то своё.

Используемый мною нагреватель был на 1800W (4 лампы на 450w параллельно). Используйте провода из нагревателя и параллельно соедините лампы. Вы можете встроить штекер для переменного тока, как сделал это я, или соединить кабель напрямую от нижнего нагревателя к контроллеру.

Шаг 2: Нижний нагреватель: система крепления плат

Показать еще 4 изображения

После создания корпуса нижнего нагревателя, измерьте бОльшую длину его окна и отрежьте два куска алюминиевой рейки такой же длины. Вам также нужно будет отрезать еще 6 кусков, каждая размером в половину от меньшей стороны окна нагревателя. Просверлите отверстия по двум концам больших кусков реек, а также на одном конце каждой из 6 небольших реек и на длинной части окна. Перед тем, как прикручивать части к корпусу, нужно создать механизм крепления на гайках, по типу такого, который я сделал на фотографиях. Это нужно для того, чтобы меньшие рейки могли скользить по бОльшим рейкам.

После того, как вы проденете гайки в рейки и скрутите всё вместе, используйте шуруповёрт для перемещения и закрепления шурупов, чтобы система крепления подходила под размер и форму вашей платы.

Шаг 3: Нижний нагреватель: держатели термопары

Для изготовления держателей термопары, замерьте диагональ окна нижнего нагревателя и отрежьте два куска спирального кабеля для душа такой же длины. Раскрутите жесткий провод и отрежьте два куска, каждый на 6 см длиннее, чем спиральный кабель от душа. Пропустите жесткий провод и термопару через спиральный кабель и загните оба конца провода так, как это сделал я на картинках. Оставьте один конец длиннее другого для того, чтобы закрутить его одним из винтов рейки.

Шаг 4: Верхний нагреватель: керамическая пластина

Для изготовления верхнего нагревателя я использовал керамический инфракрасный нагреватель на 450W. Вы можете найти такие на Алиэкспресс. Хитрость заключается в том, что нужно создать для нагревателя хороший кейс с правильным током воздуха. Далее приступаем к держателю нагревателя.

Шаг 5: Верхний нагреватель: держатель

Найдите старую настольную лампу на ножке и разберите её. Для того чтобы правильно разрезать лампу, нужно точно всё рассчитать, так как верхний инфракрасный нагреватель должен достигать всех углов нижнего нагревателя. Итак, сначала прикрепите корпус верхнего нагревателя, сделайте разрез по оси X, произведите правильные расчёты и, наконец, сделайте разрез по оси Z.

Шаг 6: ПИД-регулятор на Ардуино

Показать еще 3 изображения

Найдите правильные материалы и создайте прочный и безопасный кейс для Ардуино и других принадлежностей.

Можно просто отрезать и с прикрепить провода, соединяющие контроллер (верхнее/нижнее питание, контролер питания, термопары), используя паяльник или раздобыть коннекторы и сделать всё аккуратно. Я не знал точно, сколько тепла будет излучать SSR, поэтому добавил на корпус вентилятор. Будете вы устанавливать вентилятор, или нет, но вам обязательно нужно нанести на SSR термопасту. Код прост и из него понятно, как соединить кнопки, SSR, экран и термопары, так что соединить все вместе будет просто. Как управлять устройством: для значений P, I и D нет автонастройки, так что эти значения нужно будет вбить вручную в зависимости от ваших настроек. Есть 4 профиля, в каждом из них можно установить количество шагов, значения Ramp (C/s), dwel(время ожидания между шагами), порог нижнего нагревателя, целевую температуру для каждого шага и значения P,I,D для верхнего и нижнего нагревателей. Если вы, например, выставите 3 шага, 80, 180 и 230 градусов с порогом нижнего нагревателя 180, то ваша плата будет прогрета снизу только до 180 градусов, дальше температура снизу будет держаться на 180 градусах, а верхний нагреватель разогреется до 230 градусов. Код до сих пор нуждается во множестве улучшений, но из него вы можете понять, как все должно работать. Это руководство описано не в деталях, ведь в нём присутствует множество самодельных элементов, и каждая сборка будет отличаться от других. Я надеюсь, что вы вдохновитесь этой инструкцией и сделаете по ней свою ИК паяльную станцию.

Код на Дропбоксе: Ссылка

Arduino progects: Паяльная станция

Паяльная станция

Общая постановка задачи

Паяльник с регулировкой и поддержанием нужной температуры

Фен с регулировкой и поддержанием нужной температуры, регулировкой скорости потока воздуха.
Переключение из режима паяльника в режим фена тумблером, для наглядности
Защита при разрыве термопары
Индикация на 4 разряда(один для индикации режима и три для температуры или др. значений)
Управление посредством энкодера
Минимум затрат

Выбор паяльника и фена

Паяльник и фен приобретены в китайском интернет-магазине. Стоимость 2.69$ и 9.59$ соответственно.

Паяльник с керамическим нагревателем (около 40 Ом) и термопарой. Провод длиной 1м. Качество оказалось достойным, несмотря на мусорное стоковое жало. Разъем на шнуре уже установлен. Осталось найти к нему ответную часть. Называется этот коннектор GX16 5 Pin и цена пары 1.5$

Фен шел без коннектора, но мне понравился предыдущий вариант, с коррекцией на количество контактов (GX16 7 Pin). Приобретен за те же 1.5$. Фен был вскрыт на предмет недоделок, но осмотр показал достаточно приличное качество.

Куча проводов возможно будет описана позже…

Почему именно на базе Arduino
Идея создания паяльной станции на базе Arduino не нова и встречаются достаточно интересные проекты. Все разработчики, выбравшие такой путь, дают пояснения. Вынужден и я объяснить, почему именно Arduino а не микроконтроллер с необходимым набором возможностей. Да все очень просто. Я не торгую МК, не закупаю их оптом, не проектирую на них день и ночь автоматику. Я не знаком с огромной линейкой от Atmel и Microchip и для того что бы подобрать нужный камень мне приходится перелопатить гору даташитов. А еще я не программист. Хотя, при желании, могу написать программу для МК, отладить и выпустить в жизнь, оббив весь лоб о подводные камни. И вот я наталкиваюсь на китайские клоны ардуино с простым и понятным набором возможностей, с необходимым софтом, с простым и понятным набором команд, все распаяно и готово к прошивке. Я не буду искать более тяжелого пути, тем более, что меня так учили. Приоритет в бытовой технике – стоимость. Да, я застал еще те времена, когда бытовую технику выпускали для народа из “чего есть” и для отвода глаз от основной продукции. А моя станция – любительская, по праву будет занимать место среди бытовой техники (где то между пылесосом и стиральной машиной 😉

Какую плату выбрать
Для отладки и экспериментов я выбрал аналог UNO, а для реализации аналог Pro Mini. Поэтому на протяжении проекта необходимо было соблюдать полную совместимость. Зачем так сложно? Вовсе не сложно. На UNO собираем макет, а с Pro Mini можно прикидывать варианты исполнения.

Вот такой набор для творчества

Краткие характеристики выбранной платы

Микроконтроллер	ATmega168
Рабочее напряжение	5 В
Цифровые Входы/Выходы	14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы	8 (4 из которых имеют выводы)
Постоянный ток через вход/выход	40 мА
Флеш-память	16 Кб (2 используются для загрузчика)
ОЗУ	1 Кб
Энергонезависимая память	512 байт
Тактовая частота	16 МГц

Схема платы

Включим проекту глаза
Звучит пафосно. Я имел ввиду – зажжем индикаторы. 8-ми сегментный индикатор на 4 разряда типа 3461AG с общим катодом и приятным зеленым свечением. (стоимость 0,6$ )

Вот такой индикатор

Более детально здесь

Прикрутим к проекту руки
Точнее пристроим энкодер. Здесь будет использован готовый Arduino – совместимый модуль. Цена модуля 0.5$

Подробнее о подключении энкодера

Регистрация температуры

Одним из критериев выбора паяльника и термофена были требования к датчику температуры. В обоих устройствах стоит термопара К-типа. Для контроля температуры можно использовать любую схему на операционном усилителе, главное что бы она выдавала ( в моем случае) на выходе усилителя уровень постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 1,1в. Этот диапазон обусловлен требованиями АЦП (аналого-цифрового преобразователя) микроконтроллера нашей станции.
Ардуино позволяет использовать три варианта опорных напряжений (устанавливаются командой analogReference (type) ):
DEFAULT: Значение опорного напряжения по умолчанию 5В
INTERNAL: используется внутренний источник опорного напряжения, уровень которого равен 1,1В для ATmega168 и 2,56В для ATmega8
EXTERNAL: Уровень опорного напряжения подается с внешнего источника на пин AREF
Я посчитал напряжение от источника питания недостаточно стабильным в качестве опорного, поэтому остановился на внутреннем 1,1В.

Питание
Все управление может питаться от стабилизированного источника 5В с током не более 150-200 мА (больше зависит от потребления индикатора, чем от операционного усилителя и микроконтроллера). Для паяльника и вентилятора в фене необходимо 24В. Требования к стабильности в этом случае не такие высокие. Необходимо предусмотреть удобное и безопасное включение/отключение всего устройства
Программирование
Для написания и отладки используется програмный комплекс Arduino IDE. Ну и, конечно, нужен программатор USB – serial. Он у меня был собран ранее для другого проекта.
Распределение выводов Arduino
– Два аналоговых входа. Сюда будет поступать информация с усилителей термопары (от паяльника и фена).
– Один вход для контроля тумблера выбора устройства паяльник/фен.
– Три входа для контроля энкодера. Один из них с аппаратным прерыванием – на контроль вращения, второй – на нажатие кнопки (длительность нажатия достаточно высокая, поэтому можно прерывание не использовать)
– Четыре пина под управление разрядами индикатора
– Семь под управление сегментами
– Один выход с PWM (ШИМ) для управления нагревателем паяльника
– Один выход для управления нагревателем фена
– Один выход с PWM (ШИМ) для управления вентилятором
А больше и не осталось, при этом мне пришлось использовать и линии RX, TX для вывода на индикатор. При подключении переходника USB – UART они будут портить изображение на индикаторе.
проект в разработке, продолжение будет
Главная страница
Подписаться на: Сообщения (Atom)
180348 Паяльная станция своими руками | Elektor Magazine
Главная

Elektor Community Projects
Небольшая паяльная станция для жал Weller RT. Совместимость с Arduino Leonardo для простого обновления прошивки и расширения через USB. Пользовательский интерфейс состоит из небольшого OLED-дисплея и поворотного энкодера.
Компактная паяльная станция для жал Weller RT. Основанный на идее паяльной станции Platino, здесь используется ATmega32u4, который также используется в Arduino Leonardo. Это означает, что мы можем использовать Arduino IDE напрямую для программирования микроконтроллера, а также для загрузки прошивки благодаря включенному загрузчику.
Станция также имеет OLED-дисплей и может управляться только одной ручкой. Но что изменилось и что нового?
Начиная с версии прошивки 1.2 включена последовательная консоль, которая позволяет вам устанавливать и считывать уставку станции, также вы можете считывать текущую температуру и, если таковые имеются, ошибки станции. Вы просто можете подключить станцию с помощью USB-кабеля к компьютеру и использовать встроенный терминал arduino ide для команд. Убедитесь, что вы используете Newline или Carrigereturn в качестве автоматического завершения строки здесь. Поддерживаемые команды можно получить из readme или набрав «help» в терминале.
Помимо того, что он основан на версии Platino, были внесены некоторые изменения. Самым важным шагом было добавление обнаружения обрыва термопары во входной каскад. Если у наконечника плохой контакт, станция больше не будет подавать питание на нагреватель, чтобы предотвратить повреждение наконечника. Также было улучшено усиление входного напряжения, чтобы получить лучший диапазон, что означает, что мы можем лучше определять, есть ли у нас наконечник с перегревом. Также теперь вы можете измерить ток, протекающий через наконечник.
Для пользовательского ввода требуется только один поворотный энкодер (со встроенной кнопкой), чтобы управлять утюгом, а станция теперь имеет 0,96-дюймовый OLED-дисплей вместо буквенно-цифрового ЖК-дисплея 2×16, используемого в версии Platino. Все эти небольшие модификации Это также означает, что у нас появилось новое программное обеспечение для станции, но давайте посмотрим, что изменилось в схеме.
Оборудование

Как видно из изображения, силовой каскад прост. У нас есть FET T1, IRF9540, а впереди водитель. Драйвер полевого транзистора состоит из T3, T2 и T4. T2 и T4 от двухтактного драйвера, а T3 — регулятор уровня для смещения ШИМ-сигнала AVR с 5 В на V _IN . Резистор 20 мОм, R18 и операционный усилитель INA138 используются для измерения тока, подаваемого на наконечник. Но нам также нужен MCP6002 в качестве буфера, чтобы вход АЦП не мешал высокоимпедансному выходу INA138. Фильтр нижних частот на выходе буфера усреднит измеренное значение тока.
Вход для температуры имеет подтягивающий резистор 1 МОм до 5 В и подтягивающий резистор 10 МОм до 0 В на входе. Если по какой-то причине наконечник не подсоединен, мы получим показания температуры свыше 600°C и можем с уверенностью предположить, что это связано с неисправностью.
Наконечник Weller RT имеет внутри термоэлемент. Поскольку он производит лишь небольшое усиление напряжения, зависящее от температуры, для использования полного результата АЦП микроконтроллера.
Для подачи питания (макс. 24 В) используется небольшой LDO для MCU и OLED. Присутствует диод для защиты платы от переполюсовки.
Делитель напряжения R7-R9 позволяет MCU считывать фактическое входное напряжение. Текущая прошивка имеет определение пониженного напряжения или низкого заряда батареи. Если напряжение на входе падает ниже 10,8 В, на наконечник больше не подается питание. Поскольку это довольно компактная паяльная станция, ее можно использовать в полевых условиях с одним из тех дешевых автомобильных стартовых комплектов Lipo.
Также интерес может представлять поворотный энкодер. Для подавления дребезга сигналов были добавлены конденсаторы емкостью 100 нФ. Это может пригодиться, когда сигналы энкодера обрабатываются полностью управляемым прерыванием способом. Также обратите внимание на внешние подтягивающие резисторы, которые обеспечивают четко определенное значение. MCU имеет свои внутренние, но их значения указаны где-то в диапазоне от 20 кОм до 60 кОм, в нашей схеме они имеют стабильное значение 10 кОм.
OLED подключен к SPI микроконтроллера, так что здесь ничего особенного. Также USB-подключение выполнено по даташиту и не содержит особых хитростей.
Программное обеспечение
Программное обеспечение часто является одной из тех вещей, которые волшебным образом появляются из ниоткуда и должны работать. Программное обеспечение для предыдущей паяльной станции Platino было написано без фреймворка Arduino, хотя в качестве микроконтроллера используется ATmega328P. Это потребовало некоторой доработки, в данном случае нового ядра для программного обеспечения. Поскольку новая паяльная станция Platino имеет много общего, новое программное обеспечение было построено по модульному принципу. Это означает, что теперь нам нужно поддерживать только одну прошивку для обеих станций. Прошивка доступна на GitHub.
После включения станции вас приветствует загрузочный логотип, затем появляется главный экран. Вы можете видеть текущую температуру, мощность, подаваемую на наконечник, в виде гистограммы и целевую температуру, установленную пользователем. Станция нагреет наконечник, как только появится главный экран. Целевая температура хранится в EEPROM микроконтроллера.
Если станция не используется в течение десяти минут, она перейдет в режим отключения питания и снизит температуру до 100°C. Если затем он будет оставаться бездействующим в течение еще 10 минут, станция перейдет в спящий режим и отобразит всплывающую подсказку, перемещающуюся по экрану. Нажмите кнопку поворотного энкодера, чтобы снова разбудить станцию.
Ошибки
Если что-то пойдет не так, появится всплывающее окно с указанием причины проблемы. Если, например, обнаружено пониженное напряжение, будет показано текущее входное напряжение. Также есть коды ошибок:
1: наконечник не нагревается;
3: плохое соединение датчика температуры.
При появлении этих ошибок вы можете подтвердить их, нажав кнопку поворотного энкодера. Затем, если снова все хорошо, станция возобновляет работу через десять секунд.
Последнее, о чем стоит упомянуть, это ограничитель тока. Плата будет потреблять в среднем 1,5 А при использовании максимального рабочего цикла 50 % для сигнала управления ШИМ. Если у вас есть источник питания, способный выдерживать нагрузку более 1,5 А, вы можете изменить значение в коде. Параметр можно найти в HW_150500.h для станции.

Подписчики проекта
Подписчики проекта
Похожие материалы
Информационный бюллетень
Последние комментарии
Тенденции
Имя *
Фамилия *
Псевдоним
Email *
Пароль *
Подтвердить пароль *
пайка · Темы GitHub · GitHub
Здесь 84 публичных репозитория соответствует этой теме.
..
Ралим / IronOS
Звезда 5,2к
вагиминатор / ATmega-Паяльная станция
Звезда 718
Яна-Мари / Выдра-Железо-PRO
Звезда 251
deividAlfa / stm32_soldering_iron_controller
Звезда 216
павелревак / rt_solding_pen
Звезда 116
Бинарная кухня / Учебник по пайке
Звезда 103
foldvarid93 / JBC_SolderStation
Звезда 65
тимотиджагер / JBC-Контроллер Пайки
Звезда 30
Тдястржебский / Универсальный микроконтроллер питания
Звезда 30
sfrwmaker / пайка_907_ЖК
Звезда 24
могойт / литл
Звезда 20
марков1601 / UniFlow-SMD-контроллер оплавления
Звезда 12
giacu92 / Arduino-Reflow-Контроллер печи
Звезда 12
ку3и / бакиви
Звезда 12
sfrwmaker / паяльник_контроллер
Звезда 9
васкойдб / gerber2gcode
Звезда 8
MajicDesigns / FX888-Контроллер
Звезда 7
блазра / паяльная станция
Звезда 7
ханнескене / лоэтерли
Звезда 6
маканддрим / автоматический дозатор паяльной пасты
Звезда 5
Улучшить эту страницу
Добавьте описание, изображение и ссылки на пайка страницу темы, чтобы разработчикам было легче узнать о ней.