Паяльная станция своими руками на микроконтроллере atmega8. Simple Solder MK936. Простая самодельная паяльная станция своими руками

Разработка

Когда я разрабатывал эту паяльную станцию, для меня были важны несколько ключевых свойств:

• переносимость
  — это достигается за счет использования импульсного источника питания, вместо обычного трансформатора и выпрямительного моста;
• простой дизайн
  — мне не нужны LCD дисплеи, лишние светодиоды и кнопки. Мне нужен был просто светодиодный семисегментный индикатор, чтобы показывать установленную и текущую температуру. Мне также нужна была простая ручка для выбора температуры (потенциометр) без потенциометра для точной подстройки, так как это легко сделать с помощью программного обеспечения;
• универсальность
  — я использовал стандартную 5-контактную штепсельную вилку (какой-то тип DIN), чтобы она была совместима с паяльниками Hakko и их аналогами.

Принципиальная схема самодельной паяльной станции

Схема простая и довольно неплохо работает, но есть нюанс — очень чувствительная к наводкам, поэтому желательно навешать побольше керамики в цепи питания микроконтроллера. И по возможности сделать плату с симистором и оптопарой на отдельной печатной плате. Но я так не делал, для экономии стеклотекстолита. Сама схема, прошивка и печатка прилагаются в архиве , только прошивка под индикатор с общим катодом. Фьюзы для МК Atmega8
на фото ниже.

Для начала разберите ваш фен и определите на какое напряжение у вас стоит моторчик, потом подключите все провода к плате кроме нагревателя (полярность термопары можно определить подключив тестер). Примерная распиновка проводов фена Luckey 702
на фото ниже, но рекомендую разобрать свой фен и посмотреть что и куда идет, сами понимаете — китайцы, они такие!

Затем подайте питание на плату и переменным резистором R5 настройте показания индикатора на комнатную температуру, потом отпаяйте резистор на R35 и подстроечником R34 отрегулируйте напряжение питания моторчика. А если он у вас на 24 вольт, то отрегулируйте 24 вольт. И после этого померяйте напряжение на 28 ноге МК — там должно быть 0,9 вольт, если это не так пересчитайте делитель R37/ R36 (для 24 вольтового моторчика соотношение сопротивлений 25/1, у меня 1 кОм и 25 кОм), напряжение на 28 ноге 0,4 вольт — минимальные обороты, 0,9 вольт максимальные обороты. После этого можете подключить нагреватель и если понадобится откорректировать температуру подстроечником R5.

Немного об управлении
. Есть три кнопки для управления: Т ,Т-, М. Первые две изменяют температуру, нажимая один раз кнопку значение меняется на 1 градус, если удерживать то значения начинают быстро меняться. Кнопка М — память позволяет запоминать три значения температуры, стандартно это 200, 250 и 300 градусов, но вы можете изменить их как вам удобно. Для этого надо нажать кнопку М и удерживать пока не услышите дважды подряд сигнал бипера, тогда можете кнопками Т и Т- изменять температуру.

В прошивке есть функция охлаждения фена, кладя фен на подставку он начинает охлаждаться моторчиком, при этом нагреватель выключается и пока не остынет до 50 градусов моторчик не выключается. Когда фен на подставке, когда холодный или обороты двигателя меньше нормальных допустимых (на 28 ноге меньше 0,4 вольт) — на дисплее будет три черточки.

Подставка должна быть с магнитом, желательно посильнее или неодимовым (от винчестера). Так как в фене есть геркон который переводит фен в режим охлаждения когда он на подставке. Я пока что еще не сделал подставку.

Фен можно остановить двумя способами — кладя на подставку или скручивая обороты моторчика до нуля. Ниже фото моей готовой паяльной станции.

Как это работает

Ниже приведена принципиальная схема. Станция использует 8-битный микроконтроллер ATmega8 в DIP корпусе (вы можете использовать ATmega168-328, если они есть у вас под рукой), который очень распространен, а вариант 328 содержится в Arduino Uno. Я выбрал его, потому что его легко прошить, используя Arduino IDE, в котором также есть готовые к использованию библиотеки.

Температура считывается с помощью термопары, встроенной в паяльник. Мы усиливаем напряжение, создаваемое термопарой, примерно в 120 раз с помощью операционного усилителя. Выход операционного усилителя подключается к выводу ADC0 микроконтроллера, который превращает напряжение в значения от 0 до 1023.

Заданное значение устанавливается с помощью потенциометра, который используется в качестве делителя напряжения. Он подключен к выводу ADC1 контроллера ATmega8. Диапазон 0-5 вольт (выход потенциометра) преобразуется в значения 0-1023 с помощью АЦП, а затем в значения 0-350 градусов Цельсия с помощью функции » map «.

Технические характеристики

1. Питание от источника постоянного напряжения 12-24В
2. Потребляемая мощность, при питании 24В: 50Вт
3. Сопротивление паяльника: 12Ом
4. Время выхода на рабочий режим: 1-2 минуты в зависимости от питающего напряжения
5. Предельное отклонение температуры в режиме стабилизации, не более 5ти градусов
6. Алгоритм регулирования: ПИД
7. Отображение температуры на семисегментном индикаторе
8. Тип нагревателя: нихромовый
9. Тип датчика температуры: термопара
10. Возможность калибровки температуры
11. Установка температуры при помощи экодера
12. Светодиод для отображения состояния паяльника (нагрев/работа)

Список комплектующих

Это список компонентов, экспортированный из KiCad. Кроме того, вам понадобятся:

• клон паяльника Hakko, самого популярного в китайских онлайн магазинах (с термопарой, а не с термистором);
• источник питания 24 В, 2 А (я рекомендую использовать импульсный, но вы можете использовать трансформатор с выпрямительным мостом);
• потенциометр 10 кОм;
• электрическая штепсельная вилка авиационного типа с 5 контактами;
• электрический разъем, устанавливаемый на заднюю панель для подачи питания 220 В;
• печатная плата;
• выключатель питания;
• штырьковые разъемы 2,54 мм;
• много проводов;
• разъемы Dupont;
• корпус (я напечатал его на 3D принтере);
• один тройной семисегментный светодиодный индикатор;
• программатор AVR ISP (для этого вы можете использовать Arduino).

Конечно, вы можете легко заменить светодиодный индикатор LCD дисплеем или использовать кнопки, вместо потенциометра, ведь это ваша паяльная станция. Я изложил свой вариант дизайна, но вы можете по-своему.

Список компонентов

Для сборки печатной платы и корпуса потребуются следующие компоненты и материалы:

1. BQ1. Энкодер EC12E24204A8
2. C1. Конденсатор электролитический 35В, 10мкФ
3. C2, C4-C9. Конденсаторы керамические X7R, 0.1мкФ, 10%, 50В
4. C3. Конденсатор электролитический 10В, 47мкФ
5. DD1. Микроконтроллер ATmega8A-PU в корпусе DIP-28
6. DA1. CСтабилизатор L7805CV на 5В в корпусе TO-220
7. DA2. Операционный усилитель LM358DT в корпусе DIP-8
8. HG1. Семисегментный трехразрядный индикатор с общим катодом BC56-12GWA.Также на плате предусмотрено посадочное место под дешевый аналог .
9. HL1. Любой индикаторный светодиод на ток 20мА с шагом выводов 2,54мм
10. R2,R7. Резисторы 300 Ом, 0,125Вт — 2шт
11. R6, R8-R20. Резисторы 1кОм, 0,125Вт — 13шт
12. R3. Резистор 10кОм, 0,125Вт
13. R5. Резистор 100кОм, 0,125Вт
14. R1. Резистор 1МОм, 0,125Вт
15. R4. Резистор подстроечный 3296W 100кОм
16. VT1. Полевой транзистор IRF3205PBF в корпусе TO-220
17. VT2-VT4. Транзисторы BC547BTA в корпусе TO-92 — 3шт
18. XS1. Клемма на два контакта с шагом выводов 5,08мм
19. Клемма на два контакта с шагом выводов 3,81мм
20. Клемма на три контакта с шагом выводов 3,81мм
21. Радиатор для стабилизатора FK301
22. Колодка для корпуса DIP-28
23. Колодка для корпуса DIP-8
24. Выключатель питания SWR-45 B-W(13-KN1-1)
25. Паяльник . О нем мы еще позже напишем
26. Детали из оргстекла для корпуса (файлы для резки в конце статьи)
27. Ручка энкодера. Можно купить ее, а можно напечатать на 3D-принтере. Файл для скачивания модели в конце статьи
28. Винт М3х10 — 2шт
29. Винт М3х14 — 4шт
30. Винт М3х30 — 4шт
31. Гайка М3 — 2шт
32. Гайка М3 квадратная — 8шт
33. Шайба М3 — 8шт
34. Шайба М3 гроверная — 8шт
35. Также для сборки потребуются монтажные провода, стяжки и термоусадочная трубка

Сборка корпуса и объемный монтаж

То есть осталось всего навсего подвести к плате питание и подключить разъем паяльника.К разъему паяльника требуется припаять пять проводов. К первому и пятому красные, к остальным черные. На контакты надо сразу надеть термоусадочную трубку, а свободные концы проводов залудить.К выключателю питания следует припаять короткий (от переключателя к плате) и длинный (от переключателя к источнику питания) красные провода.

На следующем этапе все эти части собираются вместе. Устанавливать контроллер, операционный усилитель и прикручивать лицевую панель не нужно!

Калибровка

А нет, еще не всё. Теперь нам нужно откалибровать ее. Так как нагреватели и термопары в паяльниках могут различаться, особенно если вы используете неоригинальный паяльник Hakko, нам нужно откалибровать паяльную станцию.

где TempRead — это температура, которая отображается на вашем цифровом термометре, а TempSet — это температура, которую вы установили на паяльной станции. Это всего лишь приблизительная настройка, но ее должно хватить, ведь вам не нужна при пайке предельная точность. Я использовал градусы Цельсия, но вы можете изменить их в коде на Фаренгейты.

Прошивка контроллера и настройка

HEX-файл для прошивки контроллера вы сможете найти в конце статьи. Фьюз-биты должны остаться заводскими, то есть контроллер будет работать на частоте 1МГц от внутреннего генератора.Первое включение следует производить до установки микроконтроллера и операционного усилителя на плату. Подайте постоянное напряжение питания от 12 до 24В (красный должен быть » «, черный «-«) на схему и проконтролируйте, что между выводами 2 и 3 стабилизатора DA1 присутствует напряжение питания 5В (средний и правый выводы).

После этого отключите питание и установите микросхемы DA1 и DD1 в панельки. При этом следите за положением ключа микросхем.Снова включите паяльную станцию и убедитесь, что все функции работают правильно. На индикаторе отображается температура, энкодер ее изменяет, паяльник нагревается, а светодиод сигнализирует о режиме работы.

Далее необходимо откалибровать паяльную станцию.Оптимальный вариант при калибровке – использование дополнительной термопары. Необходимо выставить требуемую температуру и проконтролировать ее на жале по эталонному прибору. Если показания различаются, то произведите подстройку многооборотным подстроечным резистором R4.

При настройке помните, что показания индикатора могут отличаться незначительно от фактической температуры. То есть, если вы установили, например, температуру «280», а показания индикатора в небольшой степени отклоняются, то по эталонному прибору вам нужно добиваться именно температуры 280°С.Если под рукой нет контрольного измерительного прибора, то можно установить сопротивление резистора около 90кОм и потом подбирать температуру опытным путем.После того, как паяльная станция проверена, можно аккуратно, чтобы не потрескались детали, установить лицевую панель.

Заключение

Вот и всё! Надеюсь статья оказалась полезной. Ниже приведены все необходимые материалы.

Всем привет! Начну я с небольшой предыстории. Как-то ранее я работал над проектом «Автомат подачи звонка» для своего учебного заведения. В последний момент, когда работа шла к завершению, я проводил калибровку устройства и исправлял косяки. В конце концов один из косяков мне спалил микросхему на программаторе. Было конечно немного обидно, программатор у меня всего один был, а проект нужно было быстрее заканчивать.

В тот момент у меня была запаснаяSMD микросхема для программатора, но паяльником её фиг отпаяешь. И я начал задумываться над приобретением паяльной станции с термо-феном. Залез в интернет магазин, увидел цены на паяльные станции, и приофигел… Самая убогая и дешёвая станция на тот момент стоила около 2800грн(более 80-100$). А хорошие, фирменные — еще дороже! И с того момента я решил заняться следующим проектом о создании своей паяльной станции с полного «Нуля».

Для своего проекта за основу был взят микроконтроллер семейства AVRATMega8A. Почему чисто «Атмегу», а не Arduino? Сама «мега» очень дешёвая (1$), а ArduinoNanoи Uno значительно подороже будет, да и программирование на МК начинал с «Меги».

Ладно, довольно истории. Перейдём к делу!

Паяльник я приобрёл самый простой YIHUA – 907A(6$) в котором есть керамический нагреватель и термопара для контроля температуры;

Паяльный фен той же фирмыYIHUA(17$)во встроенной турбиной;

https://www.youtube.com/watch?v=IGgvjEXAUPM

Был приобретён «Корпус N11AWЧёрный»(2$);

ЖК дисплей WH1602 для отображения показателей температури статуса(2$);

МК ATMega8A(1$);

Пара микро тумблиров(0,43$);

Энкодер со встроенной тактовой кнопкой – от куда-то отковырял;

Операционный усилитель LM358N (0,2$);

Две оптопары: PC818 иMOC3063(0,21 0,47);

И остальная различная расыпуха, которая у меня завалялась.

И в сумме станция обошлась мне примерно 30$, что в разы дешевле.

*Паяльник: Напряжение питания 24В, мощность 50Вт;

*Паяльный Фен: Спираль 220В, Турбина 24В, Мощность 700Вт, Температура до 480℃;

Так же была разработана не слишком замудрённая, но, на мой взгляд, вполне хорошая и функциональная принципиальная схема.

Принципиальная схема Паяльной Станции

Источники питания станции

В качестве источника паяльника для паяльника был взят понижающий трансформатор (220В-22В) на 60Вт.

А для схемы управления был взят отдельный источник питания:-зарядное устройство от смартфона. Данный источник питания был немного доработан и теперь он выдаёт 9В. Далее, с помощью понижающего стабилизатора напряжения ЕН7805, мы понижаем напряжение до 5В и подаем его на схему управления.

Управление и контроль

Для управления температурой Паяльника и Фена нам в первую очередь нужно снимать данные с датчиков температур, и в этом нам поможет операционный усилитель LM
358
.Т.к. ЕДС у термопарыTCK очень мало (несколько милливольт), то операционныйусилитель снимает этуЕДС с термопары и увеличивает её в сотни раз для восприятия АЦП микроконтроллераATMega8.

Так же меняя сопротивление подстроечным резистором R7 иR11можно изменять коэффициент усиления ОС, что в свою очередь, можно легко калибровать температуру паяльника.

Так как зависимость напряжения на оптопаре
от температуры паяльника
u=f(t)– примерно линейная, то калибровку можно осуществить очень просто: ставим жала паяльника на термопару мультиметра, выставляем мультиметр в режим «Измерение температуры», выставляем на станции температуру в 350℃, ждём пару минут пока паяльник нагреется, начинаем сравнивать температуру на мультиметре и установленную температуру и если показания температуры отличаются друг от друга – начинаем изменять коэффициент усиления на ОС (резистором R7 иR11) в большую или в меньшую сторону.

Паяльником мы будем управлять силовым полевым транзистором VT2 IRFZ
44
и оптопарой U3 PC
818
(для создания гальванической развязки). Питание на паяльник подаётся с трансформатора мощностью60Вт, через диодный мостVD1 на 4А и фильтрующий конденсатор наC4=1000мкФ иC5=100нФ.

Так как на фен подаётся переменное напряжение 220В то управлять Феном будем Симистором VS1 BT
138-600
и оптопарой U2 MO
С3063
.

Обязательно нужно установить Снаббер!!! Состоящий из резистора
R
20 220 Ом/2Вт и керамического конденсатора
C
16 на 220нФ/250В. Снаббер предотвратит ложные открывания симистора
BT
138-600.

В этой же цепи управления установлены светодиоды HL1 иHL2, сигнализирующие о работы Паяльника или Паяльного Фена. Когда светодиод постоянно горит, то происходит нагрев, а если они моргают, то происходит подержание заданной температуры.

Принцип стабилизации температуры

Хочу обратить внимание на способ регулировки температуры Паяльника и Фена. Изначально хотел осуществить ПИД регулировку (Пропорциональны Интегральный Дифференциальный регулятор), но понял, что это слишком сложно и не рентабельно, и я остановился просто на Пропорциональном регулировании с помощью ШИМ-модуляции.

Суть регулирования такова: При включении паяльника будет подана максимальная мощность на паяльник, при приближении к заданной температуре мощность начинает пропорционально понижаться, и при минимальной разнице между текущей и заданной температурой – подаваемая мощность на паяльник или фен держится на минимуме. Таким образом мы удерживаем заданную температуру и устраняем инерцию перегрева.

Коэффициент пропорциональности можно задать в программном коде. По умолчанию установлено «#define K_TERM_SOLDER 20»

«#define K_TERM_FEN 25»

Разработка печаткой платы

и внешнего вида станция

Для Паяльной Станции была разработана небольшая печатная плата в программе Sprint-Layout и изготовлена технологией «ЛУТ».

К сожалению я не чего не лудил, боялся что дорожки перегреются и они отлепятся от текстолита

Я остался доволен результатом!!!

Далее я занялся корпусом. Заказал себе небольшой чёрный корпус и начал ломать голову над лицевой панелью станции. И после одной неудачной попытки, наконец-то смой проделать ровные отверстия, вставить органы управления и закрепить их. Получалось как-то так, просто и лаконично.

Следом на заднюю панель были установлены разъём для шнура, выключатель, предохранитель

В корпус разместил трансформатор для паяльника, сбоку от него источник питания для схемы управления и посередине радиатор с транзисторомVT1(КТ819), который управляет турбиной на фене. Радиатор желательно ставить побольше чем у меня!!! Ибо транзистор сильно греется из-за падения напряжения не нём.

Из обрезка текстолита были изготовлены подставки для паяльника и фена.

Конечный Вид Станции

В интернете очень много схем различных паяльных станций, но у всех есть свои особенности. Одни сложны для новичков, другие работают с редкими паяльниками, третьи не закончены и т.д. Мы сделали упор именно на простоту, низкую стоимость и функциональность, чтобы каждый начинающий радиолюбитель смог собрать такую паяльную станцию.