Propaiku.ru — крутая паяльная станция своими руками
Давно хотел купить станцию, но из-за финансовых проблем не представилась возможность и чуть подумав решил — а нельзя ли ее сделать своими руками?
Немного порылся в сети и нашел такой ролик https://www.propaiku.ru/watch?v=wzGbTwlyZxo. Станция как раз то, что мне нужно — управление микроконтроллером, вывод данных на жк дисплей 16х2, на котором отображается.
Верхняя строка — заданная температура паяльника и действующая температура на нем, данные обновляются несколько раз в секунду (0-480гр)
Нижняя строка — заданная температура фена, действующая температура на нем (0-480гр), а также скорость вращения встроенного в фен вентилятора (0-99)
Плата и схема
Печатную плату можете скачать ( схема и прошивка) тут, все в оригинале, как у автора.
Несколько советов для тех, кому лень смотреть ролики (хотя в них я все довольно подробно пояснил)
Размеры печатной платы уже установлены, зеркалить тоже не нужно. Клеммы, через которые органы управления стыкуются с платой желательно заменить, т.е вместо клемм использовать обычный способ — взять провода и запаять в соответствующие отверстия на плате.
Во время травления ОБЯЗАТЕЛЬНО сверить участки платы с шаблоном , поскольку в некоторых местах выводы SMD компонентов могут образовать КЗ, на фото все это прекрасно видно
МК типа ATMEGA328 — тот же микроконтроллер, которых на платках программатора с набором arduino uno, в Китае стоит копейки, но с мк вам будет нужен либо самодельный программатор, либо родной arduino uno, а также кварцевый резонатор на 16МГц.
МК полностью отвечает за управление и вывод данных на ЖК дисплей. Управление станцией довольно простое — 3 переменных резистора на 10кОм (самые обычные, моно — 0,25 или 0,5 ватт) первых отвечает за температуру паяльника, второй — вена, третий увеличивает или уменьшает обороты встроенного в фен кулера.
Паяльник управляется мощным полевым транзистором, через который будет протекать ток в до 2-х Ампер, следовательно на нем будет нагрев, будет также нагреваться и симистор — его вместе с транзистором и стабилизатором на 12 Вольт проводами вывел на общий теплоотвод, дополнительно изолировал корпуса этих компонентов от радиатора.
Светодиоды обязательно взять 3мм с небольшим потреблением (20мА) из за использования более мощных светодиодов 5мм (70мА) у меня не работал фен, точнее не шел нагрев. Причина в том, что светодиод на плате и светодиод, который встроен в опторазвязку ( он и собственно управляет всем узлом нагрева фена) подключены последовательно и попросту не хватало питания, чтобы светодиод в опторазвязке засвечивался.
Паяльник
Сам взял паяльник Ya Xun для станций такого типа 40 ватт с долговечным жалом. Штекер имеет 5 пинов (контактных отверстий), распиновка штекера ниже
Учитывайте, что на фото распиновка штекера, который на самом паяльнике,
Паяльник имеет встроенную термопару, данные из которого принимаются и расшифруются уже самой станцией. ОБЯЗАТЕЛЬНО нужен паяльник с термопарой, а не с термистором в качестве датчика температуры.
Термопара имеет полярность, при неверном подключении термопары паяльник после включении наберет максимальную температуру и станет неуправляемым.
Фен
В принципе мощность может быть от 350 до 700 ватт, советую не более 400 ватт,
того сполна хватит для любых нужд. Фен тоже со встроенной термопарой в качестве температурного датчика. Фен должен быть со встроенным кулером. Имеет гнездо 8 пин, распиновка гнезда на фене представлена ниже.
Внутри фена имеется сам нагреватель на 220 Вольт, термопара, вентилятор и геркон, последний сразу можно выкинуть, в этом проекте он не нужен.
Нагреватель не имеет полярности , а термопара и кулер — имеют, так, что соблюдайте полярность подключения, в противном случае мотор не будет крутиться, а нагреватель наберет максимальную температуру и станет неуправляемым.
Блок питания
Любой (желательно стабилизированный адаптер) 24 Вольт минимум 2 Ампер, совету- 4-5 Ампер. Отлично подойдут универсальные зарядники для ноутбуков, в которых есть возможность подстройки выходного напряжение 12 до 24 Вольт, защита от коротких замыканий и стабилизированных выход — а стоит копейки, сам выбрал именно такой.
Можно также использовать маломощный блок питания для светодиодных лент 24 Вольт, есть с током от 1 Ампер.
Можно также слегка доработать электронный трансформатор ( как самый бюджетный вариант) и внедрить в схему, более детально о блоках питания я пояснил в конце видеоролика (часть 1)
Можно также использовать трансформаторный блок питания — можно и не стабилизированный, но повторюсь — стабилизацию иметь желательно.
Монтаж и корпус
Корпус от китайской магнитолы, к ней отлично подошел дисплейчик 16х2, все органы управления установлены на отдельный пластиковый лист и стыкованы к нижней части магнитолы.
Основные силовые компоненты укреплены на теплоотвод, через дополнительные изоляционные прокладки и пластиковые шайбы. Теплоотвод взят от нерабочего бесперебойника.
Он нагревается, но только после долгой работы феном на большой мощности, но все это терпимо, к стати — на плате предусмотрен дополнительный выход 12 Вольт для подключения купера, так, что можно и отдувать радиатор если в этом есть нужда.
Настройка
В принципе для настройки нужен либо термометр либо тестер с термопарой и возможностью измерения температуры.
Для начала нужно выставить на паяльнике некоторую температуру (к примеру 400гр) дальше прижать термопару к жалу паяльника, чтобы понять реальную температуру на жале, ну а дальше просто с помощью подстроечного резистора на плате (медленное вращение) добиваемся того, чтобы сравнить реальную температуру на паяльнике (которая выводится на дисплей) с той, что показывает термометр.
То же самое нужно проделать с феном, только термометр нужно поставить под струю горячего воздуха.
Очень совету- подстроечные резисторы взять многооборотные для удобной и наиточной настройки.
К стати — третий подстроечник на плате отвечает за контраст дисплея.
Минусы
Честно скажу — не заметил, конструкция универсальна, удобна, проста и одновременно получаем профессиональную паяльную станцию для любых нужд, за что и автору большой респект.
Основные достоинства и затраты.
Ценовая категория таких станций в районе 100 — 150 $, у нас есть полное управление феном и паяльником и достаточно умная начинка, которая выводит все данные на жк дисплей, в бюджетных станциях вместо дисплея обычные светодиодные индикаторы.
Умная система управления термофеном — при отключении самого фена кулер будет работать до тех пор, пока не охладит нагреватель, затем сам по себе отключится, тоже очень продуманное решение для безопасности, которое имеется на всех профф. станциях.
Также имеется возможность регулировки оборотов кулера.
И в случае фена и в случае паяльника максимальная температура 480гр.
На счет затрат
P.S. данная статья была напечатана за пол часа, если что пропустил — простите.
Детали и монтаж
Все примененные детали, кроме DA2 и VT1 – SMD. При проверке индикатора HL1 KOOHI E30361LC8W (с общим катодом) оказалось, что даже при токе 2 мА на сегмент, яркость свечения была достаточно интенсивной. Это позволило обойтись без дополнительных транзисторов, подключив катоды непосредственно к портам контроллера, так как суммарный ток не превышал разрешенные даташитом 40мА на порт.
L1,C3,C5 служат для дополнительной фильтрации питания контроллера, их значения некритичны. С9, С3 – танталовые. VT1 – любой аналогичный с допустимым током не менее 5А и порогом открывания не более 2В. На DA2 необходимо установить небольшой радиатор, для VT1 радиатор не требуется.
Если у кого-то не предвидится паяльник с термопарой – можно смело удалить из схемы C10, R36, R33,C11, R31, R32, R34, R35, DA3, однако вход PC0 нужно будет подтянуть к 5В резистором 10кОм.Прошивка микроконтроллера производилась с помощью обычного LPT программатора, состоящего из 4-х резисторов (в интернете находится без особого труда). Запрограммированные фьюзы: CKSEL3=CKSEL2=CKSEL0=SUT0=0 – галочки.
Разъем на паяльнике заменен на металлический микрофонный 6-и полюсный – родной PS/2 не внушал доверия. К выводам 1-2 разъема подпаян нагреватель паяльника, а к выводам 3-4 и 5-4 термодатчики (соответственно для терморезистора и термопары). Плата, с предварительно закрепленным на ней индикатором, закреплена в корпусе с помощью термоклея.
Схема обратноходового импульсного блока питания была взята из какого-то журнала, и была собрана на основе 561ЛА7 в качестве задающего генератора с регулируемой скважностью импульсов через цепь обратной связи. Однако, к сожалению, с годами схема была утеряна, и найти ее пока не удалось.
На передней панели корпуса были сделаны отверстия под кнопки и дисплей. Рисунок панели был распечатан на прозрачной пленке для лазерных принтеров в зеркальном отображении, после чего на рисунок был наклеен двухсторонний белый скотч (белый!! иначе рисунка видно не будет) со стороны тонера – кроме окна под индикатор.
После этого полученный сэндвич обрезают по периметру рисунка и аккуратно наклеивают на корпус – что бы совпали отверстия и кнопки. С внутренней стороны отверстий под кнопки были уложены небольшие кружки из пленки – что бы толкатели кнопок не прилипали к скотчу. Проще всего если кнопки приклеить к передней панели термоклеем – тогда не нужно точно фиксировать плату с кнопками.
Общий алгоритм работы
При включении контроллер запускает АЦП и считывает уровень напряжения на входах PC0, PC1. Если на обоих напряжение близкое к напряжению питания – паяльников нет, на дисплее высвечивается «Err» – ошибка. Если на одном из входов напряжение становится менее 4,5В выбирается соответствующий тип паяльника:
для входа РС0 – термопарный, для РС1 – резистивный; и начинается набор температуры до значения уставки. Для каждого паяльника хранится своя уставка температуры. При нажатии клавиши «больше» или «меньше» значение уставки текущего паяльника высвечивается на экране в мигающем режиме и далее увеличивается/уменьшается на 5С.
В процессе набора температуры мигает точка последнего индикатора. Когда температура приближается к значению уставки, точка перестает мигать и для резистивного паяльника гаснет, а для термопарного горит постоянно – так можно определить какой паяльник определился программой.
Мощность паяльника регулируется с помощью ШИМ модуляции с помощью ключа VT1. При включении паяльника мощность первоначально набирается плавно – для сохранения нагревателя паяльника. При проверке паяльника Lukey-REZISTRONIK выяснилось, что при напряжении 24В он светится в темноте – мне его стало жалко, и заполнение ШИМ для резистивного паяльника было ограничено до 70%. Для термопарного заполнение ШИМ 100%. Тем не менее паяльник Lukey нагревается от 25°С до 250°С за 60сек.
Алгоритм регулирования мощности следующий: при приближении к заданной температуре менее чем на 10С мощность подводимая к паяльнику уменьшается на 10% на каждый град.С. Для того, что бы точно выйти на заданную температуру в программе вводится температура смещения Tsm, которая принудительно смещает уставку до –10°С.
Первоначально смещение равно 2°С. Если температура паяльника находится в диапазоне (Задан.темпер Tsm)>=Тек.темпер. >= ( Задан.темпер Tsm − 10°С), тогда происходит постепенная коррекция смещения Tsm: если Задан.темпер.>Тек.темпер., то смещение Tsm увеличивается на 0,1°С, если Задан.темпер.<Тек.темпер.
Усилитель сигнала термопары собран на специализированной микросхеме AD8551 по классической схеме. Когда паяльник с термопарой отсутствует, резистор R36 подтягивает не инвертирующий вход к « » питания, в связи с чем, на ее выходе появляется 5В. – контроллер определяет отсутствие датчика.
К сожалению, на плате не хватило места для включения AD8551 по стандартной схеме из даташита – с компенсацией температуры холодного спая, поэтому температура холодного спая задана жестко – 23°С и в программе не учитывается ее изменение. Желающие увеличить точность измерения могут включить DA3 по рекомендуемой схеме.
Измерение температуры резистивного датчика производится с помощью делителя образованного резистором R26 и терморезистором паяльника.
Порядок действия по сборке паяльника
Вы подготовили инструменты и материалы! Теперь остаётся придерживаться примерного порядка действий, и тогда вы можете собрать самодельный паяльник на 12 Вольт без особого труда.
- Берём медную проволоку и изготавливаем жало. Учтите, что один конец проволоки необходимо заточить под углом в 45 градусов. Хотя это требование необязательно, но все равно лучше заточить под любой угол один конец рабочей медной проволоки. Конец проволоки залуживаем.
- Замешиваем рабочую изоляционную массу на основе талька и силикатного клея. Главное, добиться тестообразной формы вещества. Помните, все это время вам придётся бороться с липкостью рук, посыпая при этом порошком и вытирая руки ветошью.
- Готовое жало необходимо плотно окутать медной фольгой, при этом необходимо оставить около 10 мм конструкции полностью свободным.
- Сверху конструкции медной фольги посыпаем изолирующим материалом на основе талька. В данном случае вам придётся использовать источник тепла для подсушивания. Температура разогрева при этом должна быть от 100 до 150 градусов.
- Берём нихромовую нить, наматываем конструкцию спирали. Все витки должны прилагаться как можно плотно, при этом один конец витка должен иметь свободный размер 30 мм (т.н. прямой виток), а второй виток- 60 мм (условный размер заворотного витка).
- Покрываем обмотку электроизолирующей рабочей смесью. Точно также необходимо просушить на источником тепла – газовая или электрическая печь.
- Готовый длинный конец укладываем в трубку, но таким образом соблюдая расстояние на максимальном размере между ним и прямым, при этом примерное расстояние составит диаметру конструкции. После этого потребуется дополнительная обмазка и дополнительный рабочий процесс запекания.
- Теперь вмонтированное в трубку жало готово как полноценный нагревательный элемент.
- У вас остаются торчащие по обоим концам остатки нихромовой проволоки. Точно также обрабатываем аналогичным изолирующим составом примерно до половины размера. Сушим проволоку над печью. Контролируем так, чтобы остатки мест обработки полностью были покрыты изолирующим составом. В ряде случаев этот процесс придётся проделать несколько раз, но в целях безопасности лучше всего сделайте полную изоляцию остатков нихромовой нити.
- Производим сбор корпуса паяльника. Протягиваем рабочий шнур через отверстие в рукоятке. Производим соединение с концов необработанного нихрома с оголёнными частями шнура. После этого изолируем места соединения тальком с синтетическим клеем по проверенной технологии свыше.
- На подготовленный нагревательный элемент надеваем кожух. Один рабочий конец кожуха, должен технологически входить в конструкцию ручки рукоятки, второй компонент кожуха рекомендуется закрепить металлическими приспособлениями, в виде колпачка с отверстиями, который должен полностью исключить соприкасаемость контакта, с медной начинкой встроенного компонента нашего нагревательного прибора. При необходимости можно ограничиться только хомутом.
Прибор готов, необходимо его правильно протестировать!
Очень важно! В сеть паяльник можно включать только через трансформатор в 12 Вольт или через блок питания, рассчитанный на 12 Вольт, при этом сила тока – не более 1 А.
С различными напряжениями питания и регулировкой температуры нагрева
При длительной работе связанной с пайкой млогабаритных деталей
на печатные платы, особенно с использованием SMD компонент, приходится
использовать малогабаритные маломощные низковольтные паяльники. При
этом большое значение имеет возможность регулировки температуры
нагрева жала паяльника.
Описываемое устройство предназначено для
работы с двумя паяльниками на напряжение 6 и 36 вольт мощностью 15-20 вт.
Большая разница в питающих напряжениях не позволило найти готовое
удовлетворительное решения схемы. Встречались удачные схемы либо на
небольшое напряжение, либо на большое 36-42 вольта, плохо стыкуемые
между собой. Хотелось иметь единый блок, да с возможностью обдува
места пайки, чтобы не дышать копотью от паяльника.
Разработанное устройство предназначено для питания двух паяльников
на 6 и 36 вольт с регулировкой мощности нагрева жала паяльника от
50 до 100 процентов. В основном я работаю с паяльником напряжением 6в
и мощностью 18 вт.
Блок питания имеет три канала питания, причем 6-вольтовый является
основным и опорным. Для установки выходных напряжений и их контроля
цепи обратной связи схемы сравнения DA1 UC3842 подключены именно к
этому каналу.
12-вольтовый канал используется для подключения вентиляторов обдува
как самой конструкции, так и, при необходимости, места пайки.
36-вольтовый канал полностью независимый, и его напряжение можно
увеличить до 42 вольт пересчитав количество витков соответствующей
обмотки.
Выходная мощность блока до 40 вт.
Можно при необходимости, намотав еще обмотки и пересчитав витки,
получить дополнительные напряжения, отличные от указанных на схеме.
Внешний вид готовой конструкции представлен на рис.1.
Рис. 1. Внешний вид готовой конструкции
Блока питания реализован на основе микросхемы UC3842, разработанной
специально для построения импульсных источников для питания телевизоров,
монитров, факсов и т.д. Простота схемы схемы обеспечивается за счет
минимального количества элементов обвязки микросхемы.
Применение UC3842
позволяет обойтись и без понижающего трансформатора и питать схему
непосредственно сетевым напряжением. Но я отказался от этого варианта,
поскольку меня интересовала простота, безопасность и отсутствие
высоковольтных деталей, габариты же изделия для меня значения не имели.
Питание блока осуществляется от понижающего трансформатора на 32 вольта
при токе до 1.5 — 2А, что позволило избавиться от высоковольтных деталей
и контролировать выходное напряжение непосредственно с выхода блока.
В качестве понижающего трансформатора я применил готовый от неисправного
ксерокса, поэтому намоточных данных его не имею. Мощность его порядка
50-60 вт.
При проектировании использовался пакет программ для проектирования
РЭА PCAD 4.5., поэтому имеется электронный вариант блока питания.
Для тех, кто хочет воспользоваться этим пакетом, в исходном виде схема
(Bp_6_36.sch) и печатная плата (Bp_6_36.pcb) находятся в приложении.
Схема блока представлена на Рис.2, на Рис.3. Указано расположение
элементов на плате. На рисунках 4 и 5 показаны проводники с верхней и
нижней стороны платы соответственно.
Рис 2. Принципиальная схема блока питания
Рис.3. Расположение элементов на плате.
Способ №2. бесконтактная паяльная станция
Как показывает практика, далеко не всегда нагревом жала можно воздействовать на любые элементы платы, к примеру, к тем же smd деталям крайне трудно подобраться. В таких ситуациях используется паяльный фен, направляющий поток горячего воздуха на ножки.
Несмотря на схожесть, переделать обычное устройство для сушки волос в инфракрасную станцию не получится, так как рабочая температура должна достигать 500 – 800ºС. Для сборки такой паяльной станции вам понадобится компрессор для подачи воздуха, нагревательный элемент, корпус для элементов управления, сопло, понижающий трансформатор, выпрямитель, блок управления скоростью подачи воздуха.
Принципиальная схема такой паяльной станции приведена на рисунке ниже:
Принцип действия паяльной станции основан на воздействии инфракрасного излучения от нагревательного элемента непосредственно в область пайки. Компрессор подает воздух от нагревателя через сужающееся сопло, создавая эффект турбины, производительность насоса желательно обеспечить в пределах от 20 до 30 л в минуту.
При изготовлении инфракрасной станции существует два способа для ее выполнения – ручная модель или стационарная. Первый вариант подходит в тех ситуациях, когда корпус ИК паяльной предвидится относительно небольших размеров и будет удобно помещаться в руке.
Рассмотрим такой пример изготовления паяльной станции бесконтактного типа:
- Намотайте нагревательную спираль из нихромовой проволоки, в данном случае используется диаметром 0,8мм. Можете взять и другой вариант, к примеру, от электрической плиты.
Рис. 3: намотайте нагревательный элемент - Для намотки используйте жесткий каркас, укладывайте витки вплотную, но не делайте нахлестов и следите за тем, чтобы не закоротить намотку. Чем меньше диаметр проволоки у вас получится, тем эффективнее будет идти нагрев, достаточно будет спирали с наружным диаметром 8 – 10 мм.
- В данном примере изготавливаются несколько спиралей, соединяемых параллельно для повышения температуры нагрева.
- Установите полученную спираль на цилиндрический каркас из негорючего материала.
Предварительно удалите с каркаса все лишнее но если он уже готов, можете сразу осуществлять намотку.
- Изготовьте металлический стакан для нагревательного элемента, в этом примере изготовления паяльной станции мы сделаем его из корпуса пальчиковой батарейки.
- Из куска телескопической антенны от радиоприемника сделайте сопло, один край которого нужно расплескать и надеть на шайбу.
Рис. 5. Наденьте шайбу - Прикрутите шайбу сопла к стакану из батарейки при помощи соразмерных болтов.
Рис. 6: прикрутите сопло к стакану - Поместите внутрь стакана между спиралью и стенками термоизоляционный материал, чтобы предотвратить перегревание наружных деталей.
- Соберите диодный мост из четырех полупроводниковых элементов, если под рукой уже есть готовая сборка, можете использовать и ее.
- Изготовьте блок питания из понижающего трансформатора и выпрямительного агрегата, ваша задача получить на выходе низкое напряжение для снижения вероятности поражения электротоком. В рассматриваемом примере получается около 10 – 15В, мощность трансформатора составляет 150Вт. Аналогичная модель может браться с готового оборудования.
- Корпус для паяльной станции мы изготовим из обычной пластиковой бутылки. В данном примере нам нужен прозрачный пластик, так как в нем легче подключать блок питания, нагнетатель воздуха и плату управления.
Рис. 7. соедините все элементы в корпусе - Подключите куллер и нагревательную спираль к выводам блока питания, подсоедините регулятор напряжения.
Рис. 8. установите кулер
Регулировка мощности теплового потока может осуществляться либо по скорости подачи воздуха, либо по уровню напряжения, подаваемого на нагреватель.
