Паяльная станция построена на Arduino Nano, поэтому для повторения не потребуется программатор и различные переходники для него. Схема имеет минимум деталей и не требует наладки.
- Диапазон температур: 27°C–525°C;
- Время разогрева: 25–37с (325°C);
- Рекомендуемый источник питания: 24В, 3А;
- Мощность: 50Вт (средняя).
За и против цифровых паяльных станций
Как и любой другой радиолюбитель, я начал с обычного паяльника. Они хороши, но у них есть несколько минусов:
- Паяльнику, прежде чем им можно будет паять, требуется 7-15 минут для нагрева;
- После прогрева эти паяльники будут продолжать работать с максимальной температурой;
- В некоторых случаях, при продолжительном контакте, эти паяльники могут повредить электронные компоненты.
Обычные паяльники с диммерами:
Существует простой и распространенный способ регулировать температуру у обычных паяльников — это подключить их через диммер, чтобы ограничить мощность, поступающую на нагревательный элемент. Паяльники со встроенным диммером легко купить в магазине. Единственный недостаток — отсутствие обратной связи по температуре. При пайке массивных элементов таким паяльником, температура жала будет падать, что потребует увеличения температуры регулятором диммера. Как только пайка прекращена, жало начнёт перегреваться, и потребуется уменьшить температуру соответствующим регулятором.
Цифровая паяльная станция:
Паяльник очень похож на паяльник с диммером, но все автоматизировано с помощью системы ПИД. Проще говоря, автоматизированная электронная система управления паяльной станцией постоянно настраивает «ручку диммера» за вас. Когда система обнаруживает, что температура жала паяльника ниже заданной температуры, система увеличивает мощность, необходимую для нагрева жала. Когда температура паяльника выше установленной, его питание отключается, что приводит к падению температуры. Система делает этот процесс очень быстро, постоянно включая и выключая нагревательный элемент паяльника, чтобы поддерживать постоянную температуру на жале. Вот почему с цифровыми паяльными станциями время прогрева значительно сокращается.
- Arduino Nano;
- Понижающий преобразователь (MP2303);
- 5-контактный разъем DIN-розетка;
- Разъем постоянного тока (2,1 мм);
- Блок питания 24 В, 3 А;
- ЖК-дисплей 16X2 I2C;
- Микросхема операционного усилителя LM358;
- МОП-транзистор IRLZ44N;
- Электролитический конденсатор 470uF 25V;
- Резистор 470 Ом 1/4 Вт;
- 2,7 кОм Резистор 1/4 Вт;
- Резистор 3,3 кОм 1/4 Вт;
- Резистор 10 кОм 1/4 Вт;
- Потенциометр 10k.
Внутри паяльника Hakko 907 находится нагревательный элемент с датчиком температуры. Оба заключены в керамический материал. Нагревательный элемент — это просто змеевик, который выделяет тепло при подаче электроэнергии. С другой стороны, датчик температуры представляет собой термистор. Термистор похож на резистор: при изменении температуры изменяется его сопротивление.
К сожалению, Hakko не предоставляет данных о термисторе внутри своих нагревательных элементов. Поэтому я нагревая термистор записывал его сопротивление, получив тем самым график зависимости сопротивления от температуры.
Чтобы получить полезный выходной сигнал от датчика температуры термистора, пришлось подключить его в плечо делителя напряжения. Сопротивление верхнего резистора делителя напряжения я выбрал исходя из того, чтобы ограничить максимальную мощность, рассеиваемую на датчике (установив его на максимум 50 мВт). Максимальное выходное напряжение делителя в условиях максимальной рабочей температуры при этом составило около 1,6 В. Для более точного измерения температуры жала паяльника требуется усилить этот сигнал перед подачей его на АЦП Ардуино.
Для усиления сигнала от датчика температуры в устройстве применён не инвертирующий усилитель на операционном усилителе, коэффициент усиления которого составляет 2,22. Усилитель имеет запас по напряжению, что позволит применять другие модели паяльника.
В проекте, в качестве коммутирующего элемента, применён простой N-канальный MOSFET управляемый логическим уровнем IRFZL44. Он служит цифровым переключателем для подачи питания на нагревательный элемент. Неинвертирующий операционный усилитель (LM358) используется для усиления и масштабирования крошечных напряжений, которые создает комбинированный термистор делителя напряжения. Потенциометр 10k используется в качестве ручки управления температурой, а светодиод — это просто индикатор, который я подключил и запрограммировал в проекте, чтобы отображать, активен ли нагревательный элемент. Для этого конкретного проекта я использую ЖК-дисплей 16X2 с драйвером I2C, так как он более удобен для новичков в электронике.
Поскольку на большинство клонов Arduino Nano можно подавать напряжение не более 15 В, не перегружая регулятор AMS1117 5 В, а на нагревательный элемент требуется подать 24 В, для оптимальной работы я использую понижающий преобразователь. Регулятор AMS1117 5V, который есть в большинстве клонов Arduino Nano, имеет падение напряжения 1,5 В, это означает, что входное напряжение с вывода VIN Arduino Nano должно быть 6,5 В (5 В + 1,5 В).
Перед установкой понижающего преобразователя на плату, требуется подстроечным резистором установить выходное напряжение в районе 6,5-7В.
Перед компиляцией и загрузке кода в Ардуино убедитесь, что библиотеки Wire.h и LiquidCrystal_I2C.h установлены.
При первом включении паяльной станции не забудьте подстроечным резистором настроить контрастность ЖК-дисплея.
Паяльную станцию можно запитать от любого блока питания с выходным напряжением 24В и током 3А. Можно применить блок питания от ноутбука с выходным напряжением 18В и током 2,5А, но время прогрева паяльника увеличиться до 37 с.
Для улучшения теплопроводности рекомендую в паяльное жало Hakko 907 добавить термопасту. Только не забудьте выпустить воздух в течение первых 30 минут работы, так как смазка начнет кипеть и выделять пары. По прошествии 30 минут паста твердеет и становиться похожей на мел. Когда придет время замены наконечника, постукивая молотком по наконечнику, следует аккуратно вытаскивать нагревательный элемент изнутри.
Я использую эту паяльную станцию уже почти 5 лет и очень ей доволен!
Дополнительные файлы к статье тут
сожалению, производители современной бытовой электронной аппаратуры всё чаще используют электронные компоненты на безвыводной пайке, так называемые BGA (англ. Ball grid array— массив шариков). Процесс демонтажа данных компонентов осложняется тем, что необходимо создать выдержанные значения и временные интервалы воздействия температуры в зоне пайки так называемых «шаров». Эту задачу легко решают промышленные образцы инфракрасных паяльных станций (например ТермоПро), но их стоимость не по карману обычному обывателю домашней мастерской.
К счастью, в настоящее время на рынке электроники, который пестрит готовыми платами с микроконтроллерами на борту, например ARDUINO. Вполне по силам собрать такую паяльную станцию своими силами. Для этого потребуется усидчивость, уверенное знание ПК, а также ПРЯМЫЕ РУКИ и горячий паяльник)))
На видео, помещенном в начале этой статьи, подробно показана работа простейшей системы параметрического автоматического регулирования температуры в зоне бесконтактной пайки инфракрасным излучением при помощи простейшей китайской термопары (по схеме TC1), готового модуля (опять же китайского) ARDUINO UNO (по схеме Arduino328), силового ключа на n-канальном MOSFEET транзисторе IRFZ-44N (Q1), который управляет мощностью накала автомобильной галогеновой лампы (L1). Данная система используется в качестве стенда для «обкатки» самостоятельно написанной программы в среде визуального программирования для микроконтроллеров AVR –
Конструкция инфракрасной паяльной станции на ARDUINO претерпела ряд изменений в сравнении с изначальной задумкой. Все конструктивные решения были приняты в ходе практических испытаний. Уверен, что это ещё не окончательная итерация данного проекта.
Изначально, силовую часть планировалось реализовать в одном блоке с микроконтроллером и электроникой измерения температуры с термопар, но от данного решения пришлось отказаться, потому что уровень помех (выделены на рисунке 1 красным) от процесса включения и выключения мощной нагрузки значительно влиял на высокочувствительные усилители термопар на операционных усилителях AD8495 (фото 1, 2).
На рисунке 2 представлен график термопрофиля после разнесения печатных плат управления мощной нагрузкой от печатных плат микроконтроллера и операционных усилителей термопар. Как видно, «колебания» температуры практически исчезли.
Советую Вам при проектировании своей собственной инфракрасной паяльной станции сразу же предусмотреть разнесение силовых цепей нагрузки от слаботочных цепей управления. Это сэкономит уйму времени и нервов. В своей конструкции я разместил печатные платы управления мощностью верхнего и нижнего нагревателей в алюминиевый корпус нижнего нагревателя.
Блок управления благополучно занял пространство старого корпуса от компьютерного блока питания (фото 3). В качестве основы для крепления печатных плат Arduino UNO и ОУ усилителей термопар была использована распаянная печатная плата блока питания (фото 4).
В корпусе нижнего нагревателя были реализованы выключатель питания от сети 220 Вольт и переключатель рабочих секций нагревателя (положение «1»-работают 6 ламп, положение «2» — только левые 3). Рабочая поверхность выбирается исходя из размера нагреваемого объекта (фото 5). На задней стенке корпуса нижнего нагревателя размещены: радиатор охлаждения симистора и полевого транзистора регуляторов мощности нижнего и верхнего нагревателей (фото 7), а также разъемы питания и управления (фото 6).
Верхний нагреватель является съёмным — смонтирован на штативе от фотоувеличителя (фото 8). Местом соединения штатива и корпуса нижнего нагревателя является штатный фланец, снятый с фотоувеличителя (фото 9).
Инфракрасная паяльная станция (рис. 3) на 50% состоит из готовых модулей, которые можно приобрести на AliExpress. Исключением являются платы управления мощностью нижнего и верхнего нагревателя (фото 8).
Регуляторы мощности необходимо изготовить самостоятельно, поскольку использование твердотельных реле в данной конструкции НЕ ПРЕДУСМОТРЕНО!
Возможности моей ИК-паяльной станции на данной стадии разработки:
Имеется два независимых автоматических трёхшаговых термопрофиля: для свинецсодержащего припоя — AUTO Pb+, и для безсвинцового припоя — AUTO Pb- (фото 10) . Каждый шаг настраивается вручную непосредственно с блока управления станции (фото 11, 12). По окончании времени отработки термопрофиля или при достижении максимальной температуры пайки по термопрофилю, предусмотрена функция подачи звукового сигнала и автоматического отключения нагревателей (фото 13).
Режим ручного управления паяльной станции (MANUAL CONTROL)– мощность верхнего и нижнего нагревателей регулируется при помощи энкодера на лицевой панели блока управления. Предусмотрена функция независимого отключения нагревателей. На протяжении всего времени работы в ручном режиме, программа непрерывно опрашивает значения температур с термопар и выводит полученные значения на дисплей. Также выводятся значения мощности для верхнего и нижнего нагревателей, выраженные в процентах, и статус их работы (ON/OFF) (фото 14).
В процессе работы в автоматическом режиме, значения с термопар непрерывно поступают в виртуальный COM-порт. Полученные результаты можно просмотреть в виде графика в любой программе, поддерживающей опрос COM-порта и умеющей строить график зависимости полученного значения от времени. Для этих целей была использована программа — SerialPortPlotter (найдёте в архиве с файлами проекта). Полученные таким образом графические термопрофили работы паяльной очень сильно упростили настройку коэффициентов ПИД-регулятора (см. рис. 2).
Стоит также отметить, что автоматические режимы (Pb+ и Pb-) реализованы на трёхшаговом нагреве. Каждый шаг настраивается независимо от двух других. Такое решение позволяет достаточно гибко реализовать настройку термопрофиля в целом.
Доработки инфракрасной паяльной станции на arduino в версии 2
Реализована регулировка мощности верхнего и нижнего нагревателей при помощи датчика нуля. Данное решение, является классическим для силовых схем с переменнным током. В моей реализации передний фронт импульса строго привязан к переходу синусоиды через ноль, а его длительность изменяется при помощи 8-битного таймера Timer2 микроконтроллера Atmega328p, установленного на печатной плате ArduinoUNO. Обращаю внимание, что для других микроконтроллеров настройка будет другой! В процессе реализации своей идеи, аппаратного управления ШИМ с привязкой к переходу синусоиды через ноль, пришлось использовать настройку таймера через регистры.
На осциллограммах показаны сигналы с выхода датчика перехода через ноль и сформированный ШИМ (рис. 4). Из-за особенности схемотехники регуляторов мощности низкий логический уровень на входе регулятора соответствует максимальной мощности в нагрузке. А также, осциллограмма сигнала на нагревателе (рис. 5).
Меню блока управления адаптировано под жидкокристаллический символьный LCD 1602 на контроллере HD44780 или аналогичном. Выбор дисплея производится установкой 0 или 1 напротив #define LCD_SELECT в скетче паяльной станции.
Делитесь своими фотографиями получившихся конструкций в моей группе в VK.
Страница 12 из 13
Страница 3 из 13
Arduino, RaspberryCCFL, LED продукция и контроллерыАккумуляторыВидео конвертеры, СкалерыГенераторыДАТЧИКИДвигатели, регуляторы скорости, насосы, клапаныДиммерыДисплеиЗарядные устройстваИзмерительные приборыИнструменты, материалыИсточники питания, DC-DC конвертерыКорпуса для РЭАПаяльное оборудованиеПрограмматорыРадио передатчики/приемникиРадиоконструкторы, наборы для пайкиРелеУсилители мощности, FM, MP3 и Bluetooth модулиЧасы, таймерыЭлектронные модули
Терморегулятор W1209 СИНИЙ от -30 до +110°С, дискретность: 0.1°C, питание -12В
Цена действительна только для интернет-магазина и может отличаться от цен в розничных магазинах
- Вы можете задать любой интересующий вас вопрос по товару или работе магазина.
Наши квалифицированные специалисты обязательно вам помогут. - Дополнительная вкладка, для размещения информации о магазине, доставке или любого другого важного контента. Поможет
вам ответить на интересующие покупателя вопросы и развеять его сомнения в покупке. Используйте её по своему
усмотрению. Вы можете убрать её или вернуть обратно, изменив одну галочку в настройках компонента. Очень удобно.
Задать вопрос
ПИД регулятор – один из самых распространенных автоматических регуляторов. Он настолько универсален, что применяется практически везде, где нужно автоматическое управление. Например температурой: специальные печи, холодильники, инкубаторы, паяльники, сопло и стол 3D принтера, ИК паяльные станции и прочее. Поддержание частоты оборотов мотора, например для станков. Всевозможные балансирующие штуки, гироскутеры, сигвеи, левитирующие магнитные платформы, и конечно же квадрокоптеры и самолёты с автопилотом. Это всё ПИД регулятор. Почему именно ПИД? Существуют и другие регуляторы, превосходящие ПИД по адаптивности к управляемой системе и стабильности, например линейно квадратичный. Но, чтобы грамотно синтезировать такой регулятор, нужно быть гораздо больше чем “семи пядей” во лбу, а настройка ПИД регулятора дело хоть и неприятное, но фактически очень простое и под силу любому, а сам ПИД регулятор универсален для почти любого процесса.
Система управления
Прежде чем переходить непосредственно к пиду, очень важно понять и запомнить несколько базовых понятий, из которых состоит автоматическая система. В первую очередь это регулятор, который всем заправляет и находится в центре системы. Регулятор в данном понимании – математический алгоритм или часть программы, которая крутится на микроконтроллере. Регулятор, как алгоритм, работает с обычными числами. Объект управления – это девайс, которым мы управляем, например печка или мотор. Для этого у нас есть управляющее устройство, например диммируемый тен или драйвер мотора. Управляющее устройство получает от регулятора управляющий сигнал, то есть конкретное число. Это может быть заполнение шим сигнала, от 0 до 255, а может быть угол поворота сервомашинки от 0 до 180, потому что регулятору без разницы чем управлять. В объекте управления у нас стоит датчик, с которого регулятор получает управляемую величину, то есть текущий сигнал с датчика. Это – обратная связь, которая и даёт возможность системе ирчно поддержать заданное значение. В случае с печкой это температура, а с мотором – частота оборотов. Ну и наконец регулятор получает установку (уставку), то есть число, к которому он должен привести текущее значение с датчика. Установка может задаваться каким угодно образом: крутилкой, ползунком, энкодером, кнопками, да хоть смской или голосовым вводом. Регулятору это неважно, для него это просто цифра. Задача регулятора состоит в том, чтобы сравнивать текущее значение с установкой и выдавать управляющий сигнал на управляющее устройство. То есть в программе это будет выглядеть условно так: регулятор получил установку, регулятор получил значение с датчика, регулятор выполнил вычисления и выдал нам управляющий сигнал, опять же число. Если это шим – мы его подаём через функцию генерации шим. Есть ещё один момент – регулятор должен делать расчёты и применять управляющий сигнал через равные промежутки времени, то есть с равным периодом или частотой. Эта частота называется частотой дискретизации системы, а период обозначается как dt, прямо как период интегрирования.
