Как то на первом курсе стал я счастливым обладателем паяльника ЭПСН25/24 (с питанием ~24В). И ничего мне для счастья больше не надо было. Через лет пять я успешно сжег трансформаторный блок питания (коснулся жалом к включенному самодельному ионизатору – прострелила искра и пошел дым…) в связи с чем трансформаторный БП был заменен на импульсный.
Но вот прошло 16 лет, наткнулся я на статью [1], и захотелось мне приобрести паяльник с вечным жалом и керамическим нагревателем. Но вот беда: к родному ЭПСН было уже много самодельных насадок – выбросить жалко, да и все найденные конструкции в интернете были слишком уж громоздкие, не хотелось такой гроб на стол ставить (работать приходится по ночам на столе в спальне – жена явно будет против такой обновки…). Ну и некоторые сомнения были по поводу удобства необгораемых жал. Потому решено было сделать паяльную станцию, да такую, что бы поместилась в существующий корпус блока питания паяльника 80х55х65мм(без штырей вилки), да ещё что бы можно было подключить к ней и старенький ЭПСН.
Сказано – сделано. Приобрел я паяльник Lukey-REZISTRONIK (21$) с нагревателем HAKKO 1321 (24V 48Wt датчик резистивный – при 25С ~50Ом) и дополнительным жалом Xytronic 44-510604/JP ( 6$ клиновидное 1.6мм).
А в старенький ЭПСН была встроена термопара от китайского мультиметра. Потому схема разрабатывалась с учетом поддержки как термопарного датчика так и резистивного.
И вот что получилось…
Принципиальная схема паяльной станции
Размер платы контроллера (без БП) при применении SMD элементов составил всего 43х33мм.
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., то смещение Tsm уменьшается на 0,1°С. Таким образом температура достаточно точно выходит на заданную, и колебания не превышают +–1°С. Это фактически аналог пропорционально-интегрального регулятора.
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.
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, потому что суммарный ток не превышал разрешенные даташитом 40мА на порт. При недостаточной интенсивности свечения возможно уменьшение гасящих резисторов до 560Ом. Индикатор HL1 подпаян к плате тонкими проводами МГТФ, после чего закреплен с обратной стороны к ней же термоклеем.
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. R33, С10, С11, С12 – служат для фильтрации помех в измерительных цепях: их значения некритичны. SA1, SA2 – микрокнопки без фиксации, запаяны с обратной стороны платы (со стороны индикатора).
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. Но, к сожалению, с годами схема была утеряна, и найти ее пока не удалось. Рекомендую собрать БП на специализированных микросхемах серии TopSwitch или Viper, например, по схеме [4]. Неоднократно собирал БП с этими микросхемами и ни разу не было проблем – запускались сразу.
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 2-хсторонний 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.
Настройка паяльной станции
Калибровку измерения температуры можно произвести в «железе», а можно программно. Для калибровки в «железе» канала измерения температуры термопары необходимо подогнать коэффициент усиления AD8551 подбором резисторов R34, R35. Для калибровки канала измерения температуры резистивного датчика необходимо подобрать R26.
Для программной калибровки нужно подобрать коэффициенты в строках 80..83:
Для резистивного датчика: const_rt0 – значение полученное АЦП контроллера при температуре датчика 0гр.С(т.е. смещение характеристики); const_drt – приращение количества шагов АЦП при изменении температуры в 100град.С (т.е. наклон характеристики).
Для термопары: const_THA0 – температура умноженная на 10 холодного спая термопары; const_THA — приращение количества шагов АЦП при изменении температуры в 100град.С.
Hex-коды прошивки контроллера, исходный проект на Си (для CodeVisionAVR V2.04.4a), схема и разводка платы (PCAD2006) прилагаются к статье.
P.S. Пользуюсь паяльной станцией и паяльником Lukey уже полгода и теперь берусь за ЭПСН лишь в случае крайней необходимости. Полностью согласен с автором [1], что жало идущее в комплекте с паяльником полностью бестолковое и годится лишь для коррекции пайки многовыводных SMD элементов. Паять им очень неудобно, и смачивается припоем оно плохо. Кроме этого олово на нем поднимается по острию вверх, а не остается на конце, чем создает дополнительные неудобства. А вот приобретенное клиновидное 1,6мм. жало очень удобное – им легко паять как SMD элементы, так и мощные транзисторы в корпусах типа ТО-220. После чистки о губку (кстати очень быстро и удобно) лудится оно мгновенно – подносишь припой и он сам растекается по кончику жала. Если посмотреть на фотографию жала – видно, что кончик жала покрыт чем-то вроде серебра, поэтому и лудится оно легко.
Литература
Изменения в прошивке (от 02.02.2013):
1. Добавлено шесть кнопок памяти: выводы PD0,PD1,PB2,PB3,PB4,PB5.
2. Добавлен режим корректировки, с вводом поправочного коэффициента температуры.
3. Увеличена максимально задаваемая температура до 400С.
4. Увеличена максимальная мощность паяльника до 90%.
5. Улучшен переходной процесс при выходе на заданную температуру.
6. Добавлена возможность паять при отрицательных температурах.
Скачать прошивку, проект в CodeVisionAVR, печатные платы в P-CAD вы можете ниже
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
DA1
МК AVR 8-битATmega48P1
DA2
Линейный регуляторL7805AB1
DA3
АЦПAD85511
VT1
MOSFET-транзисторIRL5201
С3, С9
Электролитический конденсатор100 мкФ2
С4-С8, С10-С12
Конденсатор100 нФ8
R3
Резистор10 кОм1
R17-R24, R31, R32
Резистор1 кОм10
R25
Резистор100 Ом1
R26
Резистор560 Ом1
R33
Резистор56 кОм1
R34
Резистор68 кОм1
R35
Резистор4.7 кОм1
R36
Резистор200 кОм1
HL1
ИндикаторE30361LCBW1
L1
Катушка индуктивности33 мкГн1
SA1, SA2
Кнопка2
Х1-Х5
Разъем1
Х6 — Х7
Разъем1
XS1
Разъем1
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- Solder_Station.rar (234 Кб)