Паяльная Станция на базе ATMega8A

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 запасная SMD 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!

Для создании паяльной станции мне первым делом нужен был сам Паяльник, Термофен, Корпус и так далее:

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

3572754800.jpg

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

2471728032.jpg

  • Был приобретён «Корпус N11AWЧёрный» (2$);
  • ЖК дисплей WH1602 для отображения показателей температури статуса (2$);
  • МК ATMega8A (1$);
  • Пара микро тумблеров (0,43$);
  • 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 и фен имеют следующие характеристики:

  • 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

795964702.jpg

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

img4.png

Для управления температурой Паяльника и Фена нам в первую очередь нужно снимать данные с датчиков температур, и в этом нам поможет операционный усилитель LM358. Т.к. ЭДС у термопарыTCK очень мало (несколько милливольт), то операционный усилитель снимает эту ЭДС 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 и R11) в большую или в меньшую сторону.

Далее Нам нужно управлять нагревательным элементом Паяльника и Фена.

Паяльником мы будем управлять силовым полевым транзистором VT2 IRFZ44 и оптопарой U3 PC818 (для создания гальванической развязки). Питание на паяльник подаётся с трансформатора мощностью 60Вт, через диодный мостVD1 на 4А и фильтрующий конденсатор на C4=1000мкФ и C5=100нФ.

Так как на фен подаётся переменное напряжение 220В то управлять Феном будем Симистором VS1 BT138-600 и оптопарой U2 MOС3063.

Обязательно нужно установить Снаббер!!! Состоящий из резистораR20 220 Ом/2Вт и керамического конденсатора C16 на 220нФ/250В. Снаббер предотвратит ложные открывания симистора BT138-600.

В этой же цепи управления установлены светодиоды HL1 и HL2, 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».

132492898.png

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

1725117792.jpg

Первым делом пропаял перемычки и SMD-резисторы, а потом всё остальное. В конце концов получилось как-то так:

1538464976.jpg3655568129.jpg

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.

3833832113.jpg2391923994.jpg484276601.jpg

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

3018978474.jpg

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.

4098985594.jpg3375474634.jpg

Собрав всё в кучу, станция приобрела вот такой внутренний вид:

2064743386.jpg1181831786.jpg30484666.jpg

И внешний вид:

1018233098.jpg2269469204.jpg

Из обрезка текстолита были изготовлены подставки для паяльника и фена.

3202455259.jpg2206318443.jpg

Конечный Вид Станции

134590388.jpg895845892.jpg

Прошивка

Прошивка для микроконтроллера разрабатывалась с полного «Нуля» в программной среде «AVRStudio 5.0»на языке “С++”. Прошивалось программатором AVR USB ASPв программе «Khazama AVR Programmer».

В фьюзах меняем только частоту процессора на 2 МГц, всё остальное по – умолчанию:

2029703355.png603519143.png2446861495.png

Прошивка и исходный код можно в конце статьи

Примечания

  1. Транзистор VT1 Установить на хороший теплоотвод.
  2. Диод VD2, в цепи высокого напряжения, пропуская полупериод и уменьшает подаваемую мощность на Фена в 2 раза. Если нужно, чтобы Фен работал в полную мощность – вместо диода устанавливаем перемычку.
  3. В подставку для фена установлен неодимовый магнит. Когда фен кладётся на подставку, то срабатывает геркон и фен начинает остывать до 80℃. Как только снимается с подставки, он начинает нагреваться до ранее установленной температурой.
  4. При выключении фена турбина продолжает работать до тех пор пока фен не остынет до 80℃.
  5. Когда паяльник или фен не подключены к станции, то высвечивается надпись: «SolderERROR» или «HotAirERROR».
  6. Ножки микроконтроллераATMega8A: 2,3,6,23 – не используются.
  7. Переменный резисторR1 в цепи ЖК дисплея – настраивает контрастность экрана.
  8. Ножки ЖК дисплея: 7,8,9,10 – весят в воздухе.

Вывод: Очень доволен аппаратом! Прошло уже пол месяца как я его собрал, и всё работает на ура!!! В дальнейшем планирую немного его доработать, а именно внедрить в неё простой лабораторный блок питания (1,3-30В) ток 3А и выводить показания напряжения и тока на ЖК-дисплей. Специально для этого приобрёл DC-DC понижающий преобразователь.

3236241604.jpg

Скачать прошивку, исходный код а также плату можно тут

Конструкцию Разработал и Реализовал Нагирич Владислав

Расчет импульсного трансформатора

Подписаться на новости
Введите Ваш e-mail

Усилители мощности
Блоки питания
Arduino
Программаторы
Радиоконструкторы
Прочее...