Паяльная станция своими руками энкодер

Паяльная станция с энкодером.

Автор: Shuriko
Опубликовано 25.02.2010

На создание этого проекта подтолкнули проекты двух паяльных станций с LCD и семисегментными индикаторами (огромное спасибо их создателям), желание получить паяльную станцию и опробовать свои силы в программировании микроконтроллеров.
Итак, основные отличия от вышеупомянутых станций — управление станции энкодером с встроенной кнопкой, простенькое меню станции, позволяющее контролировать ряд параметров и возможность автоматической калибровки станции под конкретный паяльник.
Схематически станция очень похожа на варианты Михи и Павла:

Пояснения к схеме: специально упущены моменты питания. Каждый решает сам, каким образом оно будет организовано. То ли это будет один источник 24В с понижение до 5В для питания цифровой схемы или это будут две обмотки трансформатора : К примеру, у меня для питания нагревателя используется блок питания от ноутбука 19В 3,42А, который у меня был «лишним». В идеале — это 24В и ток не менее 2А. В предлагаемой плате уже стоит стабилизатор на 5В и сглаживающий конденсатор, но стабилизатор рассчитан на использование без радиатора. Хотите на радиатор — вынесите стабилизатор за плату.
Отсутствие кварцевого резонатора обусловлено тем, что частоты и стабильности внутреннего генератора вполне достаточно для нормальной работы станции.
По поводу LCD — использовать можно любой индикатор 16 символов на 2 строки с контроллером HD44780 либо аналогичным. Главное соблюсти следующие условия:

На моей плате на 10 контактный разъем LCD дополнительно выведено напряжение подсветки через ограничительный резистор (пин 4) и напряжение конраста (пин 8).
Подсветку можно делать, можно не делать. По даташиту смотрим куда подключать. Ну и тогда прибавляем ток подсветки к требованиям к БП для питания цифровой части схемы.
Используется АТМега 16 только из-за размера флеша в 16Кб ну и просто была под рукой. По идее, та прошивка, которая есть на данный момент, влезет и в Мегу 8, но использует 98% её памяти.
Усилитель термопары выбран LM358N из соображений дешевизны и достаточности для данного проекта. Как возможность дальнейшего апгрейда остаётся второй усилитель микросхемы.
Транзистор для ШИМа тоже используется любой подходящий. Греться он практически не должен, потому как работает в ключевом режиме. Я использовал IRFZ44N, который подсмотрел в станции от Михи, так что спасибо ему за наводку. Чем меньше сопротивление открытого канала — тем лучше. У IRFZ44N оно равно 0,022 Ом.
Энкодер я взял тот, который нашёл в радиомагазине. Подойдёт абсолютно любой механический (для оптического нужно будет подать на него питание и убрать подтягивающие резисторы с выходов). Можно даже и в этом варианте убрать подтягивающие резисторы, включив внутренние Меги, но я не особо хочу ими рисковать :. Ножки у моего энкодера были не промаркированы, так что где что определял методом научного тыка. Если не найдёте с кнопкой — не расстраивайтесь. Придется тогда просто вынести отдельно кнопку, что будет, правда, не настолько удобно, но всё же как вариант.
Пищалка использовалась без генератора. Если поставите с генератором — будет каша. В таком случае маякните мне и я внесу необходимые изменения в прошивку.
Немного про усилитель термопары. Постоянный резистор обратной связи я сначала поставил 120 кОм как в одном из вариантов паяльных станций, но толи из-за того, что усилитель с индексом N, а не просто 358, толи из-за паяльника, но такого сопротивления оказалось мало. Пришлось ставить два на общее сопротивление 164 кОм. После настройки одно пришлось убрать (закоротить) и оставить одно на 82 кОма. Этого оказалось достаточно.
Резистор R6 можно не ставить. Практика показывает — если сгорит транзистор ШИМа и будет пробой — скорее всего накроется и порт МК или весь МК.
Паяльник использовался как и в предыдущих станциях для Solomon»а с такой же распиновкой (картинка стыбрена, разумеется):

Схема сначала у меня работала на макетке, той, которая без пайки. Нормально. Температура не скачет.
Пара очень важных моментов:
1. Контакт S (крайний правый) полевика должен быть подключен непосредственно к земле питания нагревателя, а не к земле в другом месте. Несоблюдение этого условия в первоначальном варианте моей платы привело к тому, что при включении нагрева шли очень сильные помехи на вход усилителя термопары, которые сажал на землю конденсатор С1 вместе с полезным сигналом и температура становилась равна нулю.
2. В первоначальном варианте платы не было С3 и когда включался или поддерживался нагрев — температура делала скачёк и практически не могла установится на одном уровне. Разместить его нужно как можно ближе к микросхеме усилителя между ножками 3 и 4 (в плате он уже есть).
3. В процессе настройки температуры (настраивал по термопаре мультиметра прикрепленной к самому кончику жала) выяснилось, что термопара паяльника (или мультиметра?) довольно нелинейна и если её настроить на 280 градусах, то комнатную температуру она будет занижать уже на 10-12 градусов. Я так и оставил. Главное чтобы было правильно в рабочем диапазоне. Со временем можно будет попробовать программно внести коэффициент. Ещё одно — от момента установки температуры по термопаре паяльника до установки её на жале проходит секунд 15. Не стоит об этом забывать.

Теперь о работе станции. Сразу после включения станция проверяет работоспособность ЕЕПРОМа, а точнее таблицы с калибровочными данными. Если они неверны (а так и есть при первом включении), станция попросит перезапустить её с нажатой кнопкой, после чего запустится процедура калибровки. Процедура эта довольно длительная из-за желания минимизировать влияние тепловой инерции паяльника. В ходе калибрования паяльник будет разогрет от 40 до 420 градусов. В это время будет отображаться устанавливаемая температура и текущая температура. После окончания калибровки станция перейдёт в рабочий режим. На данный момент процедура калибровки довольно примитивна, но у меня уже есть идеи для более правильной калибровки, которую я постараюсь реализовать в следующих прошивках.
Если всё ОК, то сразу после включения станция сделает «мягкий» разогрев, чтобы уменьшить нагрузку на блок питания, потому как холодный нагревательный элемент имеет существенно меньшее сопротивление, нежели в рабочем состоянии.
В основном режиме станция показывает выбранную и текущую температуры.
Вход в меню реализован через нажатие кнопки в рабочем режиме. Первые три пункта — выбор пресетов температур. То есть, нажали кнопку, вошли в меню на первый пресет, для его выбора — снова нажали кнопку. Если нужно — покрутили энкодер, выбрали второй или третий пресет, нажали кнопку, получили нужный выбор температуры.
Четвёртый пункт меню — вход в подменю настройки пресетов. Тут тоже всё просто. Выбрали пресет, нажали кнопку (возле значения высветились знаки » «), выставили температуру пресета, нажали кнопку — настройка запомнилась в ЕЕПРОМе. Дальше выбрали выход в основное меню.
Пятый пункт — запуск калибровки. Нажатие на кнопку — запуск процедуры. В принципе можно убрать этот пункт, т.к. калибровку можно запустить включив станцию и удерживая кнопку.
Шестой пункт — настройка таймера спящего режима. Перед переходом в спящий режим станция три раза коротко пикнет, после чего один раз длительно пикнет (примерно 1 секунду) и выдаст на экран сообщение о том, что она заснула. Выход — нажатие кнопки. В спящем режиме жало немного подогревается.
Седьмой пункт — возвращение в рабочий режим.
Во время навигации в меню паяльник переходит в режим очень слабого нагрева из соображений безопасности.
Прошиваем либо на программаторе, либо выводим разъем на плате. Я вывел на плате. После прошивки отключаем программатор и только после этого включаем станцию, иначе будут глюки.
Теперь по поводу фьюзов. Опишу только что нужно, а уже кто в каком программаторе шьёт — так и будете выставлять. Итак, выставляем работу от внутреннего генератора 8 МГц. По умолчанию Мега установлена на 1МГц, от чего работать она не перестанет, но будет «вяло» отзываться на энкодер и изменения температуры, ну и таймер будет некорректно работать. Дальше, отключите JTAG — его пины используются. Выставляем BODEN и BODLEVEL, так, чтобы при напряжении ниже 2,7В (можно 4В) МК правильно выключался (нужно для корректной работы, потому как в устройстве используется ЕЕПРОМ).
Вот собственно и всё. Надеюсь, устройство понравится.

Источник

Simple Solder MK936. Простая самодельная паяльная станция своими руками

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 .
Обратите внимание, что у нас также есть версия этого устройства на SMD-компонентах!

Для чего нужна паяльная станция

Обычный паяльник, который включается напрямую в сеть просто греет постоянно с одинаковой мощностью. Из-за этого он очень долго разогревается и никакой возможности регулировать температуру в нем нет. Можно диммировать эту мощность, но добиться стабильной температуры и повторяемости пайки будет очень сложно.
Паяльник, подготовленный для паяльной станции имеет встроенный датчик температуры и это позволяет при разогреве подавать на него максимальную мощность, а затем удерживать температуру по датчику. Если просто пытаться регулировать мощность пропорционально разности температур, то он будет либо очень медленно разогреваться, либо температура будет циклически плавать. В итоге программа управления обязательно должна содержать алгоритм ПИД-регулирования.
В своей паяльной станции мы, конечно, использовали специальный паяльник и уделили максимум внимания стабильности температуры.

Паяльная станция Simple Solder MK936

Технические характеристики

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

Принципиальная схема

Схема предельно простая. В основе всего микроконтроллер Atmega8. Сигнал с оптопары подается на операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (для калибровки) и затем на вход АЦП микроконтроллера. Для отображения температуры использован семисегментный индикатор с общим катодом, разряды которого включены через транзисторы. При вращении ручки энкодера BQ1 задается температура, а в остальное время отображается текущая температура. При включении задается начальное значение 280 градусов. Определяя разницу между текущей и требуемой температурой, пересчитав коэффициенты ПИД-составляющих, микроконтроллер при помощи ШИМ-модуляции разогревает паяльник.
Для питания логической части схемы использован простой линейный стабилизатор DA1 на 5В.

Принципиальная схема Simple Solder MK936

Печатная плата

Печатная плата односторонняя с четырьмя перемычками. Файл печатной платы можно будет скачать в конце статьи.

Печатная плата. Лицевая сторона

Печатная плата. Обратная сторона

Список компонентов

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

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

Вот так выглядит комплект всех деталей:

Комплект деталей для сборки паяльной станции Simple Solder MK936

Монтаж печатной платы

При сборке печатной платы удобно пользоваться сборочным чертежом:

Сборочный чертеж печатной платы паяльной станции Simple Solder MK936

Подробно процесс монтажа будет показан и прокомментирован в видео ниже. Отметим только несколько моментов. Необходимо соблюдать полярность электролитических конденсаторов,светодиода и направление установки микросхем. Микросхемы не устанавливать до тех пор, пока корпус полностью не собран и не проверено питающее напряжение. С микросхемами и транзисторами необходимо обращаться аккуратно, чтобы не повредить их статическим электричеством.
После того, как плата собрана, она должна выглядеть вот так:

Печатная плата паяльной станции в сборе

Сборка корпуса и объемный монтаж

Монтажная схема блока выглядит следующим образом:

Монтажная схема паяльной станции

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.
Затем выключатель и разъем можно установить на лицевую панель. Обратите внимание, что выключатель может входить очень туго. При необходимости доработайте лицевую панель надфилем!

Подключение разъема паяльника

Далее необходимо скрутить винтами левую и заднюю стенки корпуса. Помните, что оргстекло — хрупкий материал, и не перетягивайте резьбовые соединения!

Сборка корпуса паяльной станции

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

Сборка корпуса паяльной станции

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.

Паяльная станция в сборе

Видео работы

Мы сняли краткое видео-обзор

…. и подробное видео, на котором показан процесс сборки:

Заключение

Это простая паяльная станция сильно изменит ваше впечатление о пайке, если вы паяли до этого обычным сетевым паяльником. Вот так она выглядит, когда сборка завершена.
О паяльнике надо сказать еще пару слов. Это самый простой паяльник с датчиком температуры. У него обычный нихромовый нагреватель и самое дешевое жало. Мы рекомендуем вам сразу приобрести для него сменное жало. Подойдет любое с внешним диаметром 6,5мм, внутренним 4мм, и длиной хвостовика 25мм.

Паяльник в разобранном виде с запасным жалом

Файлы для скачивания

Выложенные выше файлы устарели. В текущей версии мы обновили чертежи для резки оргстекла, изготовления печатной платы, а также обновили прошивку, чтобы убрать мерцание индикатора. Обратите внимание, что для новой версии прошивки требуется включить CKSEL0, CKSEL2, CKSEL3, SUT0, BOOTSZ0, BOOTSZ1 и SPIEN (то есть изменить стандартные настройки).
Печатная плата в формате Sprint Layout V1.1
Прошивка для микроконтроллера V1.1
Файл для резки оргстекла V1.1

Источник