Паяльная станция своими руками с энкодером

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

Паяльная станция на ATmega8 и дисплее LPH8731-3C

В данной статье пойдет речь о таком востребованном помощнике радиолюбителя, как паяльная станция. На момент написания этой статьи, мной было найдено очень большое количество различных схем паяльных станций — от самых простых, до сложных и навороченных «монстров», аналогов которым и в магазине не найдешь. Идеей собрать паяльную станцию я загорелся еще достаточно давно, но повторять чью-то конструкцию не было желания, а на разработку своей схемы — времени. Но пару месяцев назад срочно понадобилась паяльная станция (закупил микроконтроллеры в корпусах TQFP, а обычный паяльник мало того что и имел толстое жало, но оно еще и нещадно перегревалось и обгорало).

Требования к устройству были следующими:

Возможность запоминания температуры
Управление энкодером от оптической мыши
Использование МК ATmega8 (они были в наличии)
Отображение информации на LCD

Изначально планировалось не изобретать велосипед, а просто собрать одну из схем, представленных в интернете. Но потом, прикинув все «за» и «против»,решил все же заняться составлением собственной схемы.

Результат работы представлен ниже:

** Я был очень удивлен, когда просматривал схемы паяльных станций в интернете. Практически у всех встреченных мной вариантах ОУ был включен просто по схеме неинвертирующего усилителя. В данной конструкции используется дифференциальное включение операционного усилителя (самый простой вариант, но тем не менее, работающий гораздо лучше, нежели «простое» включение).

В данной схеме есть еще одна особенность — для питания LCD пришлось использовать стабилизатор на 3.3В — LM1117-3.3. От него и питается МК вместе с LCD. Операционный усилитель же для питания используется 5В, которые снимаются от линейного стабилизатора LM7805, находящегося за пределами печатной платы, а потому не отображенном на схеме.

Для управления нагрузкой применен мощный полевой транзистор Q1 IRFZ24N, но так как потенциала в 3.3В явно недостаточно для его открытия, пришлось добавлять маломощный биполярный транзистор Q2 — КТ315.

Для отображения информации в устройстве применен LCD дисплей от мобильного телефона Siemens A65 (так же встречается в A60, A62 и т.д.).

ВНИМАНИЕ! Необходим дисплей с желтым текстолитом, имеющий надпись LPH8731-3C. Дисплеи с зеленой подложкой имеют другие контроллеры, не совместимые с данным.

Распиновка дисплея показана ниже:

На 6 вывод подается 3.3В от стабилизатора LM1117-3.3, а питание подсветки происходит от 5В через резисторы 100 Ом.

Печатная плата выполнена на двухстороннем фольгированном материале (текстолит или гетинакс), и имеет размеры 77х57 мм. Она рассчитана под микроконтроллер ATmega8 в корпусе TQFP32, и ввиду этого особой простотой похвастаться не может. Но метод ЛУТ позволит без проблем с ней справиться (я рисовал дорожки лаком).

Топология печатной платы показана ниже:

В итоге, устройство получило следующие возможности:

Установка начальной (стартовой) температуры
Возможность задавать три профиля (температуры), и быстро переключаться между ними
Регулировка значений происходит с помощью энкодера, что позволило избежать дополнительных кнопок
При достижении заданной температуры включается звуковой сигнал (можно отключить в меню)
Нажатия кнопок так же могут сопровождаться звуковыми сигналами (можно отключить в меню)
Границу звукового сигнала так же можно изменить
Для поддержания заданной температуры используется ШИМ
Возможно задать границу температуры, при достижении которой будет включаться ШИМ
Яркость подсветки регулируется
Присутствует режим ожидания
Температура режима ожидания регулируется
Время до включения режима ожидания регулируется
Четыре варианта отображения температуры на выбор (только установленная, только реальная, уст. + реал., уст. + реал. поочередно)

В данной схеме используется энкодер от оптической мыши, и достать его не составит труда.

Распиновка энкодера:

Микроконтроллер, увы, заменить нельзя даже на аналогичный без индекса «L», так как питание схемы — 3.3В. По поводу дисплея уже упоминалось ранее. В схеме в основном применены smd резисторы типоразмера 0805, но присутствует и 4 обыкновенных МЛТ-0,125. Все конденсаторы, за исключением электролитических, так же типоразмера 0805. В качестве стабилизатора 3.3В можно использовать любой, аналогичный LM1117-3.3, к примеру AMS1117-3.3. Вместо транзисторов BC547 и КТ315 можно использовать любые кремниевые маломощные структуры n-p-n, например, КТ312, КТ315, КТ3102 и т.д. Транзистор IRFZ24N можно заменить на IRFZ44N, либо аналогичный.Программа для микроконтроллера написана в WinAVR. Я не буду описывать в статье код, так как это повлечет за собой большой объем текста.

Если у вас возникнут вопросы, задавайте их в комментариях, или в теме на форуме.

Все необходимые файлы для самостоятельной компиляции проекта есть в архиве, прикрепленном к статье.

При программировании микроконтроллера необходимо снять перемычку JP1, и подключить к верхнему (по схеме) контакту 5В с программатора, минуя стабилизатор 3.3В. Так же перед программированием необходимо отключить LCD дисплей, так как он не предназначен для использования с питающим напряжением 5В (хотя у меня работал, но рисковать не стоит). Прошивку в микроконтроллер я заливал с помощью программы Khazama AVR Programmer и программатора USBasp.

Скриншот установки fuse-битов представлен ниже:

Для точной настройки коэффициента усиления ОУ необходимо установить ручки подстроечных резисторов RV1 и RV2 так, что бы суммарное сопротивление RV1+R7 и RV2+R16 было ровно в 100 раз больше, нежели сопротивление R8 и R10. Далее, необходимо измеряя реальную температуру жала паяльника, например, мультиметром с термопарой, проверить — совпадают ли значение температуры на экране устройства и данные мультиметра. Если показания значительно расходятся, необходимо подкорректировать их резисторами RV1 и RV2.

Для произвольного включения/отключения режима ожидания предусмотрена отдельная кнопка (SB3).

И напоследок фото и видео работы устройства:

Источник