Идея создания самодельной паяльной станции у меня возникла давно, но так как я программирую микроконтроллеры не более года, и на просторах интернета подходящей мне паяльной станции я не нашел, то решил сделать паяльную станцию своими руками. Те, кто скажут, что можно купить готовую – могут дальше не читать.
Преимущество данной конструкции в том, что она имеет небольшое количество компонентов и все реализовано на одном микроконтроллере. Также в схеме присутствует дополнительный выход «EXT», куда можно дополнительно подключать паяльник на 40-500Вт / 220В или любую другую инерционную нагрузку.
Характеристики
— напряжение питания – 220В / 50Гц
— максимальная нагрузка выхода «EXT» — не более 1кВт (зависит от симмистора T1)
— номинальная нагрузка выхода «FEN» — около 200-300Вт.
— ток потребления цифровой части схемы – не более 150мА.
— диапазон регулирования температуры паяльника 150 – 350 °C **.
— точность стабилизации температуры ±2 °C
— дискретность установки температуры фена — 10 °С **;
— дискретность установки температуры паяльника — 5 °С **;
— широтно-импульсное пропорциональное регулирование с возможностью подбора коэффициентов пропорциональности, для более точной стабилизации температуры;
— программная корректировка наклона температурной характеристики с установкой коэффициента наклона) ***;
— защита от обрыва термопары;
** (путем изменения прошивки диапазон можно расширить).
*** (программно данная опция отключена, но в исходнике присутствует).
Принципиальная схема паяльной станции приведена ниже.
Элементная база
За основу данной самодельной станции взят микроконтроллер фирмы Atmel ATMega8, который имеет у себя на борту 10-ти битный аналогово-цифровой компаратор, 3-х канальный ШИМ (2 канала по 10 бит и 1 канал 8 бит), аппаратный USART, целую кучу портов ввода-вывода и другие вкусности, но мы их использовать не будем. (IC1 – ATMega8) настроена на работу от внутреннего RC генератора 4MHz. Также включен загрузчик на 512 байт (об этом ниже).
Регистр сдвига (U2 – 74HC595) используется для управления светодиодами. В схеме нарисовано 4 светодиода, на самом деле это два, но двухцветных (в «Proteus-е» и «DipTrace» подходящих я не нашел). Светодиоды подключаются через токоограничительные резисторы. Остальные 4 пина не используются, но могут быть использованы для чего угодно (зуммер, светодиоды, релюшки. и т.д.)
Регистр сдвига (U3 – 74HC595) и (U1 – CD4028B) используется для управления динамической индикацией и опросом кнопок. Индикаторы подключены к выходу дешифратора (U1) через эмиттерные повторители на транзисторах.
Стабилизатор (U7 – LM317) служит для управления скоростью вращения вентилятора фена (обвязка из даташита), а (Q1 – IRFZ44) включает и выключает его.
Стабилизатор (U9 – 78L05) служит для питания всей цифровой части схемы. Его обязательно нужно устанавливать на радиатор, так как на нем гасится около 6 ватт.
Усилители термопар выполнены на (U5 – LM358). От себя хочу добавить, что самая «слабая» часть схемы – это именно они. Сколько я не пытался, но добиться линейности показаний у меня так и не получилось.
На транзисторах VT1 и VT2 реализована схема детектора пересечения нуля (программно это еще не реализовано).
Блок симисторов:
Ничего сверхъестественного – обычный MOC3063 с автоматическим детектором пересечения нуля, и его обвязка взята из даташита.
Блок управления и отображения информации:
В устройстве используется 3 спаренных трехзнаковых семисегментника с общим катодом, выдранных из телефона «Русь», 2 двухцветных светодиода, 9 кнопок управления (2 из которых не задействованы).
Также в схеме «Proteus-а» имеется 2 кнопки (Х1, Х2) которые используются для эмулирования нажатия 2-х кнопок (+/-) одновременно.
Блок питания:
Трансформатор от магнитофона «Романтика 222» 4.704.282 или любой другой с напряжением вторичной обмотки 24 вольта (у меня 22 вольта). Диодный мост (D14 – RS407) и диод (D17 – S20C40) от блока питания компьютера.
Прошивка + загрузчик (Bootloader):
Так как мне хотелось поскорее запустить собранное устройство, было принято решение оставить свободным USART для дальнейших издевательств, поэтому на плате не предусмотрено место под MAX232. Хотя оно особо и не нужно. У меня переходника нет, а вместо него я использую обычный телефонный переходник на PL2303, подключенный напрямую.
Прошивка контроллера содержит подробные комментарии и без переделки может быть залита в кристалл без загрузчика. Однако Fuse биты придется немного изменить.
Прошивка загрузчика (Bootloader-а) полностью взята easyelectronics.ru/avr-uchebnyj-kurs-ispolzovanie-bootloadera.html у DI HALT-а, единственное, я ее немного переделал под себя (о чем имеются комментарии «//***** МОЙ КОД ****» в исходнике загрузчика). Его работу описывать не буду, всё есть на страничке источника.
Положительным результатом входа в загрузчик, является появление на дисплее буквы «F» с точкой в 6-м сегменте.
Загрузчик имеет размер 512 байт, умеет читать и писать Flash и Eeprom, для начала – более чем! Одно НО – выставляйте скорость USART BAUDRATE 19200. Я первое время ставил 9600 и долго не мог понять, почему нет связи с контроллером. Для прошивки через загрузчик используется программа, которая идет в составе AvrStudio4 и находится в папке, она так и называется «AvrProg.exe»
В случае, если Вы не хотите использовать загрузчик при прошивке контроллера необходимо убрать галочку на бите «BOOTRST».
Фен:
Фен самый обыкновенный от паяльной станции Lukey-702 и был куплен за 212 грн.
Паяльник:
Паяльник как видно на фото рассчитан на 220В. «Made in Podval» – сгорел он у меня примерно через два дня. Потом на радиорынке я купил нагревательный элемент Lukey-SENSOTRONIK (для 702/898/852D+FAN) нагреватель 24В, 48Вт со встроенной термопарой, но он оказался меньшего диаметра и длины, поэтому пришлось доматывать алюминиевую фольгу. Теплоотдача никакая, но хватает.
Работа с паяльной станцией
Светодиоды: при нагревании до заданной температуры горит «красный» светодиод, если температура находится в пределах +/-5 градусов от заданной – горит «зеленый» светодиод, если температура превышает заданную более чем на 5 градусов – мигает «красный» светодиод. В случае обрыва термопары попеременно мигает «красный» и «зеленый» и на индикаторе показывает «Err» (нагрузка при этом обесточивается).
Паяльник:
Работа с паяльником осуществляется 3-мя кнопками «Solder on/off», «+5», «-5»
— при включенном паяльнике нажатие на «+5», «-5» соответственно увеличивают/уменьшают заданную температуру о чем свидетельствует мигание индикатора.
— при выключенном паяльнике и продолжительном одновременном нажатии «+5» и «-5» на экран выводится «поправочный коэффициент» в единицах ШИМ (у меня 415 – это число означает, сколько единиц нужно добавить к расчетной ШИМ, чтобы удерживать заданную температуру).
Фен:
Работа с феном осуществляется 3-мя кнопками «Fen on/off», «+10», «-10»
— при включенном фене нажатие на «+10», «-10» соответственно увеличивают/уменьшают заданную температуру о чем свидетельствует мигание индикатора;
— при выключенном фене и продолжительном одновременном нажатии «+10» и «-10» на экран выводится «поправочный коэффициент» в единицах ШИМ (у меня 160);
— после выключения фена на индикаторе мигает текущая температура фена и работает вентилятор пока фен не остынет до температуры менее 30 градусов. Если в это время продолжительно нажать «+10» и «-10» на экран выводится «поправочный коэффициент» (см. выше), после чего отображение падения температуры возобновляется.
Переменным резистором (VR1) можно варьировать скорость вращения вентилятора фена.
Распиновка выводов фена:
Красный, Белый — Нагревательный элемент, 220В.
Зеленый — Корпус, Заземление.
Коричневый — + питания моторчика.
Черный — — питания моторчика.
Сиреневый — + термопары.
Желтый — Общий провод (термопара и геркон).
Синий — Геркон.
Работа с внешней нагрузкой осуществляется 1-й кнопкой «EXT on/off» (кнопки «+», «-» программно не задействованы).
Переменным резистором (VR4) можно варьировать мощность в нагрузке от 0 до 99,9 %.
ВНИМАНИЕ: Схема в «PROTEUS» кардинально отличается от оригинала и предназначена только для отладки и проверки работоспособности системы! Названия и номиналы деталей не совпадают!
Налаживание
Налаживание устройства начинают с проверки монтажа. Подаем питание и на индикаторах горят прочерки, затем мы одновременно нажимаем 4 кнопки «+10», «-10», «+5», «-5» — в результате чего в EEPROM записываются стандартные значения температуры паяльника и фена равные 230 и 300 градусам соответственно и поправочные коэффициенты паяльника и фена равные 300 и 0 единицам соответственно (см. исходник) и мигнут все светодиоды.
После этого включаем паяльник и ждем пока он прогреется. Показания температуры при этом не будут соответствовать действительности. Берем спичечный коробок и в углу паяльником расплавляем небольшое количество олова так, чтобы жало в него погрузилось. Сюда же окунаем термопару мультиметра и сравниваем показания. Вращением подстроечного резистора VR2 добиваемся одинаковых показаний на индикаторе и мультиметре. После этого, изменением «поправочного коэффициента» добиваемся удержания температуры в заданных пределах.
Настройку фена производим по аналогичной методике.
Программа написана на «С» с использованием компилятора CodeVision. Будет интересно услышать отзывы по поводу оптимизации кода или каких-то доработках.
При разработке использовались следующие источники и программы:
1. Proteus 7.7 sp2
2. CodeVisionAVR 2.04.4a Advanced
3. AVR Studio 4.18
4. DipTrace ver 2.1.0.7
5. Sprint-Layout 6
6. FrontDesigner 3.0
Исходник загрузчика — core_boot.zip
Исходник паяльной станции — core.zip
Печатные платы — print.zip
Схема — Solder_mega_schematic.zip
Схемы в PROTEUS — proteus.zip
Лицевая панель — my_new_cool_project.zip
Автор конструкции и статьи – Васильченко Максим aka MakSVs (Украина), e-mail: maksvs@bk.ru, ICQ: 321032970.
При полном одобрении SanyaSan и kraso2li4ka aka Жена 😉
Обсуждние схемы на форуме
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| FEN, M1, TP_FEN, Gerkon | Фен | к паяльной станции Lukey-702 | 1 | Электромотор, нагревательный элемент, термопара, геркон | |||
| DS1, TP_SOLDER | Паяльник | 24 В 48 Вт | 1 | нагревательный элемент Lukey-SENSOTRONIK (для 702/898/852D+FAN), встроенная термопара | |||
| IC1 | МК AVR 8-бит | ATmega8 | 1 | ||||
| U1 | Кодер, декодер | CD4028B | 1 | CD4028BCJ | |||
| U2, U3 | Сдвиговый регистр | CD74HC595 | 2 | ||||
| U4, U9-U16 | 7-сегментный светодиодный индикатор | 3 разряда / общий катод | 3 | ||||
| U5 | Операционный усилитель | LM358N | 1 | ||||
| U6, U17 | Оптопара | MOC3063M | 2 | ||||
| U7 | Линейный регулятор | LM317 | 1 | LM317H | |||
| U8 | Линейный регулятор | LM7805CT | 1 | ||||
| Q1, Q2 | MOSFET-транзистор | IRFZ44 | 2 | ||||
| VT1-VT11 | Биполярный транзистор | BC847B | 11 | ||||
| T1, T2 | Симистор | BT138-600 | 2 | ||||
| D1-D4 | Светодиод | 4 | |||||
| D5-D13, D15, D16 | Диод | 11 | |||||
| D14 | Диодный мост | RS407 | 1 | 800 В / 4 А | |||
| D17 | Диод сдвоенный | S20C40 | 1 | Из компьютерного БП | |||
| C1, C3, C4, C6, C7, C9, C11 | Конденсатор | 100 нФ | 7 | ||||
| C2 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | ||||
| C5 | Электролитический конденсатор | 4700 мкФ | 1 | ||||
| C8 | Электролитический конденсатор | 1500 мкФ | 1 | ||||
| Электролитический конденсатор | 22 мкФ | 1 | C10 | ||||
| R1-R8, R18-R21, R47 | Резистор | 330 Ом | 13 | ||||
| R9-R17, R31, R32, R38, R39, R42 | Резистор | 1 кОм | 14 | ||||
| R22, R40, R44 | Резистор | 10 кОм | 3 | ||||
| R23, R27 | Резистор | 510 Ом | 2 | ||||
| R24, R25, R28, R29 | Резистор | 390 Ом | 4 | ||||
| R26, R30 | Резистор | 39 Ом | 2 | ||||
| R33 | Резистор | 30 кОм | 1 | ||||
| R34, R36 | Резистор | 5.6 кОм | 2 | ||||
| R35 | Резистор | 22 кОм | 1 | ||||
| R37 | Резистор | 240 Ом | 1 | ||||
| R41 | Резистор | 180 кОм | 1 | ||||
| R43, R46 | Резистор | 100 кОм | 2 | ||||
| R45 | Резистор | 60 Ом | 1 | ||||
| VR1 | Переменный резистор | 4 кОм | 1 | ||||
| VR2, VR3 | Переменный резистор | 50 кОм | 2 | ||||
| VR4 | Переменный резистор | 5 к | 1 | ||||
| T3 | Трансформатор | 220 В — 22-24 В | 1 | ||||
| PB1 | Кнопка с фиксацией | 220 В | 1 | ||||
| Кнопка | замыкающая | 9 | |||||
| Gerkon | Геркон | замыкающий | 1 | ||||
| J1, J4, J5, J13, J15 | Разъём | 2 контакта | 1 | ||||
| J6 | Разъём | 4 контакта | 1 | ||||
| J11 | Сетевой разъём | 220 В | 1 | ||||
| Радиатор | для симисторов | 1 | |||||