Ик паяльная станция на arduino

Уже давно я задумался над тем, паяльную станцию своими руками и чинить на ней свои старые видеокарты, приставки и ноутбуки. Для нагрева можно использовать старую галогеновую грелку, ножку от старой настольной лампы можно использовать для удержания и перемещения верхнего нагревателя, платы будут лежать на алюминиевых поручнях, спираль от душа будет держать термопары, а плата Ардуино будет следить за температурой.

Сперва разберемся с тем, что такое паяльная станция. Современные чипы на интегральных схемах (ЦПУ, ГПУ и т.д.) не имеют ножек, зато имеют массив шариков (BGA, Ball grid array). Для того чтобы припаятьотпаять такой чип, нужно иметь устройство, которое нагреет всю IC до температуры в 220 градусов и при этом не расплавит плату, а также не подвергнет IC термическому шоку. Именно поэтому нам нужен контроллер температуры. Такие аппараты стоят в диапазоне $400-1200. Это проект должен уложиться примерно в $130. Про BGA и паяльные станции вы можете почитать на Википедии, а мы начнём работать!

Четырёхламповый галогеновый нагреватель

1800w (в качестве нижнего подогрева)

Шаг 1: Нижний нагреватель: отражатель, лампы, корпус

Найдите галогеновый нагреватель, откройте его и выньте отражатель и 4 лампы. Будьте аккуратны, не сломайте лампы. Здесь вы можете приложить воображение и создать свой корпус, который будет держать лампы и отражатель. Например, вы можете взять старый корпус ПК и поместить лампы, отражатель и провода внутрь него. Я использовал металлические листы толщиной 1 мм и сделал из них корпуса для нижнего и верхнего нагревателя, а также корпус для контроллера Ардуино. Как я и сказал прежде — вы можете быть креативными и придумать для корпуса что-то своё.

Используемый мною нагреватель был на 1800W (4 лампы на 450w параллельно). Используйте провода из нагревателя и параллельно соедините лампы. Вы можете встроить штекер для переменного тока, как сделал это я, или соединить кабель напрямую от нижнего нагревателя к контроллеру.

Шаг 2: Нижний нагреватель: система крепления плат

После создания корпуса нижнего нагревателя, измерьте бОльшую длину его окна и отрежьте два куска алюминиевой рейки такой же длины. Вам также нужно будет отрезать еще 6 кусков, каждая размером в половину от меньшей стороны окна нагревателя. Просверлите отверстия по двум концам больших кусков реек, а также на одном конце каждой из 6 небольших реек и на длинной части окна. Перед тем, как прикручивать части к корпусу, нужно создать механизм крепления на гайках, по типу такого, который я сделал на фотографиях. Это нужно для того, чтобы меньшие рейки могли скользить по бОльшим рейкам.

После того, как вы проденете гайки в рейки и скрутите всё вместе, используйте шуруповёрт для перемещения и закрепления шурупов, чтобы система крепления подходила под размер и форму вашей платы.

Шаг 3: Нижний нагреватель: держатели термопары

Для изготовления держателей термопары, замерьте диагональ окна нижнего нагревателя и отрежьте два куска спирального кабеля для душа такой же длины. Раскрутите жесткий провод и отрежьте два куска, каждый на 6 см длиннее, чем спиральный кабель от душа. Пропустите жесткий провод и термопару через спиральный кабель и загните оба конца провода так, как это сделал я на картинках. Оставьте один конец длиннее другого для того, чтобы закрутить его одним из винтов рейки.

Шаг 4: Верхний нагреватель: керамическая пластина

Для изготовления верхнего нагревателя я использовал керамический инфракрасный нагреватель на 450W. Вы можете найти такие на Алиэкспресс. Хитрость заключается в том, что нужно создать для нагревателя хороший кейс с правильным током воздуха. Далее приступаем к держателю нагревателя.

Шаг 5: Верхний нагреватель: держатель

Найдите старую настольную лампу на ножке и разберите её. Для того чтобы правильно разрезать лампу, нужно точно всё рассчитать, так как верхний инфракрасный нагреватель должен достигать всех углов нижнего нагревателя. Итак, сначала прикрепите корпус верхнего нагревателя, сделайте разрез по оси X, произведите правильные расчёты и, наконец, сделайте разрез по оси Z.

Шаг 6: ПИД-регулятор на Ардуино

Найдите правильные материалы и создайте прочный и безопасный кейс для Ардуино и других принадлежностей.

Можно просто отрезать и с прикрепить провода, соединяющие контроллер (верхнее/нижнее питание, контролер питания, термопары), используя паяльник или раздобыть коннекторы и сделать всё аккуратно. Я не знал точно, сколько тепла будет излучать SSR, поэтому добавил на корпус вентилятор. Будете вы устанавливать вентилятор, или нет, но вам обязательно нужно нанести на SSR термопасту. Код прост и из него понятно, как соединить кнопки, SSR, экран и термопары, так что соединить все вместе будет просто. Как управлять устройством: для значений P, I и D нет автонастройки, так что эти значения нужно будет вбить вручную в зависимости от ваших настроек. Есть 4 профиля, в каждом из них можно установить количество шагов, значения Ramp (C/s), dwel(время ожидания между шагами), порог нижнего нагревателя, целевую температуру для каждого шага и значения P,I,D для верхнего и нижнего нагревателей. Если вы, например, выставите 3 шага, 80, 180 и 230 градусов с порогом нижнего нагревателя 180, то ваша плата будет прогрета снизу только до 180 градусов, дальше температура снизу будет держаться на 180 градусах, а верхний нагреватель разогреется до 230 градусов. Код до сих пор нуждается во множестве улучшений, но из него вы можете понять, как все должно работать. Это руководство описано не в деталях, ведь в нём присутствует множество самодельных элементов, и каждая сборка будет отличаться от других. Я надеюсь, что вы вдохновитесь этой инструкцией и сделаете по ней свою ИК паяльную станцию.

Код на Дропбоксе: Ссылка

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Очередная паяльная станция

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Проектов паялок в инете немало, но всё ж где-то, что-то в них меня не устраивало. Решил делать "под себя". Возможно, какие-то решения кому-то покажутся излишними или код не в профессиональном тренде, но что получилось, то получилось.

Вкратце, по характеристикам:
Диапазон работы паяльника 100. 350 град. С, фена — 50. 450 град. С, обороты фена — 20. 100%.
Точность поддержания температуры +/- 2 град. С.
Управление — пятикнопочное, потенциометры или энкодеры не захотелось использовать по определённым причинам, а кнопок у меня много.
Паяльная станция имеет защиты по обрыву и к.з. датчиков температуры фена и паяльника, а так же превышению текущей температуры относительно заданной на 50 градусов. Защита отключает регулирующий элемент канала и отключает силовую цепь с помощью реле. Также, имеются плавкие предохранители в цепях нагревателей паяльника и фена.
Время работы фена и паяльника, после включения, ограничено индивидуальным таймером (10минут). Таймер сбрасывается при использовании фена и паяльника при снятии или установки их на подставку. Т.е. пока пользуемся — таймер сбрасывается, не пользуемся — через 10 минут таймер отключит канал. Для фена это работает, а для паяльника все необходимые "концы" выведены на разъём сзади, но ещё не полностью реализовано (нужно смонтировать фотодатчик в подставку).
После отключения фена защитой или штатно, происходит его продувка полными оборотами вентилятора, независимо от того, какие обороты были использованы ранее. Температура "сдувается" до 50 градусов, затем вентилятор отключается.
Вся индикация о состоянии станции выводится на 4-х строчный дисплей, а нажатия кнопок, выход на заданную тепературу, окончание времени таймера и срабатывание защиты озвучиваются бипером.

Паяльная станция выполнена на базе Ардуино Нано на Атмега168 и конструктивно имеет несколько плат —
1. Силовая плата, где расположены стабилизатор питания контроллера, все силовые ключи и схема перехода сетевого напряжения через ноль. Силовые цепи и схема "нуля" развязаны от контроллера через оптопары, а сама плата расположена на стойках над трансформатором питания и соединяется с платой контроллера через разъём.
Все остальные цепи подключаются через клеммные колодки.

2. Плата контроллера. Имеет размер платы индикации и скручена с ней "бутербродом". На ней расположена плата Ардуино Нано (в панельке), резисторы обвязки, бипер и разъёмы для подключения остальных плат.

3.Плата ЛЦД дисплея. Дисплей подключается через I2C шину, для экономии выводов контроллера.

4. Плата кнопок. Параллельно каждой кнопке впаяны керамические конденсаторы на 0,022-0,1 мкф.

5. Плата усилителей сигнала термодатчиков фена и паяльника. В качестве ОУ использован rail-to rail ОУ AD8552. Можно применить и что-то проще, типа LM358, но в коде придётся сделать небольшое исправление.

Из комплектующих покупал только дисплей с I2C переходником, ОУ, разъёмы для фена и паяльника и сами паяльник с феном. Остальное найдено "в тумбочке" или было "добыто" уже давно и лежало без дела.

В этом архиве содержатся чертежи плат, схемы (довольно сумбурные) и проект для Атмел Студио с необходимыми библиотеками. В коде, думаю, подробно всё прокомментировано.

Ну и пару картинок —

Графики выхода на заданную температуру для фена

Ардуино – понятие, объединяющее известную итальянскую компанию и выпускаемые ею различные модели печатных плат с микроконтроллерами. Высокая популярность таких радиодеталей производства данного бренда в последнее время обусловлена простотой их использования, большим набором функций, несложным процессом программирования с целью создания на их основе управляющих модулей для различных устройств. Одним из таких устройств, собираемых на основе продукции итальянского бренда, является самодельная паяльная станция.

Паяльная станция – один из основных инструментов мастеров-радиоэлектроников и радиолюбителей, занимающихся пайкой чувствительных к высоким температурам радиодеталей. Однако приобрести качественно изготовленную и надежную паяльную станцию по карману далеко не каждому из данной категории людей. Выходом из такой ситуации, а также первым опытом по сборке и работе с подобным электроинструмент является самостоятельная сборка такого электроинструмента на основе микроконтроллера Ардуино – очень распространенной платы с процессором, обладающей небольшой ценой, высокой надежностью, возможностью самостоятельной прошивки.

Самостоятельная сборка такого электроинструмента с использованием микроконтроллеров Ардуино подразумевает минимальные знания радиоэлектроники и схемотехники, азов пайки мелких радиодеталей.

Назначение устройства и органы управления

Собранная своими руками станция для пайки на базе микроконтроллеров Ардуино применяется для следующих операций:

• Пайка мелких радиодеталей – микросхем, диодов, резисторов, имеющих небольшую емкость керамических конденсаторов, тиристоров, полевых транзисторов;
• Демонтаж вышедших из строя деталей при их замене, удаление припоя со старых печатных плат.

Для контроля и регулировки температуры, включения фена, паяльника в самостоятельно собранном устройстве применяют энкодеры – поворотные датчики с функцией замыкания цепи (при нажатии на энкодере замыкается электрическая цепь, и происходит включение паяльника или фена).

Реже для регулировки температурного режима рабочих органов такого электроинструмента применяют резисторы с переменным сопротивлением и кнопки включения и отключения отдельных компонентов.

Устройство и принцип действия

Основными составными частями такого самодельного электроинструмента для пайки радиодеталей являются следующие:

• Корпус;
• Рабочие органы электроинструмента – фен для бесконтактной пайки и паяльник;
• Плата с микроконтроллером;
• Светодиодный или жидкокристаллический дисплей;
• Разъемы для подключения рабочих органов к управляющей плате;
• Блок питания на 24 Вольта;
• Энкодеры для регулировки температурного режима рабочих органов электроинструмента;
• Сетевой кабель с вилкой.

Для удобства работы с таким устройством на корпусе должны быть специальные держатели рабочих органов.

Принцип работы такой паяльной станции следующий:

1. После подключения к сети и нажатия кнопки, включающей прибор, блок питания подает ток с небольшим напряжением на плату с микроконтроллером;
2. При помощи энкодеров устанавливается необходимое значение температуры;
3. Заранее запрограммированная («прошитая») плата на основе регулировок энкодера производит нагрев жала путем подачи на него напряжения в течение определенного времени;
4. Отключение нагрева производится по сигналу от установленной в паяльнике термопары.

Особенности выбора паяльника

Для собираемой своими руками паяльной станции на основе микроконтроллеров ардуино необходим паяльник, отвечающий следующим требованиям:

• Наличие качественного несгораемого покрытия жала;
• Наличие в комплекте поставки паяльника 5 сменных наконечников для различных паечных работ;
• Конусовидная форма основного жала;
• Гибкий и надежный кабель с разъемом для подключения паяльника к корпусу;
• Удобная ручка с накладкой из несгораемого и не проскальзывающего в руке материала.

Еще одним немаловажным критерием выбора паяльника для такого самодельного устройства является наличие внутри качественной и надежной термопары, отвечающей за предоставление информации о температуре нагрева жала управляющей плате самодельного электроинструмента.

Детали для паяльной станции

Паяльная станция на ардуино собирается с использованием следующих радиодеталей:

• Плата с микроконтроллером модели arduino UNO R 3 на основе модуля ATmega328P;
• 3 энкодера для регулировки температуры жала паяльника, горячего воздуха и оборотов моторчика фена;
• Импульсный блок питания на 24 Вольта с выходной силой тока 3 Ампера;
• Понижающий преобразователь силы тока LM2596S;
• Разъемы GX16-5 и GX16-8;
• Паяльник от паяльных станций типа 852D +, 853D, 878AD, 937D;
• Фен с насадками для формирования струй разогретого воздуха различной толщины;
• Небольшой жидкокристаллический черно-белый или светодиодный дисплей.

Для программирования платы необходим специальный дата-кабель.

Схема подключения

Все указанные выше радиодетали используют для сборки паяльной станции по приведенной ниже элементарной схеме

Важно! Пайку деталей производят при помощи импульсного паяльника или другой паяльной станции. Категорически запрещается производить паечные работы с использованием простых нерегулируемых паяльников – использование подобных электроинструментов может привести не только к перегреву чувствительных к высоким температурам радиодеталей, но и к возникновению электрического пробоя.

Особенности монтажа и проверки работы схемы

Собирают устройство по приведенной выше схеме, соединяя микроконтроллер с отдельной платой, на которой монтируют дисплей, энкодеры. Плату преобразователя силы тока размещают на блоке питания.

Для соединения платы ардуино с другими частями устройства применяют специальные провода различных цветов.

Проверку работоспособности самостоятельно собранного электроинструмента производят до установки его компонентов в корпус.

Прошивка для паяльной станции на arduino

Для программирования, применяемого при сборке устройства микроконтроллера, используется специальная среда разработки Arduino IDE. Совместимая со всеми операционными системами персональных компьютеров и ноутбуков она позволяет написать простую программу и при помощи установленного на плате загрузчика установить ее на микроконтроллер.

Для написания алгоритма работы процессора платы используют такие языки программирования, как C и С++.

Изготовленное самостоятельно на основе различных микроконтроллеров устройство для пайки по своей надежности, набору функций и возможностей мало чем уступает, по себестоимости и вовсе превосходит заводские дорогостоящие аналоги. Собранный своими руками такой электроинструмент позволит его создателю приобрести очень ценный опыт по сборке подобного рода устройств.

Видео