Как подключить к паяльной станции датчик температуры

Часть 2. Выбираем датчик для измерения температуры.

После того как мы определились с управлением нагревателями станции перейдём к теме измерения температуры.
В принципе можно грубо разделить датчики температуры на три типа:

Термосопротивления.
Бесконтактные инфракрасные датчики.
Термопары.

Не будем рассматривать все многообразие датчиков измерения температуры по причине того , что нам придётся самим выстаивать схему их обработки. Поэтому редко встречающиеся в практике датчики рассматривать не будем.

Рассмотрим первую позицию — ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ.

Термосопротивления — это элементы, сопротивление которых практически линейно зависит от температуры окружающей среды. Наиболее часто на форумах и в обсуждениях приходиться сталкиваться с – платиновым термосопротивлением Pt100.
Плюсом термосопротивлений является практически линейная зависимость от температуры, что весьма неплохо при обработке в АЦП микроконтроллера. Точность термосопротивлений колеблется в зависимости от класса и начинается от 0.025 градуса. Безусловно подобная точность для работы в качестве датчиков для станции даже избыточна. В принципе использовать данные датчики вполне можно. Однако давайте рассмотрим структуру данного датчика

Как можно заметить плоскость датчика плоская. И для точного измерения датчик должен плотно прилегать к измеряемому месту данной плоскостью. Если этого не будет , то возникает ошибка измерения температуры. В идеале данный датчик наиболее оптимально приклеить к измеряемой поверхности. Но это не очень удобно при работе на станции. Не будем же мы приклеивать датчик к каждой ремонтируемой плате . Кроме того контакты данного датчик весьма тонкие и есть вероятность их постепенного излома. Посмотрим фото данного датчика

На фото два датчика с несколько разными контактными площадками. Безусловно можно использовать данный датчик например отдельно для нижнего нагревателя , где он может находиться в стационарном состоянии. Но мы в наших станциях не применяем данные датчики по причине использования других, но об этом ниже.
Что касается известных производителей (например ERSA, Weller, Martin, PDR) , то в моделях этих станций не видно использования термосопротивлений по крайне мере в наружных датчиках.

Бесконтактные инфракрасные датчики.

Данный тип датчиков достаточно широко используется известными производителями ик паяльных станций. Безусловным плюсом является то, что данные датчики бесконтактным методом измеряют температуру. Вместе с тем погрешность измерения будет вырастать при разных покрытиях паяемых элементов (например металлизированной блестящее покрытие). Кроме того есть риск постепенного покрытия защитного стекла датчика испарениями флюса (особенно не качественного) при пайке. На практике с работой датчика фирмы RAYTEK было такое , что покрытое испарениями стёклышко давало погрешность в 50 градусов. Вместе с тем бесконтактные датчики очень удобны и точность вполне приемлема для работы в составе станции. Нужно отметить что данные датчики имеют различные возможности вывода значения измеренной температуры , как в виде аналогового сигнала , так и в виде передачи по разным интерфейсам (например RS232 и RS485). Кроме того есть датчики с передачей эмулированного сигнала термопары К-типа. Датчики фирмы Raytek

Помимо фирмы RAYTEK инфракрасные датчики выпускают и отечественные производители , например Кельвин.

В принципе данные датчики весьма успешно могут быть использованы при создании станции и многие известные производители их используют. Единственным недостатком является дороговизна данных датчиков. Отечественные датчики варьируются от 8 000 руб. Кроме того необходимо внимательно подходить к вопросу интерфейса вывода значения датчика. Если интерфейс RS232, то нужно понимать что при подключении микроконтроллера у Вас должен быть свободный UART (или USART) выход. Конечно обычно в недорогих микроконтроллерах их 2 , но надо смотреть по их занятости в Вашем проекте. Либо же выбирать микроконтроллер с несколькими UART, например микроконтроллеры серии STM32.

Термопары

Непосредственно в конструктиве наших станций мы используем термопары К-типа. Данный тип термопар наиболее распространён и приобрести не составляет труда. Тем более и по цене данные датчики весьма бюджетны.

Может возникнуть вопрос – может из-за дешевизны они менее точны чем ранее перечисленные датчики ? График зависимости напряжения (ЭДС) термопар :

Как можно заметить график термопары К-типа имеет практически линейный вид на интересующих нас температурах (от 20 до 350 градусов). Не будем останавливаться на других типах термопар. Если кому-то это интересно , то можно обратиться к помощи интернета. Мы же более внимательно рассмотрим термопару К-типа.
Термопара К-типа – хромель-алюмель:

- Термопары типа K — одни из самых распространенных термопар общего назначения, имеющие чувствительность приблизительно 41 мВ/ °C.
- Термоэлектрод из сплава Chromel® имеет положительный потенциал относительно термоэлектрода из сплава Alumel®.
- Это недорогие термопары, их диапазон измеряемых температур составляет от -270°C до +1372°C (от -454°F до +2501°F) и характеристика относительно линейна.
- Содержание никеля делает сплав магнитным и, как и в случае других магнитных металлов, выходной сигнал термопары отклоняется, когда материал достигает своей температуры Кюри, которая составляет примерно 350°C (662°F) для термопар типа K. Температура Кюри — это температура, при которой магнитный материал претерпевает серьезное изменение своих магнитных свойств, что вызывает существенное смещение выходного сигнала.
- Такие термопары можно использовать в постоянно окислительных или нейтральных средах.
- Воздействие серы приводит к преждевременному отказу термопар.
Исторически сложилось так, что термопары типа K предлагается использовать всегда, если только нет причин для применения других типов термопар.
Поэтому у нас при выборе датчика для снятия температуры термопары К-типа не возникло вопросов. Теперь к точности:

Как видим точность в интересующем нас диапазоне составляет 2.5 градуса (вполне соизмеримо с бесконтактными инфракрасными датчиками. Обычная погрешность которых от 2.5 до 5 градусов). Что вполне приемлемо. С учётом того что размещение датчика в разных местах в районе паяемой микросхемы может давать до 10 градусов разброс. Несомненно плюсы термопары перевешивают :
- Невысокая стоимость.
- Неприхотливость в эксплуатации.
- Малое пятно контакта. Что позволяет легко добиваться плотного прилегания.
Однако есть у термопары и минусы:
- Требуется компенсация температуры холодного спая.
- Очень малые значения ЭДС (до 25 мВ).
Соответственно мы не сможем напрямую подключить термопару к микроконтроллеру. Нам потребуется решить эти две проблемы. Для решения первой необходимо измерять температуру окружающей среды до момента нагрева . В идеале измерение КХС («компенсацией холодного спая» )выполняется как можно ближе к точке измерения, потому что длинные провода термопары очень чувствительны к электрическим помехам, и сигнал в них ухудшается. Во втором случае нам потребуется усилитель . Все это дополнительное требуемое элементное оборудование усложняет использование термопары.
Решить возникающие сложности можно используя микросхему MAX6675ISA. Данная микросхема берет полностью на себя все проблемы и выдает Вам результат уже в цифре по шине SPI. Все это высвобождает ресурсы контроллера и позволяет с высокой точностью получить измерение температуры.

Как видим точность обработки сигнала 0.25 градуса Цельсия. Более чем достаточно для нас. Осуществить подключение к микроконтроллеру нескольких термопар по шине SPI не составит труда. Помимо стандартных для шины SPI – SO,SCK. Нам потребуется по одному пину на каждую подключённую термопару.

Стоимость микросхемы не высокая. Она достаточно доступна. Например в виде таких модулей.

С использованием таких микросхем мы и подключаем термопары к микроконтроллеру.

Сколько нужно датчиков для станции и где их располагать?

Рассмотрев типы датчиков давайте перейдём к рассмотрению вопроса об их количестве и размещении.
Наиболее распространённые варианты:
- Один датчик на плате, один датчик на плате в месте пайки.
- Один датчик в нижнем нагревателе, один датчик в верхнем нагревателе, один датчик на плате в месте пайки.
- Один датчик на плате, один датчик в нижнем нагревателе, один датчик в верхнем нагревателе, один датчик на плате вместе пайки.
В данном случае перечислены наиболее распространенные варианты. Конечно есть и еще варианты в которых размещение в месте пайки более чем один датчик. Необходимо однако отметить, что увеличение числа датчиков усложняет и саму систему управления. Прежде всего при работе в меню настройки контроллеров. Конечно с точки зрения информативности и вывода данных дисплей это не большая сложность. Но вот внести все варианты взаимосвязей между датчиками и нагревателями будет сложнее. И даже не столько программно, а именно по причине усложнения настроек самого контроллера. Различные реакции нагревателей на показания того или иного датчика требуют предварительного выбора в меню настройки профиля работы станции. Что приведёт к усложнению управления станцией. Да и к усложнению настройки профилей пайки. Поэтому в своей основе производители станций используют обычно от 2 до 3-х датчиков. Мы используем 2 датчика. Но плата управления позволяет подключить до 4-х датчиков. Но об этом позже.

Давайте перейдем к рассмотрению расположения датчиков и начнём с нижнего нагревателя. Нижний нагреватель в формате станции отвечает за предварительный нагрев платы , что дает возможность затем верхнему нагревателю уже локально прогрев место расположения микросхемы произвести нагрев до температуры оплавления припоя. Без предварительного нагрева платы снять/поставить качественно и аккуратно микросхему весьма проблематично. Соответственно мы должны понимать до какой температуры у нас прогрета плата в ходе предварительного нагрева. Сразу напрашивается вариант с установкой на самой плате датчика для измерения температуры платы и соответственно принятия решения контроллером о увеличении подаваемой мощности на нижний нагреватель или уменьшении (в случае использования шим регулировки) или включении или выключении нагревателей (в случае использования реле). Решение неплохое . Правда в данном случае нам желательно еще разместить датчик в нижнем нагревателе хотя бы информативно, чтобы понимать его температуру. И необходимо иметь ввиду что датчик измеряющий температуру платы должен распологаться на безопасном расстоянии от места пайки микросхемы. Иначе он попадёт в зону нагрева верхнего нагревателя и повышение значения температуры на нем может вызвать отключение нижнего нагревателя и как вариант не догрев платы в ходе пайки. Как показывает практика очень редко производители используют такую схему. В принципе это понятно потому, что этот датчик на самой плате в фазе предварительного нагрева фактически дублируется датчиком по месту пайки. И достаточно на этой фазе снимать с него показания , чтобы определить температуру прогрева платы. Правда потом, когда включиться в работу верхний нагреватель мы уже не сможем определять температуры платы. Вот в этом случае нам и нужен датчик в нижнем нагревателе. Дело в том что плата прогреется до заданной Вами температуры только при определенном значении температуры нижнего нагревателя. Соответственно чем выше температура нижнего нагревателя тем сильнее прогреется плата и соответственно наоборот. Поэтому на более важна температура нижнего нагревателя. Даже не важна ее точность, нам она важна как точка для регулирования нижнего нагревателя. Мы будем знать что при некоей температуре X нижнего нагревателя плат прогреется до заданной нами температуры Y. Имея датчик в нижнем нагревателе мы можем как отдельно регулировать установку нагрева платы. Например опытным путем установив , что при температуре X нижнего нагревателя температура плат находится в диапазоне Y+-10 градусов например. Либо же уже подключив взаимосвязь с датчиком в месте пайки мы можем остановить температуру нижнего нагревателя и удерживать ее не перегревая и не догревая плату. Ну и если мы посмотрим на производителей станций , то практически все они имеют встроенный датчик в нижнем нагревателе. Ну и мы остановимся на этом.

Давайте перейдем теперь к датчику который располагается в непосредственно в месте пайки микросхемы. Он нам нужен в любом случае. Есть правда еще вариант , когда в месте паяемой микросхемы можно разместить например 2 датчика. Как вариант один с одной стороны микросхемы, другой с другой (по причине не однородности плат и разного количества меди. И соответственно происходит небольшой разброс температур). Но все таки как показывает обычная практика в подавляющем количестве паек вполне достаточно одного датчика. Датчик этот взаимодействует непосредственно как с нижним , так и с верхним нагревателем. Правда это не относиться к недорогим китайским (в своей основе) станциям. Там работа нижнего и верхнего нагревателя разделена двумя разными контроллерами лишёнными взаимодействия между собой. Но мы с Вами не пойдем по пути китайских производителей. Если Вы собрались сами приложить руку к созданию станции, то хотя бы элементарные вещи значительно облегчающие работу на станции нужно учесть.
Есть еще вариант размещения датчика в верхнем нагревательном элементе. Наверное смысл его размещения в отсечении перегрева паяемой микросхемы. Если посмотреть по производителям известных марок, то установка в верхнем нагревателя датчика явление редкое и в свей основе связано с использованием в качестве верхнего нагревателя термо-воздушных элементов(горячий воздух) . Если же используются керамические или кварцевые нагревательные элементы, или ИК излучение (как например в PDR), то обычно датчики не размещают. Почему ? Думаю связано это все с тем что любой из нагревателей имеет определенную инертность при нагреве, какой-то медленнее (например керамика), какой-то быстрее (например кварц и ик излучение от лампы) . При инертности после поступления питания на нагревающий элемент происходит не мгновенный набор температуры , а в соответствии с мощностью элемента постепенный прогрев до выхода на максимальную температуру. С учетом того что в качестве верхних нагревательных элементов используются элементы мощностью от 200 до 500 ватт. Время выхода на максимальную температуру (обычно 450 градусов) занимает от 3 до 10 минут. Этого времени более чем достаточно чтобы произвести снятие или установку микросхемы. И производители в своей основе контролируют именно место пайки . Конечно можно сказать что если элемент нагрелся выше 250 градусов есть риск перегреть микросхему. Но нужно учитывать , что верхний нагревательный элемент не лежит на микросхеме и в любом случае имеется воздушная прослойка которая обычно забирает не меньше 50 градусов на себя (зависит от высоты размещения нагревательного элемента на микросхемой). Но пока нагревательный элемент выйдет на температуру выше 250-300 градусов ему потребуется время . За это время обычно процесс пайки уже завершается. Работа верхнего нагревателя для качественной пайки должна укладываться в границы 2-х минут с момента его включения. Помним – микросхемы бояться не только высокой температуры, но и длительного воздействия температуры района 210-230 градусов . Под длительным воздействием подразумеваем время более 3 минут. Мы в своих станциях не устанавливаем в верхний нагревательный элемент датчиков. Как выше писалось хотя плата нашего управления (рассмотрим ее чуть ниже) имеет возможность для установки 4 датчиков.

Давайте подведем итог. По моему усмотрению наиболее целесообразна установка двух датчиков температуры – один (встроенный) в нижний нагреватель, второй непосредственно устанавливаемый по месту пайки. В нашем случае мы используем термопары К-типа в обоих случаях. Для нижнего нагревателя можно использовать и термосопротивление PT100 . Там можно его стационарно закрепить (для чего он в принципе и предназначен). Ну и как вариант можно использовать бесконтактный инфракрасный датчик температуры для места пайки. Что тоже весьма неплохой вариант. Но мы сами используем именно термопары К-типа для обеих вариантов размещения. Термопары мы используем в связке с микросхемами MAX6675ISA. К каждой термопаре одна микросхема. По стоимости это соизмеримо со стоимостью PT100 . Но уже сразу имеем 12 разрядную оцифровку сигнала термопары и получаем значение в цифре.
Теперь хотелось бы рассмотреть отдельно плату, которую мы используем при сборке нашего блока управления нагрузкой .

Рассмотрим плату чуть более подробно. В правой нижней части платы у на располагаются элементы управления нагрузкой. С помощью данной платы мы можем управлять двумя нагрузками. В нашем случае нижним и верхним нагревателем. Схемы каналов были показаны предыдущей статье где мы рассматривали варианты управления нагревателями.

V1 и V2 – оптопары MOC3063 и резисторы R1 и R2 (470 Ом тип 0805) , далее идёт обвеска симисторов. И на плате выведены контакты для подключения проводов идущих от симисторов . Почему сделано так ? По причине того что симисторы наверняка потребуют систему охлаждения и гораздо удобнее их прикрепить к системе охлаждения без платы. Резисторы R2_2, R2_3, R1_3, R1_2 имеют значение по 360 Ом и рассчитаны на мощность 2 ватта. Резисторы R2_1, R1_1 – 39 Ом также рассчитаны на мощность 2 ватта и используются для RC фильтра. Конденсаторы C2_1, C1_1 – 0.01 мкФ напряжение 600 вольт. Схема соединения доступна в предыдущей статье. Сигнал с микроконтроллера поступает на сопротивления R1 и R2. На R1 (V1) приходит сигнал который управляет крайним симистором подключённым к G1 – gate, 0_1 – второй контакт (центральный), 1_1 – первый контакт (на нагрузку). На R2 (V2) приходит сигнал который управляет симистором подключённым к G2- gate, 0_3 – второй контакт(центральный), 2_2 – первый контакт (на нагрузку).
Остаётся выполнить также непосредственно подключения нагрузок – 2_1 и 1_2,1_3. 2_1 мы используем для подключения верхнего нагревателя , а контакты 1_2 и 1_3 для подключения нижнего нагревателя. Почему два контакта ? Для возможности переключения зон нижнего нагревателя. Один из контактов можно подключить к нагрузке через выключатель , который в свою очередь подключен к нагревательным элементам. Соответственно выключение приведет к тому что подключённые нагревательные элементы работать не будут. В случае нагревателей большой площади мы обычно даём возможность выключить наружные нагреватели, чтобы уменьшить площадь нагрева (при нагреве плат малого размера). Контакт 0_2 подключается непосредственно к цепи питания 220 вольт.
Теперь перейдём к части платы расположенной выше. Эта часть отвечает за подвод питания к микроконтроллеру и подключения датчиков.

PWR – здесь устанавливается разъем подключения внешнего питания контроллера от 5 до 30 вольт. Сразу за разъемом стоит стабилизатор напряжения и тока на 5 вольт LM1117-5, рядом с ним электролитические конденсаторы на 10 мкФ напряжение 50 вольт. Это типовая схема включения.

Нам нужны эти 5 вольт для питания непосредственно микроконтроллера который осуществляет уже управление.
Рядом располагаются площадки для размещения микросхем MAX6675ISA и разъемы (P1,P2.P3,P4)подключения термопар. На оборотной стороне платы под каждой микросхемой расположены площадки для конденсаторов по 0.01 мкФ.(тип корпуса 0805). Они требуются для корректной работы микросхем. Как видно с платы есть возможность подключения 4-х датчиков. В своей работе мы используем микросхемы U4 (датчик нижнего нагревателя) и U3 (датчик места пайки).
Переходим к левой стороне платы. На ней располагается 14 пиновый разъем CON1 для подключения шлейфа идущего от микроконтроллера. По данному шлейфу микроконтроллер получает питание, получает информацию от датчиков и управляет нагревателями.

Кроме того в нижней части есть два места для разъемов . Данные разъемы дополнительные. С левого можно снять 5 вольт, но нужно иметь ввиду ,что ток потребления должен быть не более 1 ампера. С правого разъёма Вы можете снять напряжение которое Вы изначально подаёте на плату (12 вольт в случае использования 12 вольтового источника питания). Это дает Вам возможность с платы запитать дополнительное оборудование . Но нужно быть внимательным и ориентироваться на мощность используемого Вами источника питания.
Разъем ADD это добавочный разъем на который выведены 4 незадействованных в обмене информацией контакта с разъёма CON1. Данные контакты выведены для возможности управления внешне подключаемыми устройствами (подсветка, двигатель и т.п.).
Давайте более подробно разберём разъем CON1 по контактам:
1. GRND (земля).
2. VCC (питание).
3. SO (интерфейс SPI передача данных).
4. SCK (интерфейс SPI синхронизация).
5. CS (интерфейс SPI выбор микросхемы U4). В нашем случае датчик места пайки.
6. CS (интерфейс SPI выбор микросхемы U2).
7. CS (интерфейс SPI выбор микросхемы U3). В нашем случае датчик в нижнем нагревателе.
8. CS (интерфейс SPI выбор микросхемы U1).
9. Сигнал ШИМ для микросхемы V2 . В нашем случае для верхнего нагревателя.
10. Сигнал ШИМ для микросхемы V1 . В нашем случае для нижнего нагревателя.
11. Добавочный контакт ADD 1 (крайний левый разъёма ADD).
12. Добавочный контакт ADD 2 (разъёма ADD).
13. Добавочный контакт ADD 3 (разъёма ADD).
14. Добавочный контакт ADD 4 (разъёма ADD).
Подведём небольшой итог по нашей плате.
С данной платы можно управлять двумя нагрузками (нагревателями) с помощью ШИМ регулировки. Плата имеет возможность реализации 4-х каналов для работы с датчиками. Плата имеет стабилизированный преобразователь питания на 5 вольт позволяющий запитать непосредственно подключённый к ней микроконтроллер. Внешнее питание электронной части платы можно осуществлять от источника питания от 5 до 30 вольт (оптимально 12). Кроме того на плате имеется выводы питания для внешних устройств и возможности управления с 4-х дополнительных выводов. Наши платы изготовлены из двуслойного текстолита. И к сожалению нет материалов для домашнего изготовления платы (например в формате Layout ).
Размер платы 100Х50 мм. На плате имеются отверстия для крепежа (например для установки стоек для печатных плат).
Чтобы получить более подробную информация пишите на service@noutzap.ru (как техническую так и информацию по комплектации и продаже.

Simple Solder MK936. Паяльная станция для тех, кто хочет сам

В этой статье мы хотим поделиться с общественностью проектом простой паяльной станции со стабилизацией температуры, которую любой сможет собрать своими руками без Arduino и изоленты!

Что такое 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 использования в составе с паяльной станцией 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.

Очевидно, что нежная полупроводниковая электроника требует минимизации тепловых ударов при пайке, да и просто качество самой пайки повышается при стабилизации температуры, поэтому рано или поздно многие радиолюбители приходят к необходимости использования паяльных станций.

Особенности нашей разработки

Мы попытались сделать упор именно на простоту в повторении и дешевизну. Наша паяльная станция работает с одним из самых дешевых паяльников, а остальные элементы есть в ассортименте многих радиомагазинов.

Также обратите внимание, что это цифровая паяльная станция с микроконтроллером! Как правило самые дешевые паяльные станции от раскрученных производителей имеют аналоговую схему.

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

Схема предельно простая. В основе всего микроконтроллер Atmega8. Сигнал с термопары 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.

Печатная плата

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

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

Собирать плату удобнее всего по сборочному чертежу:

Ниже будет подробное видео о процессе монтажа.
Хочу обратить внимание на важные моменты. 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.

Если плата собрана правильно, то она будет выглядеть примерно так:

Сборка корпуса и навесной монтаж

Для паяльной станции мы нарисовали также файл для резки оргстекла. Его можно передать этот фирме, занимающейся лазерной резкой, и они смогут изготовить вам такой же корпус.
Коммутационная схема внутри корпуса очень не сложная:

Для начала необходимо прикрутить разъем к правой стенке корпуса, а уже затем припаивать провода от разъема к плате. При этом контакты припаиваются один к одному. То есть первый к первому, второй ко второму и т.д. Обратите внимание, что на печатной плате есть дополнительные отверстия рядом с монтажными. Через них можно пропустить провода для дополнительной фиксации.

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

На следующем этапе эти две части собираются вместе. Затем необходимо подключить провода питания. Плюс питания подключается через выключатель питания. Обратите внимание, что устанавливать лицевую панель пока не надо.

Прошивка контроллера и настройка

HEX-файл для прошивки контроллера также будут в конце статьи. Фьюз-биты должны остаться заводскими, то есть контроллер будет работать на частоте 1МГц от внутреннего генератора.
Первое включение производится до установки микроконтроллера и операционного усилителя на плату. В первую очередь необходимо проверить схему питания. Для этого на плату надо подать постоянное напряжение питания от 12 до 24В и проконтролировать, что на выходе стабилизатора DA1 присутствует напряжение питания 5В. После этого при отключенном питании с соблюдением положения ключа устанавливаются микросхемы DA1 и DD1 в панельки.

Теперь при повторном включении должны заработать следующие функции: на индикаторе будет отображаться температура, энкодер будет ее изменять, паяльник начнет нагреваться, 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 подкрутить коэффициент усиления операционника многооборотным подстроечным резистором R4.

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 и откалибрована, можно аккуратно, чтобы не потрескались детали, установить лицевую панель.

Видео сборки

Для тех, кто любит смотреть как другие работают:

Заключение

Эта простая паяльная станция, сделанная при поддержке группы Товары из Китая Радиолюбителю, сильно изменит ваше впечатление о пайке, если вы паяли до этого только обычным сетевым паяльником!

О паяльнике надо сказать еще пару слов. Это самый простой паяльник с датчиком температуры. У него обычный нихромовый нагреватель и самое дешевое жало. Жало лучше заменить, например, на такое. Подойдет любое с внешним диаметром 6,5мм, внутренним 4мм, и длиной хвостовика 25мм.

Файлы проекта

Все файлы проекта можно скачать с нашего сайта. Мы будем очень рады, если они окажутся полезны для вас.

Анонс

Сейчас мы работаем над разработкой паяльного фена и нам очень интересно ваше виденье основных характеристик такого устройства, чтобы вы захотели собрать его. Мы будем очень признательны, если вы ответите несколько вопросов нашей анкеты (в конце можно будет посмотреть ответы других пользователей).

Спасибо за уделенное внимание!
- Блог компании MakeItLab
- DIY или Сделай сам
- Электроника для начинающих
Simple Solder MK936 SMD. Простая паяльная станция на SMD-компонентах

Это продолжение нашего старого проекта. В этой статье вы найдете инструкции и все необходимые материалы для самостоятельной сборки паяльной станции с применением SMD-компонентов . Старая версия паяльной станции доступна по этой ссылке.
Основная отличительная особенность паяльной станции это контроль температуры. Это достигается за счет наличии датчика температуры (термопары) на стороне паяльника. Такой паяльник позволяет быстро выйти на требуемую температуру, а затем поддерживать ее за счет регулировки мощности.
А вот так выглядит наша обновленная паяльная станция:

Внешний вид паяльной станции

Технические характеристики

Абсолютно такие же, как и в предыдущей версии устройства:
1. Питание от источника постоянного напряжения 12-24В
2. Потребляемая мощность, при питании 24В: 50Вт
3. Сопротивление паяльника: 12Ом
4. Время выхода на рабочий режим: 1-2 минуты в зависимости от питающего напряжения
5. Предельное отклонение температуры в режиме стабилизации, не более 5ти градусов
6. Алгоритм регулирования: ПИД
7. Отображение температуры на семисегментном индикаторе
8. Тип нагревателя: нихромовый
9. Тип датчика температуры: термопара
10. Возможность калибровки температуры
11. Установка температуры при помощи экодера
12. Светодиод для отображения состояния паяльника (нагрев/работа)
Печатная плата

Печатная плата стала двухсторонняя, но адаптирована для изготовления в домашних условиях. Файл печатной платы можно будет скачать в конце статьи.

Лицевая сторона печатной платы

Обратная сторона печатной платы

Мы не подготовили принципиальную схему, так как она отличается от первого проекта только позиционными обозначениями компонентов.

Список компонентов

Для сборки печатной платы и корпуса потребуются следующие компоненты и материалы:
1. BQ1. Энкодер EC12E24204A8
2. C5. Конденсатор танталовый 35В, 10мкФ, типоразмер С
3. C1-C4, C7-C9. Конденсаторы керамические 0.1мкФ в корпусе 0805
4. C6. Конденсатор танталовый 16В, 22мкФ, типоразмер С
5. DD1. Микроконтроллер ATmega8A-AU в корпусе TQFP32
6. DA1. Стабилизатор L7805ACD2T-TR на 5В в корпусе D2PAK
7. DA2. Операционный усилитель LM358ADT в корпусе SO8
8. HG1. Семисегментный трехразрядный индикатор с общим катодом BC56-12GWA.Также на плате предусмотрено посадочное место под дешевый аналог.
9. HL1. Любой индикаторный светодиод на ток 20мА с шагом выводов 2,54мм
10. R1,R6. Резисторы 300 Ом, корпус 0805 — 2шт
11. R4, R7-R20. Резисторы 1кОм, корпус 0805 — 15шт
12. R3. Резистор 100кОм, корпус 0805
13. R5. Резистор 1МОм, корпус 0805
14. R2. Резистор подстроечный 3296W 100кОм
15. VT1. Полевой транзистор IRF3205SPBF в корпусе D2PAK
16. VT2-VT4. Транзисторы BC547BTA в корпусе SOT323 — 3шт
17. XS2. Клемма на два контакта с шагом выводов 5,08мм
18. XS1. Клемма на два контакта с шагом выводов 3,81мм
19. XS3. Клемма на три контакта с шагом выводов 3,81мм
20. XS4. Разъем программирования PLS-06
21. Разъем для подключения паяльника
22. Выключатель питания SWR-45 B-W(13-KN1-1)
23. Паяльник. О нем мы еще позже напишем
24. Детали из оргстекла для корпуса (файлы для резки в конце статьи)
25. Ручка энкодера. Можно купить ее, а можно напечатать на 3D-принтере. Файл для скачивания модели в конце статьи
26. Стойки. Их также можно напечатать, но можно использовать обычные втулки с отверстием 3мм и высотой 10мм
27. Винт М3х60 — 4шт
28. Гайка М3 — 8шт
29. Шайба М3 — 4шт
30. Шайба М3 увеличенная — 8шт
31. Шайба М3 гроверная — 8шт
32. Также для сборки потребуются монтажные провода, стяжки и термоусадочная трубка
Вот так выглядит комплект всех деталей:

Детали для сборки паяльной станции

Монтаж печатной платы

При сборки печатной платы удобно пользоваться сборочными чертежами:

Начать необходимо с установки SMD-компонентов. Установите элементы на платы согласно перечню элементов. При установке элементов важно следить за ориентацией танталовых конденсаторов и операционного усилителя. Первый вывод DA2 определяется по скосу на корпусе.
Если все собрано верно, то плата должна выглядеть следующим образом:

Сторона SMD-компонентов в сборе

Обратите внимание, что мы использовали резисторы на 1кОм без маркировки.
Далее необходимо установить выводные элементы на плату в соответствии с перечнем элементов. Длинный вывод светодиода – плюс. Семисегментный индикатор устанавливается “точками” вниз. В итоге плата должна выглядеть следующим образом:

Сторона THT-компонентов в сборе

Сборка корпуса и объемный монтаж

Монтажная схема блока выглядит следующим образом:

Монтажная схема паяльной станции

Перед сборкой корпуса необходимо подготовить выключатель и разъем. Выключатель надо включить в разрыв красного провода так, чтобы на одном контакте выключателя был короткий отрезок красного толстого провода, а на втором длинный.
К первому и пятому контактам разъема паяльника требуется подключить короткие красные провода, а к остальным черные.
На выключатель и разъем необходимо надеть термоусадочные трубки и залудить все свободные концы проводов, чтобы потом удобнее их было прикручивать в клеммы.
Далее необходимо установить выключатель и разъем паяльника на лицевую панель. Обратите внимание, что выключатель может устанавливаться туго. При необходимости расширьте установочное отверстие надфилем.
Далее необходимо подключить первый контакт разъема к первому контакту платы, второй ко второму, и т.д. в соответствии с приведенным ранее рисунком.
Если все сделано верно, то на этом этапе плата будет выглядеть следующим образом:

Установка лицевой панели

На этом этапе можно произвести прошивку паяльной станции и первое включение.

Прошивка микроконтроллера

В левом верхнем углу платы расположен стандартный разъем для прошивки AVR-микроконтроллеров.

Вы можете прошить микроконтроллер любым имеющимся у вас программатором. Подключать при этом внешнее питание к устройству не требуется. Сам файл прошивки вы сможете найти в конце статьи.
Биты конфигурации! Необходимо включить CKSEL0, CKSEL2, CKSEL3, SUT0, BOOTSZ0, BOOTSZ1 и SPIEN! То есть требуется смена дефолтных установок для запуска контроллера на тактовой частоте 2МГц.

Завершение сборки

Теперь можно прикрутить плату к лицевой панели. Допускается при этом использовать обычные стойки высотой 10мм, но мы подготовили специальные стойки, обеспечивающие лучшую фиксацию платы. Модель для 3D-печати также можно будет найти в конце статьи.

Установка платы на лицевую панель

Боковые стенки устанавливаются без каких-либо креплений. Теперь остается только вставить в пазы заднюю крышку, закрутить гайки, продернуть провода для питания через отверстие и закрепить их при помощи кабельных хомутов. Помните, что детали из оргстекла достаточно хрупкие и не перетягивайте крепеж.

Калибровка

Для точной подстройки температуры используется подстроечный резистор. В лицевой панели есть специальное отверстие для доступа к нему.

При калибровке в первую очередь надо довести жало до той температуры, при которой плавится припой. Затем, набрав шарик припоя на жало, требуется разогреть им термопару. Есть специальные измерительные приборы для таких целей, но подойдет и обычный мультиметр с термопарой. Далее вращением вала подстроечного резистора добейтесь того, чтобы измеренное значение паяльной станцией совпадало с показаниями внешней термопары. При этом помните, что чем больше времени вы даете паяльнику для стабилизации температуры, тем точнее вы в итоге сможете его настроить. Также обратите внимание на то, что подстроечный резистор многообортный и один оборот очень незначительно изменяет температуру.

Видео

Файлы для скачивания

Мы будем очень рады, если вы поддержите наш ресурс и посетите магазин наших товаров shop.customelectronics.ru.
Вы можете сделать эту паяльную станцию самостоятельно, а можете приобрести ее как набор.

HAKKO FX-951. Обзор мощной и компактной паяльной станции с возможностью точной регулировки температуры

Hakko FX-951 — паяльная станция мощностью 75 Вт, разработанная для бытовых и производственных задач по бессвинцовой пайке и призванная освободить пространство на рабочем месте. Поэтому размер оборудования всего 80x130x131 мм, а габариты подставки для паяльника примерно те же.

Для увеличения скорости и точности работы предусмотрена регулировка температуры паяльника в пределах 200–450°С.

5% скидка Для читателей нашего блога
скидка 5% на весь
ассортимент Ваш промокод: BLOG Смотреть все паяльные станции

Характеристики блока паяльной станции

Корпус станции сделан из синего пластика с желтой вставкой на лицевой панели. Левая и правая его части оборудованы резиновыми ножками и амортизаторами. Они предотвращают скольжение станции на рабочей поверхности и тем самым делают работу более безопасной.

Станция Hakko FX-951 имеет массу 1,2 кг и габариты 80x130x131 мм.

В середине находится трансформатор для преобразования напряжения с 220 В до 24 В, которое идет непосредственно на паяльник. Напряжение поступает на трансформатор при помощи силового трехжильного кабеля с европейским типом вилки.

Для защиты электроники от скачков напряжения используется предохранитель 250 В-1 А. Когда напряжение превышает уровень 240 В, он автоматически обесточивает станцию.

В верхней части корпуса находится выключатель сетевого питания. Он нужен в тех случаях, когда паяльная станция будет долго находиться без работы, а вытаскивать вилку питания из розетки нецелесообразно.

Функции

Устройство паяльной станции дает возможность изменять уровень нагрева паяльника в диапазоне 200–450°С. Электроника постоянно контролирует фактическую температуру наконечника, благодаря чему отклонение от заданного параметра не будет превышать 5°С.

Может произойти так, что фактическая температура паяльной головки (при измерении точным термометром) будет отличаться от показаний на дисплее. Для дальнейшего достоверного отображения температуры следует провести ее коррекцию в соответствующем режиме настроек. Такая коррекция возможна в пределах от -50°С до +50°С.

При пайке массивных клемм бывает, что наконечник паяльника слишком быстро расходует тепловую энергию и охлаждается, и это приводит к плохому качеству работы. На такой случай в Hakko FX-951 есть функция подачи сигнала о понижении температуры в виде звука и надписи на дисплее. При появлении сигнала лучше всего прервать процесс пайки и в течение нескольких десятков секунд дать наконечнику вновь нагреться.

Данная паяльная станция обладает очень хорошим уровнем передачи тепла и термического воздействия на область пайки. При запуске станции температура наконечника повышается с 20°С до 330°С всего за 25–30 секунд. Такая скорость особенно важна для тех, кто занимается пайкой в промышленном объеме, где в больших масштабах каждая потерянная секунда снижает общую эффективность.

Именно для промышленной работы и предназначена функция блокировки изменения настроек без использования ключ-карты. Ключ-карта представляет собой тонкую пластину с прорезью, которая вставляется в отверстие на передней панели станции. Пока ключ не вставлен, изменять температуру нагрева паяльника и диапазон ее погрешности невозможно.

Это полезная функция для тех, кто дает паяльную станцию наемным работникам и беспокоится о точности производственного процесса, или если вокруг рабочего места много посторонних, которые нечаянно или специально могут изменить настройки. Но стоить отметить, что ключ-картой может послужить даже плотная бумага, вырезанная по соответствующей форме. Поэтому надежность такой меры предосторожности крайне низкая.

В станции также реализована опция автоматического выключения паяльника, если он находился без работы 30 минут и более. Это предустановленное временное значение, но его можно поменять: например, сделать так, чтобы уже через 10 минут нахождения паяльника в держателе станция перешла в режим ожидания. При этом температура наконечника снижается до 200°С.

Дисплей и управление настройками

Дисплей Hakko FX-951 сделан трехразрядным, с желтыми крупными цифрами. В обычном режиме он отображает температуру головки паяльника, в режиме ввода данных — используемую величину и шкалу температуры (градусы Цельсия или Фаренгейты). Также на дисплее может появляться сообщение о какой-либо неисправности или переходе станции в режим ожидания.

Для настройки параметров работы следует использовать 4 кнопки на лицевой панели:

1. Кнопка # запускает режим ввода необходимых данных.

2. Кнопка * при зажатии более одной секунды заканчивает функцию ввода данных. А если нажатие будет длиться менее секунды, то дисплей покажет установку параметров, используемых в данный момент.

3. Кнопка ⬆ увеличивает цифровое значение редактируемого параметра.

4. Кнопка ⬇ уменьшает цифровое значение редактируемого параметра.

Изначально производитель установил температуру паяльной станции на отметке 350°С. Чтобы изменить этот параметр, нужно сделать следующие шаги:

1. Вставить в гнездо на лицевой панели ключ-карту.

2. Кнопками ⬆ и ⬇ выбрать необходимую цифру сотен градусов (2, 3 или 4), после чего нажать кнопку *.

3. Кнопками ⬆ и ⬇ выбрать необходимую цифру десятков градусов, после чего нажать кнопку *.

4. Кнопками ⬆ и ⬇ выбрать необходимую цифру единиц градусов, после чего нажать кнопку *.

Для установки температуры паяльника с учетом коррекции нужно вставить ключ-карту, нажать кнопку #, а затем сделать все те же шаги, что и в случае изменения общей заданной температуры.

Также можно изменить систему отображения температуры с градусов по Цельсию на Фаренгейты и наоборот. Алгоритм таков:

1. Выключить сетевое питание паяльной станции.

2. Вставить в гнездо на лицевой панели ключ-карту.

3. Зажать одновременно кнопки ⬆ и ⬇ и включить сетевое питание.

4. Продолжать удержание кнопок ⬆ и ⬇ до тех пор, пока дисплей не отобразит надпись IC или IF (градусы Цельсия или градусы Фаренгейта).

5. Использовать кнопки ⬆ и ⬇ для выбора системы отображения, после чего нажать кнопку *.

Сходным образом регулируется и параметр времени, через которое станция переходит в режим ожидания.

Характеристики паяльника

В станции Hakko FX-951 используется паяльник модели FM-2028, мощность которого равна 70 Вт. Изначально он идет в поставке без наконечника, но общее количество доступных к использованию моделей достигает 85. Конструкция паяльника сделана специально для быстрой и простой замены наконечников из серии Т12.

Они изготовлены по типу моноблока с защищенным корпусом и особым покрытием. Внутри находятся датчик температуры и керамический нагреватель с высоким КПД. Сопротивление паяльной головки по отношению к земле составляет менее 2,0 Ом, напряжение заземления — менее 2 мВ.

Чтобы извлечь наконечник из паяльника, нужно нажать фиксирующие кнопки на корпусе втулки. После того как снимется втулка, можно вытянуть и сам наконечник. Обратный порядок действий необходим для его установки и начала работы.

Вставлять наконечник во втулку нужно до защелкивания. Если же что-то сделано неправильно, то на дисплее появится надпись S-E в сопровождении звукового сигнала.

Хотя станция Hakko FX-951 поддерживает работу с температурой до 450°С, постоянно использовать максимальный нагрев не стоит. Лучше устанавливать минимально допустимый показатель при пайке конкретных клемм, ведь это защитит головку от быстрого износа и термического удара. Для сбережения наконечника также советуется по завершении пайки всегда его очищать и затем покрывать свежим слоем чистого припоя.

Распространенная ошибка при пользовании паяльником — стремление очистить наконечник от припоя за счет ударов по твердым объектам. Но производитель предупреждает, что это может привести к выходу паяльной головки из строя.

Длина паяльника равна 188 мм (со стандартной головкой), а вес всего 30 г (без учета кабеля). Длина кабеля между паяльником и станцией составляет 1,2 м. Все это способствует комфортной работе, тем более что саму станцию можно отодвинуть ради большего пространства (длина кабеля позволяет).

Паяльник хорошо лежит в руке благодаря прорезиненной втулке, создающей противоскользящий и антинагревательный эффекты. Существуют 4 цветовые ее разновидности: желтая, оранжевая, синяя и зеленая.

Дополнительно к станции Hakko FX-951 можно приобрести паяльники FM-2026 и FM-2032 для пайки в среде из азота и микропайки соответственно.

Удобный держатель

Главное достоинство держателя паяльника в станции Hakko FX-951 — наличие режима ожидания. Если паяльник находится в держателе определенное заданное количество времени (от 0 до 29 минут, регулируется в настройках), то активируется режим сна. При этом температура наконечника опускается до 200°С, что экономит электроэнергию.

Для реализации такой функции разработчики применили систему кольцевика, который замыкается и размыкается при поднятии или опускании паяльника в держатель. Для соединения его с блоком управления предназначен специальный шнур, идущий в комплекте.

Благодаря подвижной системе кольцевика доступна регулировка угла держателя. Это практично, ведь позволяет удобно оборудовать как стоячее, так и сидячее рабочее место. На металлическом корпусе держателя также присутствуют резиновые ножки для повышения сцепления с рабочей поверхностью.

В подставке есть отсек для чистящей губки, которую надо смачивать для большего эффекта. Дополнительно в комплектацию входит и термостойкая прихватка для замены наконечников, подходящая также для роли подставки под горячие от пайки платы.

Комплектация

Покупая данную станцию, вы получите:

1. Блок управления Hakko FX-951.

2. Паяльник FM-2028 (наконечник отсутствует).

3. Сетевой кабель.

4. Защитную ключ-карту.

5. Термостойкую прихватку.

6. Подставку с чистящей губкой для держания паяльника.

7. Кабель для соединения подставки со станцией.

8. Паспорт устройства и инструкцию.

Примерная стоимость Hakko FX-951 составляет около $500 (на ноябрь 2021 года), но нужно быть внимательным, потому что на рынке есть множество более дешевых китайских клонов.

Вывод

Набор Hakko FX-951 — это паяльная станция для бессвинцовой работы, которая значительно разгрузит пространство на рабочем месте благодаря компактным габаритам, равным 80x130x131 мм.

Пальник одинаково хорошо справляется с пайкой как маленьких, так и больших клемм, поскольку доступна регулировка температуры наконечника в диапазоне 200–450°С. Для промышленного использования станции внедрили функцию защиты от несанкционированного изменения настроек пайки, реализованную через ключ-карту.
Похожие публикации: