Цифровая паяльная станция 3 в 1 (DSS-1)

Идея создания самодельной паяльной станции у меня возникла давно, но потому что 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 2-хцветных (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, потому что 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 ещё 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 3-хзнаковых семисегментника с общим катодом, выдранных из телефона «Русь», 2 2-хцветных 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. Но 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 районе +/-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 лишь 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, далее 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

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

• dss1.rar (691 Кб)