Самодельная цифровая паяльная станция на ATMega8 своими руками

После того, как меня окончательно измучила моя паяльная станция 40 Вт неизвестного происхождения, я решился на создание паяльной станции своими руками профессионального уровня на АТМега8.

На рынке представлена недорогая продукция разных производителей (например, AIOU / YOUYUE и др.). Но у них, как правило, есть какой-то значительный дефект, либо спорный дизайн.

Предупреждаю: эта цифровая паяльная станция нужна, чтобы единственно паять, без лишних украшений типа AMOLED-дисплеев, сенсорных панелей, 50-ти режимов работы и интернет-управления.

Но все же у него будет несколько особенностей, которые вам пригодятся:

  • неактивный режим (поддерживает температуру 100-150°С, когда паяльник лежит на подставке.
  • таймер автоматического отключения, чтобы забывчивость не стала причиной пожара.
  • УАПП для отладки (только для данной сборки).
  • дополнительные разъемы на плате для подключения второго паяльника или фена.

Интерфейс достаточно прост: я сделал две кнопки, поворотный регулятор и ЖК-дисплей 16х2 (HD44780).

Для чего делать станцию самому

Причин, по которым представленные на рынке станции, не вызывают доверия, несколько: никогда нельзя знать наверняка, что вы приобрели хорошее изделие, до тех пор, пока оно не пройдет полный тест-драйв; пока вы не разберёте станцию, чтобы увидеть и оценить начинку и качество сборки; и, наконец, вы не можете пообщаться с другими владельцами этой же модели, чтобы поделиться впечатлениями и обсудить плюсы и минусы станции из-за того, что многие компании выпускают свою продукцию на рынок под новыми брендами каждые пару лет.

Пару лет назад я приобрел паяльную станцию через интернет, и, хотя работает она до сих пор хорошо, я устал работать с ней из-за дурацкого дизайна (короткий шнур питания, обдув не компрессорный и короткий неотсоединяемый шнур жала). Из-за недочетов в дизайне эту станцию даже на столе переставлять неудобно, корпус крутится вслед за жалом. Нутро было залито термоклеем, неделя ушла только на очистку компонентов и устранение мелких и крупных недостатков.

Крепление шнура подставки паяльника держалось на честном слове, изоляция постоянно сбивалась, а это и разрыв провода, и возможный пожар.


Шаг 1: Необходимые материалы

Список материалов и компонентов:

  • Преобразователь 24 В 50-60Вт. У моего трансформатора есть вторичная линия 9В, которая пойдет на логические элементы, в то время как первичная линия пойдет на паяльник. Также можете использовать понижающий преобразователь 5В для элементов, и отдельно внутреннее содержимое блока питания 24В для паяльника.
  • Микроконтроллер ATMega8.
  • Корпус. Подойдет любая коробка из твердого материала, предпочтительно металлическая, можно взять корпус от блока питания. Можно заказать такой корпус.
  • Двухсторонняя медная плата 100х150 мм.
  • Поворотный регулятор от старого кассетного магнитофона. Работает отлично, нужно только заменить колпачок регулятора.
  • ЖК-дисплей HD44780 16х2.
  • Радиокомпоненты (резисторы, конденсаторы и т.д.).
  • Стабилизатор напряжения LM7805 или аналогичный ему.
  • Радиатор размером не больше корпуса TO-220.
  • Сменный наконечник HAKKO 907.
  • МОП-транзистор IRF540N.
  • Операционный усилитель LM358N.
  • Мостовой выпрямитель, две штуки.
  • 5-контактное гнездо и штекер к нему.
  • Выключатель.
  • Штепсельная вилка на ваш выбор, я использовал разъем от старого компьютера.
  • Предохранитель 5А и держатель для предохранителя.

Время на сборку – примерно 4-5 дней.

Что касается источника питания, то вы можете сделать вполне жизнеспособные версии/дополнения. Например, можно получить блок питания 24В 3А, использовав LM317 и LM7805, чтобы сбросить напряжение до.
Все детали из этого списка можно заказать с китайских интернет-площадок.

Шаг 2: День первый – продумываем электрическую схему

У паяльника HAKKO 907 много клонов, еще существует две разновидности оригинальных жала (с керамическими нагревательными элементами A1321 и A1322).

Дешевые клоны – примеры ранних копий, с применением ХА-термопары и керамического нагревателя самого паршивого качества, или вовсе с нихромовой катушкой.

Клоны чуть подороже практически идентичны оригинальным HAKKO 907. Определить оригинальность можно по наличию или отсутствию маркировки на оплетке провода бренда HAKKO и номера модели на нагревательном элементе.

Можно также определить подлинность изделия, измерив сопротивление между электродами или проводами нагревательного элемента паяльника.

Оригинал или качественный клон:

  • Сопротивление нагревательного элемента – 3-4 Ом
  • Термистор — 50-55 Ом при комнатной температуре
  • между жалом и ESD заземлением — меньше 2 Ом

Плохие клоны:

  • На нагревательном элементе – 0-2 Ом для нихромовой катушки, больше 10 Ом для дешевой керамики
  • на термопаре – 0-10 Ом
  • между жалом и ESD заземлением – меньше 2 Ом

Если сопротивление нагревательного элемента слишком велико, скорее всего он поврежден. Лучше обменяйте его на другой (если есть возможность) или купите новый керамический элемент A1321.

Питание
Чтобы вы не запутались в схеме, преобразователь на ней изображен как два преобразователя. В остальном схема довольна проста и у вас не должно возникнуть трудностей с ее чтением.

  1. На выходе каждой вторичной линии напряжения устанавливаем мостовой выпрямитель. Я купил несколько выпрямителей 1000 В 2 А хорошего качества. Преобразователь на 24В линии выдает максимум 2А, а паяльнику нужна мощность 50 Вт, получается общая расчетная мощность будет примерно 48 Вт.
  2. К линии вывода 24В подключен сглаживающий конденсатор 2200 мкф 35 В. Кажется, что можно было взять конденсатор емкостью поменьше, но у меня в планах подключение дополнительных приборов к самодельной станции.
  3. Для снижения напряжения питания контрольной панели с 9В до 5В я использовал регулятор напряжения LM7805T с несколькими конденсаторами.

Управление через ШИМ

  1. На второй схеме изображено управление керамическим нагревательным элементом: сигнал с микроконтроллера ATMega идет на МОП-транзистор IRF540N через оптрон РС817.
  2. Значения резисторов на схеме условные, и в окончательной сборке могут быть изменены.
  3. Пины 1 и 2 соответствуют проводам нагревательного элемента.
  4. Пины 4 и 5 (термистор) соединяются с разъемом, к которому подключим операционный усилитель LM358.
  5. К пину 3 подключено ESD заземление паяльника.

Подключения к плате контроллера

Основа паяльной станции – микроконтроллер ATMega8. На этом микроконтроллере достаточно разъемов, чтобы не использовать сдвиговые регистры для входов/выходов и сильно упрощает дизайн устройства.

Три пина ОС для ШИМ дают достаточно каналов для будущих дополнений (например, второй паяльник), а количество каналов АЦП дает возможность контролировать температуру нагрева. На схеме видно, что я добавил дополнительный канал для ШИМ и разъемы для датчика температуры на будущее.

В правом верхнем углу находятся разъемы под поворотный регулятор (А и В для направлений, плюс кнопка-выключатель).
Разъем для ЖК-дисплея разделен на две части: 8 пинов – под питание и данные (пин 8), 4 пина – под настройки контраста/фоновой подсветки (пин 4).

Помимо основных разъемов я добавил 4-хпиновый разъем УАПП для установочной отладки (мы подключим только пины RX, TX и GND).

ISP коннектор не вводим в схему. Для подключения микроконтроллера и его перепрограммирования в любой момент я установил DIP-28 разъем.

R4 и R8 контролируют усиление соответствующих схем (максимально до ста крат).
Какие-то детали будут изменены в ходе сборки, но в целом схема останется такой.

Шаг 3: День 2 – подготовительная работа

Корпус, который я заказал, оказался слишком мал для моего проекта, или компоненты оказались слишком велики, поэтому я заменил его на более вместительный. Минусом стало то, что и размер паяльной станции увеличился соответственно. Зато появилась возможность добавить дополнительные приборы – диодную лампу для комфортной работы, второй паяльник, разъем под жало для пайки припоем или дымоудалитель, и т.д.

Обе платы были скомпонованы в один блок.

Подготовка

Если вам повезло, и вы раздобыли подходящее гнездо для паяльника HAKKO, пропустите два параграфа.
Сначала я заменил родной штекер на паяльнике на новый. Он цельнометаллический и с блокирующей гайкой, это значит, что он всегда будет на своем месте и практически вечный. Я просто отрезал старый 5-типиновый штекер и припаял новый вместо него.

Для разъема сверлим отверстие в стенке корпуса. Проверьте, входит ли разъем в отверстие, и оставьте его там. Остальные компоненты передней панели мы установим позже.

Припаяйте к разъему 5 проводков и смонтируйте 5-типиновый разъем, который пойдет на плату. Затем вырежьте отверстия под ЖК-дисплей, поворотный регулятор и 2 кнопки. Если вы хотите вывести кнопку включения на переднюю панель, под нее тоже нужно вырезать отверстие.

На последней фотографии видно, что для подключения дисплея я использовал шлейф от старого флоппи-дисковода. Это отличный вариант, также можно использовать шлейф IDE (от дисковода жёстких дисков).

Затем подключите 4-хпиновый разъем к поворотному регулятору и если вы установили кнопки, подключите и их.
По углам выреза под дисплей хорошо было бы просверлить 4 отверстия под монтажные маленькие винты, иначе дисплей не будет держаться на своем месте. На заднюю панель я вывел разъем под шнур питания и выключатель.

Шаг 4: День 2 – Делаем печатную плату

Вы можете использовать мой чертеж для печатной платы, или сделать свой, удовлетворяющий вашим требованиям и техническим характеристикам.

Прикладываю ZIP-архив со схемой и топологией печатной платы в Eagle (окончательный вариант) и PDF-файл с верхним и нижним слоями платы.

Примечание: моя плата сделана для ленивых, если вы хотите, можете сделать однослойную плату, можете просто припаять соединительные провода к 5В дорожке/дорожки питания или поиграть с вариантами подключений так, что для работы понадобится только нижний слой платы. Для легкого монтажа/демонтажа я сделал дизайн со сквозными контактами, но с компонентами с поверхностным монтажом и определенными знаниями вы сможете сделать схему раза в два меньше.
На последнем фото схема практически полностью собрана и готова к установке в корпус.

Файлы

Шаг 5: День 3 – Завершение сборки и кодировка

На этом этапе обязательно нужно проверить напряжение в ключевых точках вашего агрегата (5VDC, 24VDC выводы и т.д.). Стабилизатор LM7805, МОП-транзистор IRF540 и все активные и пассивные компоненты не должны нагреваться на этом этапе.

Если ничего не нагрелось и не загорелось, можно собирать все компоненты на места. Если ваша передняя панель уже собрана, вам осталось только припаять провода преобразователя, плавкий предохранитель, разъема питания и выключателя.

Шаг 6: Дни 4-13 – Микропрограммное обеспечение

Пока я пользуюсь сырым и непроверенным микропрограммным обеспечением, поэтому я решил отложить его публикацию, пока не напишу самодиагностирующую отладочную подпрограмму. Я бы не хотел, чтобы ваш дом или мастерская пострадали от пожара, поэтому дождитесь окончательной публикации.

Я планирую добавить ПИД-регулирование и несколько дополнительных режимов с фиксированной выходной мощностью. Если вы не хотите ждать пока я выложу программу и решили написать свою, поищите хорошие источники информации на следующие темы:

  1. Дискретные ПИД-регуляторы
  2. Реализация ПИД-регуляторов
Игорь Самоделов
Игорь Самоделов

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

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *