Паяльная станция на Ардуино

Чтобы проще было понимать процесс построения паяльной станции, надо понимать функциональное назначение основных составляющих элементов.

Возможные элементы, которыми можно управлять через Ардуино

Ардуино

Этот процессор, установленный на небольшой печатной плате, имеет определенный объем памяти. По периметру платы сделаны отверстия, и установлены контактные панели для подключения самых разнообразных электротехнических элементов. Это могут быть светодиоды, датчики различной конструкции и назначения, реле, электромагнитные замки и многое другое, что работает от электропитания и управляется электрическими сигналами. В нашем случае это будет паяльная станция, собранная на Ардуино.

Особенность процессора Ардуино в том, что он легко программируется для управления подключенными устройствами по установленному алгоритму. Это позволяет самостоятельно конструировать автоматические системы управления бытовой электротехникой и другими электротехническими элементами.

Паяльник

Для работы с печатными платами электронных схем большим спросом у потребителей пользуются модели паяльников Мосфет, китайского производства с ручками  серии 907 A1322 939, они недорогие, надежные и удобные.

Характеристики:

• Напряжение питания – 24В, ток постоянный (DC);
• Мощность – 50Вт;
• Рабочая температура для пайки – 200-400 ̊С.

В этом режиме прогрева и поддержания температуры устройства управления будут коммутировать ток величиной 2-3 А, но для этого требуется соответствующий блок питания.

Внешний вид паяльника для станции

Особенности выбора паяльника

В разъеме паяльника 5 проводов:

• Два – подключаются к нагревательному элементу;
• Два – к термодатчику;
• Один контактирует с наконечником и выходит на заземление, одновременно проводник выполняет роль нейтрализации статического напряжения.

Определить назначение проводов можно мультиметром, измеряя сопротивление между проводами от термодатчика 45-60 Ом. Сопротивление нагревательного элемента несколько Ом. Таким способом можно отличить термопару от датчика и нагревающего элемента, ее сопротивление несколько Ом и при измерении, если поменять щупы местами, показания будут отличаться. Последние модели стандартизированы обычно: красный-белый – провода датчика, черный и синий – от нагревателя, зеленый – заземление. Ответная часть к разъему шнура паяльника поставляется в комплекте, при необходимости обе составляющие разъема продаются в магазинах радиодеталей.

Блок питания

Некоторые умельцы используют блоки питания от ПК, на 12В используют адаптеры для повышения напряжения до 24В. В этих случаях схема управления работает нормально, но бывают проблемы долгого нагревания по причине слабого тока.

Внешний вид блока питания Venom Standart

Надежнее использовать промышленные изделия, идеально подходит 24V 60Вт Venom Standart, который обеспечивает ток для нагрузки в 2,5 А. Он имеет небольшие габариты и прочный корпус из металлической пластины, легко монтируется в общий корпус для паяльной станции с Ардуино.

Схема подключения

Многими мастерами широко используется проверенная надежная схема Flex Link. Она относительно простая и имеет доступные элементы, начинающие любители в состоянии собрать своими руками такую схему.

Схема подключения Ардуино к другим элементам станции

Кроме схемы Ардуино (UNO), блока питания и паяльника, в составе общей схемы понадобятся еще некоторые элементы:

• Операционный усилитель LM358N для снятия показаний с датчика температуры на паяльнике. Не вдаваясь в теоретические подробности, для согласования его работы с платой Ардуино в схему включаются 2 конденсатора по 0.1 мкф, 3 сопротивления: 10; 1; 13 кОм;
• Для управления включением и выключением питания на паяльнике, в зависимости от сигналов с датчика температуры, используется импульсный транзистор IRFZ44, подключенный через сопротивления 1к и 100Ом к плате Ардуино;

Включение импульсного транзистора IRFZ44

• Блок питания в 24В рассчитан для нагрева паяльника, для питания схемы Ардуино и LM358N требуется +5В. Это напряжение обеспечивает стабилизатор напряжения 24/5В, подключенный к основному блоку питания

Один из вариантов стабилизатора напряжения для питания Ардуино и операционного усилителя LM358N

Есть несколько вариантов запитать Ардуино и отдельные элементы схемы, на выходе стабилизатора можно установить 5В и подать на вход Ардуино через USB.

Способы питания Ардуино

Другой вариант – установить на выходе 12В и подать через классический цилиндрический разъем. 5 вольт для схемы можно взять со встроенного в Ардуино стабилизатора.

Стабилизаторы на плате Ардуино и разъемы для их подключения

Плата Ардуидо в нашем случае используется как контроллер, кнопки управления подключаются от питания +5В через сопротивления 10кОм. Трехразрядный (в каждом разряде по 7 сегментов) светодиодный индикатор позволяет наглядно отслеживать температуру паяльника.

В нашем случае сегменты подключаются через сопротивления 100Ом, распиновка контактов происходит по следующей последовательности:

Аноды:

• D0 – a;
• D1 – b;
• D2 – c;
• D3 – d;
• D4 – e;
• D5 – f;
• D6 – g;
• D7 – dp.

Катоды:

• D8 – cathode 3;
• D9 – cathode 2;
• D10 – cathode 1.

Для упрощения кнопки подключаются на аналоговый контакт А3, А2, и память и скорость процессора достаточны, чтобы отметить это в программе. На плате Ардуино UNO любителям, не имеющим достаточного практического опыта, тяжело определить цифровые пины: 14, 15, 16.

Для того чтобы нагревательный элемент не перегревался на максимально допустимой температуре, схема должна автоматически управлять процессом подогрева в режиме ШИМ модуляции. На начальном этапе включается 24В на полную мощность для скорейшего достижения установленной температуры. После достижения заданной величины температуры мощность понижается до 30-45 % при минимальном отклонении. Например, на 10  ̊С от установленной температуры – паяльник будет отключаться или включаться в зависимости больше или меньше температура от установленной, такой режим позволяет использовать 30-35 % мощности для поддержания паяльной станции в рабочем режиме, снимается инерция перегрева.

Для поддержания схемой такого режима пишется несложная программа, прошивается процессор. Написание программ требует детального рассмотрения в отдельной статье. Когда существуют проблемы, можно обратиться к специалистам, которые для блоков Ардуино за несколько минут напишут программу, задающую алгоритм работы контроллера для паяльной станции. На многих сайтах опубликованы различные варианты использования Ардуино, представлены схемы, варианты печатных плат и программное обеспечение. Можно купить за 1-5 долларов программу, Ардуино с прошитым под заданную схему с определенным алгоритмом процессором и собрать схему самостоятельно. На этом сайте http://cxem.net/programs.php можно заказать изготовление печатной платы, Ардуино с прошитой программой по заказу 5$. На этом сайте делаются расчеты, составляется схема, подбирают все необходимые детали и присылают заказчику комплектом с описанием процесса сборки. Как конструктор сделай сам, заказчик имеет возможность оценить свои способности, выбрать, что сделает своими руками, что купит и соберет станцию самостоятельно.

Особенности монтажа и проверки работы схемы

Особенность этого варианта в том, что паяльная станция на Ардуино делается на отдельных блоках. Печатные платы (блоки) легко размещаются в общем корпусе, отдельные элементы, как светодиодный индикатор, разъем для подключения паяльника, кнопки выводятся на лицевую панель.

Пример размещения элементов на отдельных платах

На отдельной плате можно разместить дополнительные элементы, транзистор IRFZ44, операционный усилитель LM358N, со всеми конденсаторами, сопротивлениями и разъемом для включения паяльника. Все соединения между блоками сделать по схеме через разъемы.

Пример корпуса паяльной станции

На данном примере рассмотрен конкретный вариант сборки с определенными элементами. Существуют различные блоки питания, стабилизаторы, Ардуино, индикаторы и другие элементы, при сборке обязательно надо учитывать совместимость параметров изменения в распиновке и программировании. Но общий алгоритм подборки элементов и проверки и написания программы управления остается прежним.

Видео