Паяльная станция своими руками на базе микропроцессора ATmega32u4

Паяльная станция своими руками на базе микропроцессора ATmega32u4

Паяльная станция – инструмент, без которого радиолюбителю современного мира попросту нет смысла связываться с процессом ремонта электроники, где предусмотрена пайка. Что такое паяльная станция? Это уже не просто ручной паяльник, включенный напрямую в сеть 220 вольт или через трансформатор. Речь идёт об эффективной электронной системе, способной обеспечить оптимальный режим пайки на электронных платах. Наделённый массой функций прибор промышленного изготовления, между тем, — удовольствие достаточно дорогое. Поэтому логичной видится задача – как сделать паяльную станцию своими руками. Тем более что для истинного радиолюбителя, – это дело чести, создание собственной конструкции.

Самодельная паяльная станция – один из возможных вариантов

Компактная паяльная станция, конструкция которой предлагается в этой публикации, предусматривает использование тепловых наконечников паяльников фирмы «Weller». За основу взята технологичная идея паяльной станции, где используется процессор ATmega32u4.

Такой процессор применяется, к примеру, в составе популярного набора «Arduino Leonardo». Соответственно для программирования паяльной станции и загрузки ПО допустимо использовать «Arduino» IDE. Паяльная станция оснащается OLED-дисплеем, а режим температур управляется всего одним энкодером (потенциометром).

Схема PDF станции

Паяльная станция своими руками - принципиальная схема
Принципиальная схема паяльной станции для производства своими руками. Основой схемного решения выступает микропроцессор ATmega32u4

Помимо того, что паяльная станция основана на ATmega32u4, в конструкции добавлена функция обнаружения неисправности термопары. Если тепловой наконечник слабо контактирует с термопарой, питание станции отключается с целью предотвращения повреждения наконечника.

Для пользовательского ввода конструкцией предусмотрен только один поворотный энкодер (со встроенной кнопкой) для управления нагревателем. Модифицированная паяльная станция имеет OLED-дисплей 0,96 «вместо буквенно-цифрового ЖК-дисплея 2×16, используемого в ранних версиях.

Схема аппаратной основы самодельной паяльной станции

Ниже представленная схема предусматривает построение силового каскада на базе полевого транзистора типа IRF9540, управляемого драйвером. Часть схемы, представляющая драйвер, состоит из биполярных транзисторов T3, T2 и T4. Причём двухтактный драйвер построен на T2 и T4, а элемент T3 обеспечивает сдвиг сигнала ШИМ AVR от уровня 5В до уровня VIN.

Часть схемы аппаратной реализации паяльной станции
Часть схемы устройства паяльной станции своими руками, где реализуется функционал управления нагревом наконечника паяльника

Резистор номиналом 20 мОм (R18) и операционный усилитель INA138 используются для измерения тока, подаваемого на рабочий наконечник паяльника. Также применяется логический элемент MCP6002 в качестве буфера, что позволяет избежать попадания входного сигнала АЦП на выход INA138. Фильтр нижних частот на выходе буфера усредняет измеренное значение тока.

Вход для отслеживания значения температуры имеет подтягивающий резистор 1 МОм до 5В и понижающий резистор 10 МОм до 0В. Если по какой-либо причине наконечник не подключен, показания температуры приближаются к значению выше 600°C. Такое показание температуры свидетельствует о наличии неисправности в схеме.

Тепловой наконечник изделий серии «Weller» имеет термоэлемент внутри конструкции. Поскольку этот термоэлемент производит только небольшое зависящее от температуры усиление напряжения, требуется использовать полное разрешение АЦП MCU.

Управление подводимой мощностью к наконечнику 

Для входной мощности (при напряжении не более 24В) используется небольшой LDO для MCU и OLED. Диод для защиты платы от обратной полярности присутствует. Делитель напряжения R7-R9 позволяет MCU считывать фактическое входное напряжение (кусок схемы ниже). Текущая прошивка содержит функцию обнаружения пониженного напряжения (разряда батареи).

Часть схемы контроля изменения напряжения
Кусок схемы, демонстрирующий реализацию функции управления напряжением, которое подаётся на рабочий наконечник паяльника

Если напряжение на входе падает ниже 10,8В, подача питания на рабочий наконечник прекращается. Поскольку конструкция паяльной станции довольно компактная, прибор допустимо использовать в полевых условиях с питанием от аккумулятора автомобиля.

Линейная функция поворотного энкодера

Также представляет определённый интерес поворотный энкодер. Конденсаторы 10 нФ добавлены для ослабления сигналов. Этот вариант схемного решения становится необходим, когда сигналы кодера обрабатываются способом полностью управляемого прерывания. Подтягивающие резисторы обеспечивают чётко определенное значение.

Самодельная паяльная станция - кусок схемы фильтра
Кусок схемы, показывающий вариант реализации фильтра ослабления сигнала за счёт использования конденсаторно-резистивных цепочек

Внутренний блок MCU имеет свои собственные значения, но параметры значений ограничены диапазоном 20-60 кОм. Для текущей схемы корректным является стабильное значение 10 кОм. Дисплей OLED подключен к SPI MCU без каких либо особенностей. Применяемое USB-соединение также выполняется в соответствии с таблицей данных и не содержит каких-либо специальных приемов.

Программное обеспечение самодельной паяльной станции

Программное обеспечение для паяльной станции написано без учёта платформы «Arduino», несмотря на то, что в схеме используется ATmega328P в качестве MCU. Это потребовало некоторой переделки, в данном случае, создания нового ядра программного обеспечения. Поскольку у паяльной станции много общего с платформой «Arduino», программное обеспечение построено модульным принципом.

Файлы и ПО

После окончательной сборки, программирования и включения самодельной паяльной станции, на дисплей выводится загрузочный логотип, после чего появляется главный экран. Пользователю доступно наблюдать:

  • текущую температуру,
  • подводимую к наконечнику мощность,
  • целевую температуру.

Информация выводится в виде гистограммы. Самодельная паяльная станция начинает греть рабочий наконечник паяльника сразу, как только на дисплее появляется главный экран. Значение заданной температуры сохраняется в EEPROM микропроцессора.

Если паяльная станция не применяется по назначению в течение десяти минут, активируется переход в режим отключения. Температура нагрева снижается до уровня 100°C. Бездействие аппарата в течение следующих 10 минут приводит к переходу паяльной станции в режим ожидания с последующим отображением на экране соответствующего логотипа.

Включается функционал перемещения логотипа по всей площади экрана дисплея – своего рода защита структуры экрана от разрушения в результате локальных перегрузок. Для восстановления рабочего режима достаточно нажать кнопку поворотного энкодера.

Функционал обработки ошибок для паяльной станции

Программным обеспечением самодельной паяльной станции предусмотрен функционал обработки технических ошибок. К примеру:

  • снижения рабочего напряжения,
  • отсутствие нагрева сердечника паяльника,
  • обрыв цепей подключения температурного датчика.

Появление ошибки требует подтверждения активацией кнопки поворотного энкодера. После подтверждения, если паяльная станция не выдаёт повторной ошибки в течение 10 секунд, работа устройства возобновляется.

Паяльная станция в среднем потребляет ток не более 1,5 А. При этом используется максимальный рабочий цикл с 50% сигналом управления ШИМ. Если пользователь обладает источником питания, способным выдерживать нагрузку более 1,5 А, достаточно выставить соответствующее значение в коде прошивки.


При помощи информации: ElektorMagazine


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *