Паяльная станция px-201

Автор: Proton78, p_d_i@mail.ru
Опубликовано 07.09.2017
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2017!"

1.Вступлени.

  Несколько лет назад в известном интернет магазине "Masteram" купил два паяльника GOOT PX-201 . Паяльники отличные, с регулировкой и стабилизацией температуры, хотя есть мелкие недостатки (большой зазор между торцом нагревателя и жалом). Один из паяльников служит верой и правдой до сих пор. А вот второй вышел из строя при пайке (ремонте) платы усилителя  под напряжением. Во внутренностях паяльника раздался  слабый шелчок, нагреватель остыл и больше не разогревался.

                                                                                                                                             Рисунок 1. Общий вид паяльника.

Паяльник был вскрыт. На просторах интернета нашел его схему.

                                                                                                                                           Рисунок 2. Что внутри №1.

                                                                                                                                        Рисунок 3. Схема принципиальная паяльника.

Схему не проверял на достоверность (точность). Здесь есть статья об этом паяльнике - https://easyelectronics.ru/payalnik-goot-px-201.html

Попытки найти микросхему UPC1701 или аналог не увенчались успехом. Второй паяльник был вскрыт для сравнения. Удивлению не было предела, схемотехника другая...

                                                                                                                                               Рисунок 4. Что внутри №2.

Решил использовать нагреватель и другие элементы паяльника для изготовления  сетевого (~220v) паяльника с микроконтроллерным стабилизатором-регулятором температуры.

2.Основная часть.

Поставил перед собой задачу изготовить максимально компактную плату управления с индикацией, которая вместилась бы в корпус сетевого адаптера питания (по этой причине схема максимально упрощена). Вариантов паяльных станций на просторах интернета очень много. Тем не менее было принято решение разработать свой вариант. В результате родилась такая схема:

                                                                                                                               Рисунок 5. Схема принципиальная.

Что реализовано:

1. Всеми "процессами" управляет достаточно дешевый и распространенный микроконтроллер ATMEGA8 в смд корпусе.

2. В схеме нет внешнего источника образцового напряжения, что немного сказалось на точности показаний индикации ( не критично, плюс минус два градуса).

3. Индикация динамическая посегментная.

4. Для управление нагревательным элементом и стабилизации температуры в прошивке микроконтроллера реализованы программный "медленный" ШИМ и подобие ПИД регулирования. 

5. Таймер "сна".

6. Защита от перегрева. 

Керамический нагревательный элемент goot PX-20H имеет встроенный датчик температуры - терморезистор. При комнотной температуре термодатчик имеет сопротивление примерно 90 Ом, нагреватель  примерно 140 Ом.

Схема усилителя термодатчика взята отсюда: https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=751096

                                                                                                                Рисунок 6. Схема принципиальная усилителя термодатчика.

Теоритически можно было обойтись вообще без усилителя (тем самым еще более упростить схему), так как сопротивление терморезистора при нагреве изменяется в широком диапазоне: от 90 Ом при комнатной температуре до 180 Ом при нагреве до 300 градусов. Но для универсальности (если использовать нагреватель с термопарой) усилитель оставил.

В качестве источника питания микроконтроллера и усилителя применен сетевой драйвер светодиодов (PS1). Был найден на алиэкспресс  и приобретен один из самых компактных.

                                                                                                                                               Рисунок 8. Сетевой драйвер.

                                                                                                                         Рисунок 8. Схема принципиальная источника питания. 

Драйвер имеет выходное напряжение на холостом ходу около 18 вольт. Напряжение понижается до 5 вольт интегральным стабилизатором напряжения U5 (7805) в корпусе ТО93. В процессе эксплуатации выяснилось, что стабилизатор довольно сильно нагревается. Есть несколько вариантов решения: заменить стабилизатор но более мощный (корпус ТО220), смотать несколько витков вторичной обмотки сетевого драйвера, приклеть какой нибуть радиатор (например обмотать стабилизатор аллюминиевой фольгой), оставить как есть.

3. Описание работы и настройка.

При включении в сеть, на индикаторе в течении 3 секунд отображается температура уставки, нагрев начинается сра зу же. Через 3 секунды на индикаторе отображается текущая температуры нагревателя. Управление реализовано тремя кнопками: "Set", "+", "-". Для того чтобы изменить уставку необходимо нажать кнопку "Set" и кнопками "+", "-" утановить желаемое значение.  Для того чтобы значение уставки сохранилось в ЕЕПРОМ необходимо еще раз нажать кнопку "Set" и удержать ее в нажатом состоянии до появления на индикаторе трех горизоньальных полос. При следующем включении сохраненное значение считается из ЕЕПРОМ. Если температура нагревателя превысит значение уставки на 30 градусов, нагрев отключится и на индикаторе отобразится "ПРГ." (перегрев). Так же в программе микроконтроллера есть таймер сна, то есть через 30 минут после включения паяльника и если в течении этого времени не нажимались кнопки, нагрев отключится. Чтобы вывести паяльник из режима "сон" необходимо нажать любую кнопку. До температуры 200 градусов паяльник нагревается за несколько секунд (10-15).

Управление нагревателем осуществляет "медленный" софтовый ШИМ и ПИД регулятор. То есть, чем больше разница между уставкой температуры и температурой нагревателя, тем длиннее импульсы управления симисторным оптодрайвером MOC3031. По мере уменьшения разницы - ширина импульсов уменьшается. 

Настройка заключается в приведении в соответствие температуры жала паяльника и значения температуры отображаемой на индикаторе. Для этого подбираются номиналы резисторов обвязки усилителя термодатчика (подбирается коээфициент усиления). А так же для этого понадобится мультиметр с выносным датчиком температуры (термопарой). Калибровку по комнатной температуре я не производил, так как это все таки паяльник, а не термометр.

Выбирается уставка температуры паяльника 185 градусов (температура плавления припоя ПОС-61). На жало паяльника помещается кусочек припоя. После того как припой расплавится, в него погружается выносная термопара мультиметра. После этого подстроечным резистором RV1 добиваемся идентичных показаний температуры на индикаторе паяльника и на индикаторе мультиметра.  

4. Сборка.

Печатная плата односторонняя, выполнена по технологии ЛУТ. Частично применены смд компоненты. Резистор R6 "упакован" в термоусадку и припаян навесным монтажем. Конденсаторы С3, С5, С6 впаяны в первую очередь и загнуты плашмя к плате, то есть они располагаются под семисегментным светодиодным индикатором. Семисегментный светодиодный индикатор применил с общим анодом. Симисторным оптодрайвером можно применить практически любой, так как он управляет маломощным симистором. Симистор использовал BT134-600 в корпусе ТО-126. Микроконтроллер настроен на работу от встроенного генератора 8 MГц. Ручка выточена вручную  из деревянной "заготовки" от старого китайского паяльника и покрашена из аэрозольного балона с краской. Нагревательный элемент закреплен в металлической части термостойким герметиком для каминов и печей. Долго искал хороший многожильный витой кабель, не нашел, применил четырех жильный шнур от телефонной трубки стационарного телефона. Шнур имеет надежную двухслойную изоляцию проводников, так что опасаться поражения током во время работы не стоит. Перед эти проверил выдержит ли шнур питание достаточно мощной нагрузки (лампа накаливания 100 Вт). Выдержал, даже не нагрелся. Корпус взял от старого сетевого адаптера питания. Плата закреплена в корпусе термоклеем.

                                                                                                                              Рисунок 9. Печатная плата в сборе. 

Книфоль еще не смывал.

5. Итог.

В результате получилась вот такая компактная "паяльная станция":

 Верхняя часть корпуса "где то спряталась" при переезде, потому в фотосессии не участвовала.

Проект для PROTEUS (схема + плата), исходник с комментариями для MICRO C AVR, готовая прошивка внизу. 

Файлы:
Архив с проектом

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Слон - 936 esd

Цифровая паяльная станция.

Паяльная станция с энкодером.

Цифровая паяльная станция на PIC16F88x/PIC16F87x(a)

ИК паяльная станция с цифровым управлением.

Цифровая паяльная станция своими руками.(V 2.0)

Мини паяльная станция на жалах T12.

Цифровая паяльная станция 5 в 1 (ver. DSS-2M)

Самая дешевая "Паяльная станция" с феном

Паяльная станция из глины и веток - attiny45, lmp7721, миллиамперметр и все-все-все