Термостабилизатор паяльника на микроконтроллере
В паяльнике, который я использую (рис. 1), нагревательный элемент имеет четыре вывода: два - от собственно нагревателя, который при температуре 21 °С имеет сопротивление около 4 Ом, еще два - от терморезистора сопротивлением около 50 Ом при той же температуре. Существуют и паяльники (например RX-70G) с тремя выводами нагревательного элемента, один из них общий для нагревателя и терморезистора. Их тоже можно использовать с предлагаемым стабилизатором при небольшом изменении его схемы.
Технические характеристики
Температура стабилизации, °С......................150...350
Шаг установки температуры
стабилизации, °С .......10
Точность поддержания температуры, °С..................±3
Мощность паяльника, Вт...40
Время разогрева паяльника
от 21 °С до 260 °С, с............80
Основной недостаток обусловлен тем, что терморезистор, расположенный в непосредственной близости от нагревателя, но далеко от жала паяльника, с некоторой задержкой реагирует на изменение температуры конца жала. По этой причине паяльник со стабилизатором больше подходит для пайки малогабаритных, а не крупных, поглощающих много тепла деталей.
Схема устройства изображена на рис. 2. В программную память микроконтроллера DD1 необходимо загрузить коды из файла Stanciya hex, приложенного к статье. Конфигурация микроконтроллера должна соответствовать таблице.
Напряжение 15 В поступает на стабилизатор напряжения на микросхеме DA1, питающий напряжением 5 В цифровую часть устройства: микроконтроллер DD1, настроенный на работу от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц, и индикатор HG1.
Делитель напряжения, образованный резистором R2 и терморезистором паяльника, формирует напряжение, которое увеличивается с ростом температуры паяльника. Оно поступает на вывод PC0 микроконтроллера, служащий входом его встроенного АЦП. На основе полученного от АЦП значения программа микроконтроллера вычисляет текущую температуру нагревателя. В зависимости от отличия текущей температуры от желаемой таймер-счетчик 2 микроконтроллера, работая в режиме ШИМ (PWM), формирует на выводе РВ1 импульсы переменной скважности. Они открывают транзистор VT1, подключающий нагревательный элемент ЕК1 к источнику питания. Чем выше скважность импульсов, тем меньший процент времени работает нагреватель и меньше средняя мощность нагрева.
Информация на индикатор HL1 выводится в динамическом режиме. На схеме указан тип индикатора с общими катодами элементов каждого знакоместа, но имеется возможность заменить его индикатором с общими анодами Вывод РС5 микроконтроллера DD1 в первом случае остается неподключенным, а во втором - его следует соединить с общим проводом, как показано на схеме штриховой линией.
Рис. 3
Термостабилизатор может быть смонтирован на двусторонней печатной плате, изображенной на рис. 3. Она расчитана на детали (за исключением микроконтроллера, индикатора и кнопок) для поверхностного монтажа, устанавливаемые на стороне печатных проводников. На той же стороне расположены контактные площадки для подключения источника питания (ХТ1, ХТ2), паяльника (ХТЗ, ХТ4, ХТ9, ХТ10), а при необходимости и программатора (ХТ5-ХТ8)
Все резисторы и керамические конденсаторы С2, СЗ - типоразмера 0805. Конденсатор С1 танталовый типоразмера А. Номиналы резисторов R3-R9 подобраны для индикатора указанного на схеме типа. Чтобы достичь оптимальной яркости при замене индикатора, может потребоваться их подборка Однако ток, текущий через каждый из резисторов, не должен превышать 20 мА.
Со стороны установки микроконтроллера, индикатора и кнопок на плате имеется проволочная перемычка. Обратите внимание, что отверстия для неиспользуемых по схеме выводов микроконтроллера на плате не предусмотрены Эти выводы необходимо отогнуть или вовсе удалить.
Источник напряжения 15... 17 В для питания паяльника и термостабилизатора может быть построен по схеме, изображенной на рис. 4. Напряжение на обмотке II трансформатора Т1 должно находиться в пределах 13... 15 В при токе нагрузки 2,5 А. Подойдет, например, трансформатор ТТП-40 на 12 В, если домотать его вторичную обмотку до нужного напряжения. Диодный мост VD1 рассчитан на напряжение 100 В и ток 4 А. Вместо него подойдет любой другой с такими же параметрами.
Если стабилизатор предполагается использовать с паяльником, имеющим общий вывод нагревателя и терморезистора, узел управления нагревателем следует собрать по схеме, показанной на рис. 5, исключив прежний (полевой транзистор VT1 и резистор R11 на рис. 2). Новый узел пригоден и для работы с четырехвыводным паяльником, если соединить вместе выводы NE2 и TR2 последнего.
После подключения к сети устройство работает в режиме ожидания: транзистор VT1 закрыт, паяльник не нагревается, на индикаторе - слово Ghf (англ. выключено). Чтобы включить паяльник, нужно нажать на любую из кнопок SB1. SB2. После этого если напряжение на выводе РСО микроконтроллера не превышает 2,5 В, начнется нагревание паяльника. На индикатор будет выведено быстро мигающее значение температуры стабилизации (при первом включении - 260 °С). Напряжение большее 2,5 В указывает на обрыв цепи терморезистора RK1 или на слишком маленькое сопротивление резистора R2. нагревание не начнется, а на индикаторе начнут попеременно мигать знаки
.
Если цепь терморезистора в норме, паяльник нагревается с максимальной скоростью (коэффициент заполнения импульсов, питающего его напряжения, - 100 °о), а его текущая температура отображается на индикаторе. Начиная с температуры, на 4 °С меньшей заданной температуры стабилизации, коэффициент заполнения импульсов уменьшается, становясь равным нулю при температуре на 4 °С выше температуры стабилизации. В этом интервале коэффициент заполнения автоматически регулируется так чтобы поддерживать температуру паяльника максимально близкой к заданной.
Если требуется увеличить температуру стабилизации, необходимо нажать на кнопку SB1, а если уменьшить, то на SB2. Ее новое значение появится на индикаторе В отличие от текущей температуры оно будет в течение нескольких секунд мигать. Каждое нажатие на кнопку увеличивает или уменьшает температуру на 10 °С. Приблизительно через 2 мин после последнего изменения установленное значение температуры стабилизации будет запи сано в EEPROM микроконтроллера. Именно оно будет использовано при последующих включениях устройства.
Чтобы выключить паяльник и перевести термостабилизатор в режим ожидания, нажмите одновременно на обе кнопки.
Собранный термостабилизатор необходимо откалибровать. Встроенный в паяльник терморезистор в температурном интервале 150...350 °С имеет практически линейную зависимость сопротивления от температуры Цель калибровки - определение наклона этой зависимости по методике, изложенной в книге В. Трамперта "Измерение, управление и регулирование с помощью AVR микроконтроллеров" (издательство "МКПРЕСС", 2006). Потребуется образцовый термометр с термопарой Паяльник лучше расположить на открытой подставке.
Для того чтобы программа термостабилизатора вошла в режим калибровки, нужно включить устройство, удерживая нажатой любую из кнопок SB1, SB2. После отпускания кнопки паяльник начнет нагреваться, коэффициент заполнения импульсов питающего его напряжения при этом равен 10 %. На индикатор будет выведено число 150 - приблизительно до такой температуры должен нагреться паяльник. Через 7... 10 мин его температура установится. Ее нужно измерить, плотно прижав к рабочей части жала термопару образцового термометра, и установить измеренное значение на индикаторе, пользуясь кнопками SB1 и SB2.
Через несколько секунд после последнего нажатия на кнопку установленное значение будет записано в EEPROM микроконтроллера В дальнейшем оно будет использоваться программой при вычислениях. Далее коэффициент заполнения импульсов увеличится до 40 %, а на индикатор будет выведено число 300. Спустя 5...7 мин, когда температура паяльника перестанет увеличиваться необходимо облудить его жало и погрузить в расплавленный припой термопару образцового термометра. Его показания описанным выше способом также вводят в термостабилизатор, они сохраняются в EEPROM и используются программой при вычислении. По завершении калибровки программа микроконтроллера перейдет в обычный режим ожидания.
Автор: Д. Мальцев, г. Москва
Похожие материалы из категории "Электроника в быту":
Комментарии посетителей
Добавление комментария