Схема керування паяльним феном 852D, на МК ATmega8. Стабілізація температури, здійснюється методом PID регулювання.

Автор: Oto. Опубликовано в Термометры

В інтернеті опубліковано багато описів конструкцій паяльних фенів (далі - просто термофен),  так що для користувача вибір конструктивного виконання є, і завжди можна вибрати конструкцію, яка вам найбільш до душі.

 

У статті розглядається саморобна схема керування термофеном на мікроконтролері. Мета якої, стабільно підтримувати задану температуру і мати змогу змінювати її в широких межах. В програмі враховані різні умови для зручного і безпечного користування термофеном.

фен  фен

 До даної схеми управління, за прийнятну ціну, можна придбати нормальний термофен моделі 852 зі змінними насадками. Його можна вільно купити в будь-яких торгових точках, в тому числі і на сайті https:/aliexpress.com.

Схема також може застосовуватися, як одноканальний регулятор температури i в інших аматорських пристроях до 500°C, таких як, наприклад підігрівач плат (або термо - стіл).

 

Термофен, це робочий інструмент сучасної паяльної станції. З його допомогою безконтактно нагрівають потрібні ділянки монтажної плати до температури плавлення припою повітряним потоком заданої сили та температури. Термофен зручний також при груповій пайці пасивних електронних компонентів. Їх попередньо розкладають на монтажній платі, покривши місця пайки шаром паяльної пасти. В процесі пайки ці компоненти самі центруються на контактних майданчиках плати завдяки силам поверхневого натягу розплавленого припою.

Велику популярність термофен має у радіоаматорів і ремонтників, оскільки з його допомогою можна оперативно випаювати і запаювати багатовивідні мікросхеми з дрібним кроком виводів.
фен

На фото представлений термофен який  за своєю конструкцією, є копія термофена паяльної станції Lukey з вбудованим вентилятором. Саме для роботи з ним розроблялася запропонована схема керування.

В металевому кожусі передньої частини термофена встановлено ніхромовий нагрівач і датчик температури, термопара К-типу. У розширеній частині ручки термофена знаходиться відцентровий вентилятор надуву.

 

Загальні технічні характеристики.

Напруга і частота живлення нагрівача фена,  .......АС-220В (50Гц)

Максимальна потужність нагрівача фена, ...............до 700 Вт

Максимальна температура потоку повітря,............до 500°C

Дискретність відображення температури,................1°C

Метод підтримки стабільності температури,....  ... PID.

Стабільність підтримання температури,...............від 1°С

Вентилятор надуву відцентровий, живлення,……… DC-24 В (220 мА).

Регулювання обертів вентилятора,...............PWM.

Максимальна продуктивність вентилятора,......120 Л/хв.


Схема керування з підключеним термофеном, представлена нижче (
якщо потрібна схема без імпульсного БП дивись ТУТ).

схема 

 Блок керування побудований на базі мікроконтролера ATmega8 (DD1, з будь-якою літерою), який налаштовано на роботу від вбудованого тактового генератора частотою 8 МГц. В якості зразкової напруги АЦП мікроконтролера використовує зовнішнє джерело TL431 (2.5 В). Для подачі звукових сигналів використовується випромінювач звуку з вбудованим генератором, який підключається до вив. 16 (РВ2) мікроконтролера.

Керування програмою виконується  за допомогою трьох кнопок, Т+, Т- , Кн-S , та в ручці фена датчик Кн-d (докладніше управління і робота програми див. опис у word, який знаходиться в   архіві файлів).
Температуру вимірюють за допомогою термопари К-типу,  встановленої всередині термофена,  ОП DD2.1 підсилює її термо ЕРС. Потрібне підсилення сигналу термопари встанолюється резистором
R-2 (в даній схемі в якості ОП DD2 застосована МСР602, можлива її заміна більш простими аналогами ОП, такими як, LM358 або LM2904).
Мікросхема DD2.2 підключена в схемі як аналоговий компаратор, в разі обриву ланцюга термопари , або виникненні нештатної роботи МК ATmega8 з неконтрольованим нагріванням спіралі термофена, аналоговий компаратор не дозволить нагрівання фена понад 500°C. Поріг спрацювання компаратора  встанолюється
  резистором R-3.


Необхідну потужність нагрівача термофена,  забеспечує за рахунок пропорційно – інтегрально - диференційний (ПІД) регулятор температури зі зворотним зв'язком від термопари. Робота ПІД регулювання
не так вже й складна, але ось серйозне питання, як правильно його налаштувати?

В інтернеті описано багато методик налаштування ПІД регуляторів як чисто теоретичних, так і теоретично-практичних. Мною використовувався чисто практичний підхід, за допомогою осцилографа. Нижче, наведені два приклади осцилограм, точка підключення для вимірювання, це вивід МК 24 (РС1) .

На першій осцилограмі, коефіцієнти ПІД-регулятора P=20 , i=1 , d=30, L=40 при цих налаштуваннях на виході з сопла, загально склало коливання температури ±5°С

осцилограмма

На другій осцилограмі, коефіцієнти ПІД-регулятора P=7 , i=1 , d=50, L=20  при цих налаштуваннях  на виході з сопла склало коливання температури 1°С

осцилограмма

(докладніше, про меню з коефіцієнтами ПІД-регулятора, див. опис у word, який знаходиться в  архіві файлів).

У даній схемі управління використаний трьохрозрядний сем
исигментний світлодіодний індикатор, тип індикатора ЗА або ЗК вибирається на платі перемичкою Jp-1.  Сегменти індикаторів підключені до портів мікроконтролера DD1 через струмообмежувальні резистори 680Ом.

фен  фен

Функціонально все складається з трьох монтажних плат: плата індикації-вимірювання на МК ATmega8, силова комутація (керування нагрівачем, step-down перетворювач 5 вольт,керування  вентилятором термофена), та блок живлення.

На монтажній платі, передбачено роз'єм програмування,  це дозволить, в разі потреби, вільно зробити оновлення програми МК.

Для живлення схеми управління, від напруги 220В, використано готовий імпульсний блок живлення, з напругою на вихід 5 і 24 вольт.

фен

Реле Р1, оптосимістор та симістор розміщені на окремій монтажній платі. З міркувань максимального віддалення низьковольтних ланцюгів від тих, що знаходяться під напругою 220 В.

Використовується реле з обмоткою на 24 В, тип SRD-24VDC-SL-C. Замість нього підійде і інше з контактами, розрахованими на комутацію змінної напруги не менше 250 В при струмі не менше споживаного нагрівачем термофена.
Замість опто
симістора MOC3052, можна використовувати будь-який оптосимістор без Zero Cross, з дозволеною напругою не нижче 600 В.

Симістор BT137-600, в звичайному корпусі TO-220, який витримує в вимкненому стані напругу не менше 600 В, а у включеному - струм не менше 6 А.
Він працює з невеликим тепловідводом (від 2см2).

Щоб не збільшувати рівень перешкод в мережі, створюваних роботою симістора, бажано в цьому ланцюзі застосовувати мережевий фільтр.


 Важливу роль в програмі відіграє наявність мережевого синхроімпульсу на 5 виводі МК (
PD3), в разі його відсутності, користувач побачить повідомлення Sn0, на дисплеї пристрою, але це буде тільки в разі його відсутності, в інших випадках це повідомлення не з'явиться ніколи.

Про всяк випадок, якщо доведеться його перевіряти, в точці підключення на 5 виводі МК (PD3), синхроімпульс виглядає на практиці ось так (жовтий промінь).

импульс
Якщо схема керування термофеном зібрана правильно
, і мікроконтролер з фьюзами запрограмовано  без помилок, схема починає працювати відразу.

Не слід допускати зростання температури вище 500°С. Якщо це відбувається, слід перевірити напругу на виході ОП DD2.1, і при необхідності підібрати його коефіцієнт підсилення  резистором
R-2 так, щоб при максимально можливій температурі паяльника вихідна напруга ОП не перевищувало зразкову напругу  АЦП мікроконтролера.


З описаною схемою управління,
 можна застосовувати будь-який термофен, з вбудованою термопарою К-типу і нагрівальним елементом на напругу 220В.

Іноді зустрічаються термофени із терморезисторами, які є датчиками температури. Їх теж можна використовувати з цією схемою керування, попередньо зробивши зміни в її вимірювальному тракті (вузол ОП на мікросхемі DD2.1).

У даного термофена, з'єднання кольорових дротів виглядає так

фен

Червоний (+),чорний (заг.) -> термопара К-типу (2,2 Ома);
Коричневий (+), синій(-) -> вентилятор 24V 0.25 A (
при зворотному підключенню, не крутить)
Зелений - чорний (заг.) -> геркон (NC);
Сірий - білий -> нагрівач 220v (
опір 72 Ом).
Жовтий -> корпус (
можна використовувати для заземлення)

При складанні, зверніть увагу, щоб кольори ізоляції дротів термофена, що йдуть від термофена до схеми керування, збігалися з вашою моделлю фена.

FUSE на внутрішній генератор 8MHz

фьюзи

Вигляд друкованої плати

плата

Відео, з контролем по мультиметру, функції стабілізації температури на виході з сопла фена. 

В прикріпленому архіві, файл друкованої плати, протеус, прошивка, опис роботи.

 

Термофен 858d AC85-265V - 24V/5V     SRD-24VDC-SL-C 

  BT137-600E TO-220 

MCP602  MOC3052  NPN BC639
Display   328   arduino   arduino arduino arduino arduino
             
             

 

ПОСИЛАННЯ НА ФОРУМ .

 

You have no rights to post comments