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無線電子工学および電気工学の百科事典 PIC16F887マイクロコントローラに基づくはんだ付けステーション制御ユニット。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
この記事では、低電圧はんだごてや工業用はんだごてを含む、はんだ付けステーション用の自家製マイクロコントローラー制御ユニットについて説明します。 このブロックは、センサーとして熱電対を備えた XNUMX チャンネルの汎用温度計としても、またシングルチャンネルの温度コントローラーとしても使用できます。 アマチュア無線の現場では、電源電圧が低く、こて先の温度を調整でき、接地できる機能を備えた小型無線部品の作業に便利な小型はんだごてが必要になることがよくあります。 後者は、静電気の放電による電子コンポーネントへの損傷のリスクを大幅に軽減します。 はんだごてやはんだガン（以下、単にヘアドライヤーと呼びます）の設計に関する多くの説明が文献に掲載されていますが、それらのほとんどを自社で製造するには、特別な機器、適切な材料、および多大な時間の投資が必要です。 しかし、現在では、交換可能なアタッチメントが付いた、既製の使いやすいはんだごてやヘアドライヤーを低価格で購入することができます。 はんだごてには XNUMX つの一般的な設計オプションがあり、こて先の加熱方法とその温度測定方法が異なります。 最初のバージョンでは、ヒーターははんだ付け棒を覆っています (従来の電気はんだごてのように)。 温度は、先端の反対側のシャンクに押し当てられた熱電対を使用して測定されます。 この設計では、加熱コイルは機械的ストレスや損傷から確実に保護されます。 しかし、実際のはんだ付け現場からかなり離れた場所にある温度センサーの測定値には、顕著な慣性が生じます。 先端（先端）の熱が奪われてシャンクの温度が下がるまでには時間がかかります。 実際には、この欠点はロッドの温度に一定のマージンを持たせることと、はんだ付け領域の急速な加熱を確実にする高い熱容量によって補われます。 長時間連続はんだ付け時のみ温度低下を検知し設定値に戻す制御システムにより、ヒーターへの供給電力を増加させます。 XNUMX 番目のオプションは、ヒーターがロッドの内側に配置され、温度センサーがはんだ付け点に最も近いヒーター点に押し付けられる点で異なります。 これにより、はんだ付けプロセス中のこて先温度の変化に対するより迅速な応答が保証されます。 このようなはんだごてには通常、壊れやすいセラミックヒーターが使用されており、はんだごてが硬い表面に落ちたり、その他の強い機械的負荷が加わったり、不均一な熱伝達に起因する内部機械的応力が発生したりした場合（たとえば、非標準チップ）。 最新のはんだ付けステーションのもう XNUMX つの作業ツールはヘアドライヤーです。 これにより、プリント基板の必要な領域が、一定の強度と温度の空気流を使用して、はんだの溶融温度まで非接触で加熱されます。 ヘアドライヤーは受動電子部品の一括はんだ付けにも便利です。 これらはまずプリント基板上に配置され、はんだ付け領域をはんだペーストの層で覆います。 はんだ付けプロセス中、溶融はんだの表面張力により、これらのコンポーネントは基板パッド上で自己中心に配置されます。 ヘアドライヤーは、ピンピッチの細かいマルチリードマイクロ回路のはんだ除去やはんだ付けを素早く行うことができるため、修理工の間で非常に人気があります。 ヘアドライヤーは、熱収縮チューブを温めたり、構造物の手の届きにくい部分に温風または冷風を吹き付けるのにも非常に便利です。 以前は、はんだ付けガンは別のハウジング内にあるコンプレッサーで動作し、ホースを介してヒーターと温度センサーが取り付けられたヘアドライヤーのハンドルに空気を供給していました。 遠隔コンプレッサーの必要性とその価格の高さが、アマチュア無線家の職場でのこのようなヘアドライヤーの普及を妨げていました。 ファンを内蔵したヘアドライヤーの登場により、かさばるコンプレッサーを廃止することが可能になりました。
図では、 図 1 は、上記のオプションの最初の方法に従って取り付けられた温度センサーを備えた Solomon SL-10/30 はんだ付けステーションのはんだごての分解した写真と、ファンで。 提案された制御ユニットは、彼らと協力するために開発されました。 ヘアドライヤー前面の金属筐体内にニクロムヒーターと温度センサーを内蔵。 ヒーターの設計はヘアドライヤーで使用されているものに似ています。 ヒーターの供給電圧は 220 V、電力は約 250 W です。 ヘアドライヤーのハンドルの延長部分には、供給電圧 24 V (消費電流 120 mA) の遠心ファンがあります。 注目していただきたいのは、一般的な「コンプレッサー式」ヘアドライヤーのノズル外径が25mmであるのに対し、このヘアドライヤーはノズルの金属部分の外径が22mmであるという点です。 そのため、特別なアタッチメントが必要となり、その他を取り付けるにはアダプターが必要になります。 図に示すように、小さな直径の丸い出口を備えた手作りのノズル。 2、著者は古い酸化物コンデンサ K50-3 20 uF (350 V) と車のクランプから作成しました。
通常、はんだごてとヘアドライヤーは同時に使用されないことを考慮し、これらのツールの制御を統合し、温度と動作モードを表示する同じインジケーターを使用することで、開発中のユニットを簡素化することにしました。 主な技術的特徴
はんだごてとヘアドライヤーが接続されたはんだステーション制御ユニットの図を図に示します。 3. 図で SB2 とマークされているヘアドライヤーのボタンは使用されません。 制御ユニットは PIC16F887 (DD1) マイクロコントローラーをベースに構築されており、8 ビット ADC を備え、周波数 4 MHz の内蔵クロック ジェネレーターで動作するように構成されています。 コネクタ X14 は、マイクロコントローラーをプログラミングするために提供されます。 セラミック コンデンサ C15 および C1 は、マイクロコントローラの電源ピンのできるだけ近くに取り付けられます。 音声信号を供給するには、ジェネレータ HA40 を内蔵したサウンド エミッタが使用されます。このサウンド エミッタは、トランジスタ VT7 の電子スイッチを介してマイクロコントローラのピン 3 (RBXNUMX) からの信号によって制御されます。
温度は、ヘアドライヤーとはんだごての内部にそれぞれ取り付けられた熱電対 BK1 と BK2 を使用して測定されます。 オペアンプ DA1.1 および DA1.2 は熱起電力を強化します。 熱電対の冷接点は、はんだごてやヘアドライヤーのハンドルに物理的に配置されているため、温度変化に対する補償は提供されません。 実際には、はんだ付けは通常、温度変化がほとんどない部屋で行われるため、このような補償がなくても目立った不都合は生じません。 マイクロコントローラーの供給電圧 (5 V) は、マイクロコントローラーの ADC の基準電圧として使用されました。 これは目立ったエラーにはつながりませんでした。 ADC の外部基準電圧入力ピンは空きのままにし、必要に応じて、MCP1541 (4,096 V) または MCP1525 (2,5 V) マイクロ回路など、安定性が向上した外部基準電圧源を接続するために使用できます。 基準電圧を変更する場合、それに対応してオペアンプ DA1.1 および DA1.2 のゲインを調整する必要があります。 これらの係数は、DA4 の場合は抵抗 R8、R1.1、DA6 の場合は抵抗 R9、R1.2 を使用して設定されます。 これらは、最高温度においてオペアンプの出力電圧が基準 ADC 電圧の値を超えないように選択する必要があります。 熱電対回路（プラグまたはヘアドライヤーのコネクタ X2 および X3 から切断された回路を含む）が断線した場合、+2 V の電圧が抵抗 R3 および R12 を介してオペアンプの非反転入力に供給されます。回路 R5C1 および R7C2 は、高周波干渉を抑制するフィルターです。 抵抗 R10 および R11 は、マイクロコントローラー内部にある保護ダイオードとともに、ADC 入力を過負荷から保護します。 はんだごてヒーターの電力制御は、PWM マイクロコントローラー ハードウェア モジュールを使用して構成されます。 ピン 17 (RC2) で可変デューティ サイクル パルスを生成します。 電界効果トランジスタ VT1 の強力なスイッチを使用して、ヒーターのオンとオフを切り替え、ヒーターによって消費される平均電力を変化させます。 ヘアドライヤーのファンに供給される平均電圧は、ソフトウェアに実装された PWM を使用して変更されます。 マイクロコントローラーのピン 16 (RC1) からのパルスは、電界効果トランジスタ VT1 のスイッチを介してファン モーター M2 に供給されます。 ヘアドライヤーのヒーターの出力の調整は、主電源電圧の一定期間を定期的にスキップすることによって実行されます。 制御信号は、ピン 10 (RE2) でマイクロコントローラーによって生成され、出力回路に印加される電圧のゼロクロスの瞬間にスイッチをオンにする同期ユニットを備えたディニスタ フォトカプラ U1 を介してヒーター電源回路に入ります。トライアックVS1。 HL1 LED は、ヘアドライヤーのヒーターの動作を視覚的に監視できるように設計されています。 このブロックは、各桁の要素のカソードが共通の 1 桁 5610 要素 LED インジケータ HG15 - RL-F1GDAW/D24 を使用します。 素子のアノードは、電流制限抵抗器 R31 ～ R90 を介してマイクロコントローラー DD5 のポート D に接続されています。抵抗器は、何らかの符号が表示されているときにポート D のすべてのピンを流れる合計電流が 8 mA を超えないように選択されます。 インジケータ ビットの共通カソードは、マイクロコントローラの RC4 ～ RC7 ピンで生成された信号に従って、トランジスタ VTXNUMX ～ VTXNUMX のスイッチを切り替えます。 LED HL4 ～ HL11 は、追加の 9 桁の要素として一般的な動的表示システムに含まれており、マイクロコントローラーのピン RC3 の信号によってトランジスタ VT4 によってオンになります。 HL5 LED はヘアドライヤーの電源が入っていることを示すために使用され、HL6 LED はユニットを改善するときに使用されることを想定したバックアップ LED です。 LED HL11 ～ HL1 は個別のスケールを形成し、一度に 6 つずつ点灯し、はんだごてヒーター (オンになっている場合はヘアドライヤー) の現在設定されている電力レベルをフル電力の XNUMX/XNUMX ステップで表示します。 より高い電力は、より低い位置番号の LED に対応します。 AC主電圧2VからDC220VへのコンバータであるU24として、65Wの電力を持つ既製のスイッチング電源PS-24-1[65]が使用されました。 酸化物コンデンサ C5 がその隣に配置されており、このコンデンサから個別のワイヤが各 24 V 電圧消費部に接続されており、そこから 12 V の電圧を得るために、MC33063 ではパルス降圧 DC/DC コンバータが使用されています。 (DA2) チップ。[2] および [3] で説明されているものと同様です。 分圧器 R17R19 は、コンバータの出力が 12 V の電圧を維持するように選択されます。その存在は、HL2 LED の輝きによって示されます。 次に、線形統合スタビライザ DA3 が電圧を 5 V にします。これはマイクロコントローラ DD1 に電力を供給するために必要です。 SB220 ボタンが押されると、2 V の主電源電圧が電源 U1 に供給されます。 初期化後、マイクロコントローラ プログラムは出力 RE0 (ピン 8) を High 論理レベルに設定し、トランジスタ VT4 を開きます。 コンデンサ C9 は、トランジスタが開いた瞬間に 12 V の全電圧がリレー巻線に供給され、その信頼性の高い動作が保証されます。 コンデンサの充電が完了すると、巻線を流れる電流は抵抗器 R23 によって制限される値まで減少します。これにより、リレー アーマチュアが作動状態に維持されることが保証されます。 HL3 LED は、リレー コイルに電圧が印加されていることを示します。 接点 K1 を備えたアクティブ化されたリレー K1.1 は、SB1 ボタンをバイパスします。 これで、それを放すことができます。マイクロコントローラーがトランジスタ VT4 を閉じるまで、コントロールユニットの電源はオンのままになります。 電源を入れると、HG1のインジケーターにプログラムのバージョン番号が一瞬表示され、信号音が鳴ります。 はんだごてを使用する作業モードがオンになり、前の作業セッションで設定され、マイクロコントローラーの EEPROM に記録された温度までスムーズに加熱されます。 現在の温度値はHG1インジケーターに表示され、はんだごてに供給される電力レベルはLED HL6〜HL11で表示されます。 熱ショックを防ぐため、温度が 100 °C に達するまでは電力レベルが最大値の 40% に制限され、100 ～ 300 °C の範囲では 80% に制限されます。 これにより、動作温度に達するまでの時間が長くなりますが、はんだごての耐用年数は長くなります。 設定温度に達すると、その温度で安定します。 S1エンコーダーノブを回すことで温度を変更できます。 SB3 ボタンを押すと、HL4 LED が点灯し、はんだごてが穏やかモード (温度が 150 °C まで低下) に切り替わり、ヘアドライヤーのファンがオンになり、その後ヒーターがオンになります。 ヘアドライヤーからの空気流の温度は、はんだごてを加熱するのと同様のアルゴリズムに従って上昇します。 エンコーダーノブ S1 を回して、希望の温度を設定します。 このノブを一度押した後、回転させて風量の強さを調整できます。 もう一度SB3ボタンを押すと、ヘアドライヤーのヒーターがオフになり、はんだごてが動作モードに切り替わります。 ヘアドライヤーのファンは、気流温度が 60 °C に低下するまで動作し続けます。 その後は自動的にオフになります。 エンコーダーボタンを押し続けると、HG1 インジケーターに以下のパラメーター名が交互に表示されます。
係数 A0 および A1 は、ADC 動作の結果として得られた数値 N に基づいて、はんだごての先端の温度またはヘアドライヤーによって供給される空気流を決定するためにマイクロコントローラー プログラムによって使用されます。この数値は、ADC の熱起電力に線形に依存します。対応する熱電対。 温度 T (摂氏) は次の式を使用して計算されます。 T = A0+A1N。 エンコーダーノブを回すと、選択したパラメーターの値が変化し、パラメーター名の代わりにインジケーターに点滅して表示されます。 数秒間ノブを回転したり押したりしないと、インジケーターははんだごての温度またはヘアドライヤーの風量の現在値に戻ります。 SB5 ボタンを押すと、マイクロコントローラーは現在のパラメーター値を不揮発性メモリーに保存し、はんだごてとヘアドライヤーのヒーターをオフにします。 この時点でヘアドライヤーが作動していた場合、ヒーターへの冷気の吹き付けは、出口の流れの温度が 60 °C に低下するまで継続され、その後、マイクロコントローラーは出力 RE0 に低電圧レベルを設定します。 トランジスタ VT4 が閉じ、リレー K1 が接点を開き、制御ユニットを電源から切り離します。 ボタンＳＢ４はバックアップボタンである。 ブロックの機能を改善および拡張するために使用できます。 PS-65-24 (U2) 電源の代わりに、他のスイッチングまたは変圧器主電源ユニットをはんだ付けステーション制御ユニットに使用でき、少なくとも 24 の負荷電流で 2 V の安定化 DC 電圧を供給します。 A. ユニットを U2 として使用する場合、+24 V 電圧出力に加えて、少なくとも 12 mA の許容負荷を持つ別の +300 V 電圧出力があるため、MC33063AP1 チップ上の降圧コンバータを除外できます。デバイスから。 このコンバータを使用すると、内蔵の MC33063AP1 チップを MC34063AP1 に置き換えることができます。 リレー K1、フォトカプラ U1、およびトライアック VS1 は、別のプリント基板上に配置されています。 これは、220 V で電圧が印加されている回路から低電圧回路を最大限に離すために必要です。 112 V 巻線の WJ1-12A リレーを使用しますが、代わりに、制御ユニットとヘアドライヤーのヒーターが消費する電流以上で少なくとも 250 V の交流電圧を切り替えるように設計された接点を備えた別のリレーが適しています。 コイル電圧定格が 24 V のリレーを選択した場合は、その電圧源から電力を供給する必要があります。 MOC3063 フォトカプラの代わりに、少なくとも 600 V の許容電圧でトライアックを直接制御できる任意のディニスタを使用できます。ネットワーク内で発生する干渉レベルを増加させないために、代替のフォトカプラを選択することをお勧めします。ゼロを介して出力に印加される電圧の遷移を監視するユニット。 絶縁プラスチックケースに入った BT138X-600 トライアックは、金属フランジまたはオフ時に少なくとも 138 V の電圧に耐えることができる従来の TO-600 ケースを備えた同様のパラメータの BT220-600 と置き換えることができます。オン時に少なくとも 6 A の電流が流れるトライアックは、ヒートシンクなしのコントロール ユニット内で動作します。 ボタン SB1、SB3 ～ SB5 は DS-502 タイプですが、取り付けに便利なボタンに置き換えることができます。 ボタン SB1 は、開いた接点間の交流電圧が少なくとも 250 V になるように設計されており、スイッチング電源 U2 の突入電流に耐えられるように設計されている必要があります。 選択したユニットに突入電流を制限するサーミスターが搭載されていることを必ず確認してください。 それがない場合は、耐寒性 1 ～ 5 オームのサーミスタを SB10 ボタンと直列に、または電源自体 (SCK-052 または SCK-101 など) に必ず取り付けてください。 使用されるエンコーダは ED1212S-24C24-30F で、12 回転あたり XNUMX パルスを与える機械的接点と内蔵ボタンを備えています。 対応する電源ユニットと出力パルスの形成を備えた光学式エンコーダなど、別のものを使用することもできます。 RL-F5610GDAW/D15 インジケータは、各カテゴリの要素の共通カソードを備えた他の LED (KEM-5641 など) に置き換えることができます。 コントロールユニットは市販のZ-1ハウジングを使用します。 フロントパネルはポリカーボネートシートから切り出した透明なものに交換されました。 裏面には透明なインクジェットフィルムを圧着し、フロントパネルのデザインを印刷します。 このパネルには、ボタン SB1、SB3 ～ SB5、およびはんだごて (X2 - 41524 ピン DIN 4 または ONTs-VG-5-16/5-R、SG-3 としても知られる) とヘアドライヤー ( X45326 - 5 ピン DIN 8 または ONTs-VG-16-4/1-R)。 これらのコネクタの説明は [4] にあります。 透明パネルの後ろには、HGXNUMX インジケーターと LED を備えたボードがあります。 はんだごてとヘアドライヤーを備えたブロックの外観を図に示します。 XNUMX.
はんだ付けステーションの制御ユニットが正しく組み立てられ、マイクロコントローラーがプログラムされている場合は、はんだごてとヘアドライヤーの係数 A0 と A1 を設定するだけですぐに動作を開始します。 そのためには、電源を入れた直後にエンコーダを使用して、HG1 インジケータの温度を室温以下に設定します。 次に、エンコーダボタンを押して、はんだごての係数 A0 の設定を選択し、変更することで、インジケーターが現在の部屋の温度を示していることを確認します。 次に係数 A1 の設定に移ります。エンコーダーノブを回すと、インジケーター上でその値が 1,0 になります。 その後、熱電対または標準温度計の他のセンサーをはんだごての先端に取り付けます。 火災安全要件を遵守しながら、外部センサーが取り付けられたチップを、伝導性の低い熱材料が存在する環境から隔離することをお勧めします。 エンコーダを使用して、HG1 インジケータにそれほど高くない温度 (たとえば 100 °C) を設定し、標準温度計の指示値が安定するまで待ちます。 設定温度より高い場合は係数 A1 の値を小さくし、そうでない場合は係数 A5 の値を大きくします。 この係数を選択することで、基準温度計で測定した温度と設定温度の差が XNUMX °C を超えないことが保証されます。 チップの温度が 300 ～ 400 °C (標準温度計による) を超えないようにしてください。 この問題が発生した場合は、オペアンプ DA1.2 の出力電圧を確認し、必要に応じて、はんだごての可能な限り高い温度でオペアンプの出力電圧が上限を超えないようにゲインを選択する必要があります。マイクロコントローラーADCの基準電圧。 最後に、ほとんどのはんだ付けが実行されると予想されるこて先温度を設定し、A1 係数を再選択することをお勧めします。 ヘアドライヤーの係数 A0 と A1 も同様に選択されます。 この場合、風量の強さは中程度に設定され、標準温度計の温度センサーがヘアドライヤーのノズルから 1 cm の距離に配置されます。 すべての係数を選択すると、はんだ付けステーションを使用できるようになります。 説明した制御ユニットを使用すると、熱電対と低電圧発熱体を内蔵したはんだごてを使用できます。 ヘアドライヤーには、電圧 220 V の発熱体と熱電対が内蔵されている必要があります。 また、ヘアドライヤーのファンが 24 V で動作するように設計されていることを確認する必要があります。図の図に示されている、ヘアドライヤーからコネクタに向かうワイヤの絶縁体の色に注意してください。 3 は標準化されていないため、異なる場合があります。 温度センサーとしてサーミスターを備えたはんだごてやヘアドライヤーを見つけることがあります。 これらは、測定パス (DA1 チップ上のノード) に大幅な変更を加え、マイクロコントローラー プログラムを調整しない限り、説明されている制御ユニットで使用することはできません。 検討中の設計の別の用途としては、熱電対の形のセンサーを備えた任意の物体の 0 チャンネル温度計と 1 チャンネル温度コントローラーが考えられます。 温度調整が必要ない場合は、係数 AXNUMX と AXNUMX を設定した後、エンコーダを取り外してください。 コントロールユニットのマイコンプログラムをダウンロード可能 ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/10/ps01.zipから。 文学
著者：S。Krushnevich
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