Самодельная паяльная станция на Arduino. DIY Soldering station Arduino

Сегодня я постараюсь рассказать вам о проекте нашего товарища , которым лично я с удовольствием пользуюсь и по сей день — это Паяльная станция с феном и паяльником на контроллере Ардуино. Сам не очень разбираюсь в радиоэлектронике, но основные понятия имею, поэтому буду рассказывать скорее с точки зрения обывателя а не профессионала, тем более что самому автору пока рассказать подробно об этом проекте некогда.

Назначение устройства и органы управления

Основное назначение — это удобная и качественная пайка на паяльной станции при помощи паяльника и фена. Включаются и выключаются фен и паяльник отдельными кнопками, и могут работать одновременно.

Главное отличие нашего паяльника (и фена) от обычного — это постоянный контроль температуры! Если я задал температуру в 300 градусов, то на жале паяльника будет поддерживаться именно эта температура с самыми небольшими отклонениями. Этот паяльник не нужно регулярно вынимать из розетки, как обычный, и не нужно снова вставлять в розетку когда он остыл. Той же функцией обладает и фен.

Станция снабжена ЖК-экраном на котором отображается заданная температура для паяльника и фена, а также текущая измеряемая температура на этих устройствах. При наблюдении за этими показаниями можно заметить, что измеряемая температура постоянно стремится к заданной и отклоняется от неё только на доли секунд и на считанные градусы. Исключение — момент включения, когда устройство только нагревается.

Кроме кнопок включения и экрана, на внешней панели станции есть ещё три ручки потенциометров. Ими можно задать температуру паяльника и фена, а также скорость вращения вентилятора фена. Температура измеряется в градусах цельсия, а скорость фена в процентах. При этом 0% — это не выключенный вентилятор, а просто минимальная скорость.

Фен снабжён защитной функцией продувки. Если вы пользовались феном и выключили его кнопкой, то нагревательный элемент фена выключится, а его вентилятор продолжит вращаться, продувая фен, до тех пор, пока его температура не понизится до безопасных 70 градусов. Чтобы фен не вышел из строя, не выключайте станцию из розетки до окончания продувки.

Устройство и принцип действия

Основой устройства я считаю печатную плату разработки и изготовления товарища Kamik. В центре этой платы расположилась колодка, в которую установлен контроллер Arduino Nano V3. Контроллер подаёт сигналы на три MOSFET-транзистора, которые плавно управляют тремя нагрузками: Нагревательные элементы паяльника и фена, а также вентилятор фена. Также на плате есть подстроечные резисторы для настройки термопар паяльника и фена, а также множество колодок и разьёмов для подключения фена и паяльника (через разьёмы GX-16), экран, кнопки включения фена и паяльника и потенциометров. Также прямо на плату приклеен понижающий модуль LM2596 для понижения напряжения с 24в до 5вольт с целью питания самой ардуины и ЖК-экрана. Вентилятор и нагреватель фена работают от напряжения 220в, паяльник — от 24в. Для питания паяльника присутствует отдельный блок питания 220в->24в, заказывался из китая. Пятивольтовые потребители питаются от понижайки LM2596.

Фен и паяльник присоединяются к паяльной станции при помощи разьёмов GX16 с восемью и пятью контактами соответственно. Для присоединения шнура питания 220в предусмотрено специальное гнездо со встроенным выключателем и предохранителем.

Список деталей, стоимость

Мы с товарищами решили собрать сразу несколько таких паяльных станций, поэтому на некоторых деталях из Китая нам удалось сэкономить за счёт мелкооптовых партий: мы специально искали лоты где нужные нам детали продаются по 5 штук а в некоторых случаях (например потенциометры) — и по 20шт. В результате, себестоимость одной станции (без корпуса) составила около 40$ .

Очень часто заядлые радиолюбители сталкиваются с такой проблемой, как паяльники, которые не соответствуют их требованиям, или просто-напросто перегорают в процессе работы. К тому же, жало паяльника не всегда подходит для микро работ, и требует внесения корректировок в свой диаметр.

Как сделать паяльный фен своими руками: описание прибора

На сегодняшний день положение с паяльниками, имеющимися в продаже, просто катастрофическое. Хорошие, качественные паяльники стоят дорого, а китайские дешевые перегорают во время первого дня использования.

Для того, чтобы не выбрасывать на ветер лишние деньги, можно попытаться смастерить паяльную станцию самому.

Фен для пайки похож на обычное бытовое изделие, которым принято сушить волосы. Основным отличием его можно назвать лишь рабочую температуру. Именно благодаря мощности, которая в намного больше именно у паяльного фена, при помощи этого изделия имеется возможность паять разные радиодетали. А также, с применением этого предмета можно собирать схемы.

Краткое описание прибора для начинающих:

• Паяльный термофен представляет собой удобный универсальный электроприбор, представляющий возможность за небольшой промежуток времени нагреть детали из металла;
• Благодаря хорошей сборке и простоте использования паяльный фен отлично подходит профессионалам и новичкам.
• Данный прибор очень редко применяют отдельно, из-за того, что при выполнении ремонтных работ довольно важным есть еще и точное направление потока горячего воздуха.

Именно из-за этого специалисты охотно используют в основном паяльные станции. Другими словами, данное полупрофессиональное нагревательное оборудование, включающее в себя сварочный нагревательный элемент и удобный паяльник, отлично подходит для пайки мелких деталей. Такая крутая современная паяльная станция как нельзя лучше подходит для кропотливой работы с блоками электросхем и сетей. Иногда благодаря такому прибору вы можете сделать термообработку элементов маленького размера. Однако, нужно знать, что каждая модель, которая называется паяльным феном индивидуальна по своим техническим параметрам, имеет диаметр сопла от 2 до 6 мм. мощность в пределах 500 ватт; максимальную производительность вентилятора до 32 литров в минуту; а рабочую температура до 550 градусов.

Самодельная аналоговая паяльная станция на arduino

Простыми паяльниками в работе пользуются в основном лишь начинающие радиолюбители. Те, кто профессионально занимается ремонтом техники, или кому просто часто приходится совершать паяния, покупают специальные универсальные паяльные станции. Но хороший паяльный агрегат в наши дни стоит дорого, а китайский ширпотреб служит совсем не долго.

Выход из ситуации – создать в домашних условиях на базе Arduino-модуля простую паяльную станцию, которая будет безотказно работать, выполняя любые задания мастера. Схема и чертежи этой самоделки довольно просты.

В ней присутствуют следующие детали:

• Оснащен термопарой;
• Присутствует LCD дисплей;
• Регулятор мощности;
• Система поддержки температуры паяльного жала на необходимом для работы уровне.

Для изготовления паяльной станции на основе ардуино вам понадобятся следующие детали: тороидальный трансформатор, симистор, выпрямитель диодный, Arduino Pro Mini, микросхема MAX6675, конденсатор, резисторы, потенциометр 51К, компрессор.

Индукционная паяльная станция своими руками 220 вольт: принцип работы и преимущества

Контактный метод нагрева паяльного жала отходит в прошлое. Он используется в классических схемах универсальных паяльных станций, но несовершенен. Это можно заметить по низкому КПД, с высокой потребляемой мощностью , локальному перегреву жала на участке контакта и другим несоответствиям

Паяльная индукционная станция исключает такие недостатки. При поступлении высокочастотного напряжения в индукционную катушку происходит формирование обычного переменного магнитного поля. Так, как внешний слой жала выполнен из натурального ферромагнитного материала, в процессе работы начинается процесс перемагничивания элемента, который сопровождается вихревыми токами. Это приводит к ощутимому выделению энергии тепла.

Преимущества простого индукционного паяльного метода следующие:

• Нагрев жала в паяльнике происходит равномерно, поскольку оно выступает как нагревательный элемента.
• Отсутствуют потери, связанные с температурной инерцией;
• Полностью исключается локальный перегрев конструкции, вызывающий выгорание и окисление жала;
• Увеличивается срок эксплуатации агрегата и повышается КПД.

Станции, оборудованные термодатчиком, существенно дешевле, чем обычные, что делает их доступными и для профессионалов, и любителей. Точность, практичность и надежность данного оборудования прямо зависят от цифрового управленческого блока.

Простая паяльная станция: материалы для изготовления жала

Главным преимуществом самодельной паяльной станции является ее более низкая, чем у приобретенной на рынке стоимость. К тому же, изготавливая паяльник и наконечник к нему, вы можете сделать их такими, как нужно именно вам. Ведь только вы знаете, какие приборы вам приходится ремонтировать чаще всего, и какие жала пригодятся чаще.

Для изготовления жала для паяльника вам понадобятся следующие инструменты и материалы:

• Планшетки и метчики для нарезки резьбы;
• Мелкий и грубый напильники;
• Точилка ножевая небольшого диаметра;;
• Зажимные клещи или настольные тиски;
• Небольшой молоток;
• Плоскогубцы в количестве 2х штук;
• Паяльник без жала;
• Деревянная киянка;
• Линейка;
• Ножовка по металлу с новым полотном;
• Набор старых отверток;
• Плотные перчатки;
• Кусок медной трубки 8 мм в диаметре;
• Одножильный медный провод диаметром 4 мм.

Первым делом вам нужно убедиться в том, что разровнены все погнутые участки на трубке и устранены любые неровности. Порежьте трубку на заготовки, корректируя длину ножовкой или труборезом. При данных манипуляциях защищайте свои руки специальными перчатками.

Изготавливаем паяльник для паяльной станции: этапы работ

Для того, чтобы удобно было работать, отрежьте кусок проволоки, длиною 16-25 см. После чего переходим к изготовлению кожуха. Для этого берем отрезки трубки 25х8 мм и наносим отметки через каждые 25 мм.

Для кожухов специалисты советуют использовать обрезки трубочек, длиной 2,5 см и 8 мм в диаметре (5/16 дюймов). Аккуратно отмеряем отрезки необходимой длинны, нанесём отметины на каждом участке после 2,5 см (гвоздём или же ножовочным острым полотном. Используя ножовку отпиливаем трубки по отметке. Делать это нужно аккуратно, так, чтобы работа была выполнена безупречно.

Как только вы отпилите верхний кожух, придется начать процесс удаления мелких металлических «лохмотьев», которые попали внутрь трубки при пилении. Отвёрткой нужно зачистить место среза, время от времени прокручивая её и проверяя внутрянку трубки. Не забывайте о том, что расширять отверстия при этом не нужно. После зачистки трубки возьмите паяльник, и проденьте его в кожух. Входить он должен идеально, так, как будто у вас в руках оригинальное жало. Добившись успешной примерки, обработайте кожух напильником, при этом сгладив края. Однако не нужно переусердствовать. Вовсе ни к чему вам сейчас сточить лишний кусочек материала.

1. Из медного или латунного прутика изготавливаем «жало»;
2. Нарезаем на жале и кожухе резьбу;
3. Зачищаем и соединяем жало и резьбу;
4. Изделия полируем и покрываем никелем.

Никелировав жала своего паяльника, вы не только сможете улучшить их внешний вид, но и продлите срок службы изделия. Никель сможет защитить медные жала от коррозии в последующем, и позволит избежать наплавлений олова.

Как сделать паяльник своими руками (видео)

На современном рынке паяльные nano-станции представлены такими моделями, как Энкодер и Atmega 8, однако цена на них довольно высока. Изготовив паяльную лампу для собственных нужд своими руками вы сможете не только сэкономить средства, но и сделаете такой инфракрасный прибор, который будет служить вам очень долго и преданно. Так же, для паяния самостоятельно можно изготовить токопроводящий газовый клей или пасту.

В этой статье я хочу рассказать о своей версии паяльной станции выполненной на базе микросхемы ATmega328p, которая используется в arduino UNO. За основу был взят проект с сайта http://d-serviss.lv. В отличии от оригинала дисплей подключил по протоколу i 2 c: во-первых он у меня был, заказывал несколько штук на AliExpress для других проектов, во-вторых осталось больше свободных ножек МК, которые можно использовать для каких-либо других функций. Фото дисплея с переходником на протокол i 2 c ниже.

Температура паяльника, фена и обороты куллера регулируются энкодерами:

Включение и выключение паяльника и фена происходит нажатием на энкодер, причём после выключения в память МК сохраняются температура паяльника, фена и обороты куллера.

После выключения паяльника или фена в соответствующей строке отображаются температура, вплоть до остывания до 50 0 С. После выключения фена, кулер охлаждает его до 50 0 С на 10% оборотах, что делает его почти бесшумным в выключенном состоянии.

Для питания схемы на aliexpress был приобретён импульсный блок питания на 24в и 9А, как в последствии понял, слишком мощный. Стоит поискать с выходным током 2-3 А – этого более чем достаточно, он будет дешевле, да и места в корпусе будет занимать меньше.

Для питания схемы использовал DC-DC преобразователь на LM2596S, подключаем его к 24в и выставляем построечным резистором 5 вольт.

Паяльник и фен также приобрёл на aliexpress , ВАЖНО выбрать их на термопаре, а не на терморезисторе. Фен выбрал от станций 858, 858D, 878A, 878D и 878D, паяльник от станций 852D +, 853D, 878AD, 898D, 936B, 937D. Если брать на терморезисторе то схему и прошивку необходимо доработать. К паяльнику прикупил комплект из 5 жал. Паяльник попался бракованный, был перебит где-то внутри провод. Пришлось менять, хорошо подошел провод от USB удлинителя.

Так же понадобятся дополнительно разъёмы GX16-5 и GX16-8, для подключения паяльника и фена к корпусу прибора.

Теперь корпус: с проблемой выбора корпуса я провёл много времени, сначала использовал от компьютерного блока питания металлический, но в последствии отказался от него, т.к. были помехи от ИБП, из-за которых зависал МК и LCD. Пробовал экранировать БП, основную плату и дисплей. МК перестал зависать а вот дисплей так и показывал периодически непонятные иероглифы. Решил использовать корпус из пластмассы, все проблемы с помехами сразу прошли, ничего не экранировал. Корпус решил так же приобрести у китайцев. Немного погорячился с размерами и взял как оказался очень маленький (150 мм x 120 мм x 40 мм), туда я конечно всё уместил, сделал специально плату под него, но вот на лицевой панели всё оказалось слишком компактно, и регулировать особенно фен не очень удобно.

Доработанная схема и печатная плата ниже на картинке, от оригинала она отличается подключением дисплея, заменой переменных резисторов и кнопок включения на энкодеры. Так же на схеме я убрал стабилизатор на 12 вольт, т.к. фен у меня работает от 24в, и убрал стабилизатор на 5 вольт, заменив его DC-DC преобразователем.

Печатная плата делалась классическом способом – , лудил сплавом розе в растворе лимонной кислоты.

Симистор поставил на небольшой радиатор, силовые мосфеты без радиатора, т.к. за ними нагрева не замечено. Штырьки пришлось выпаять из-за плохого контакта, провода припаял непосредственно к плате. Переменные резисторы рекомендую использовать многооборотные для более плавной настройки температуры.

Микроконтроллер прошивал через Arduino UNO, МК подключаем по классической схеме: 1 вывод МК к 10 выводу Arduino, 11 вывод МК к 11 выводу Arduino, 12 вывод МК к 12 выводу Arduino, 13 вывод МК к 13 выводу Arduino, 7 и 20 выводы к +5 вольтам, 8 и 22 к GND, к 9 и 10 подключаем кварц на 16 МГц. Схема подключения ниже.

Схема подключения

Осталось запрограммировать МК.

1) Заходим на сайт https://www.arduino.cc/en/main/software , выбрав свою ОС скачиваем программу ARDUINO IDE, после чего устанавливаем её.

2) После установки необходимо добавить библиотеки из архива, для этого в программе выбираем Скетч – Подключить библиотеку – Добавить.ZIP библиотеку. И подключаем по очереди все библиотеки.

3) Подключаем Arduino UNO и присоединённый к ней МК к компьютеру через USB, при первом включении установятся необходимые драйвера.

4) Заходим в программе Файл – Примеры – ArduinoISP – ArduinoISP, в пункте Инструменты выбираем нашу плату и виртуальный порт, к которому подключилась ардуино, затем нажимаем загрузить. Этими действиями мы превращаем нашу ардуино в полноценный программатор.

5) После загрузки скетча в ардуино открываем скетч из архива, выбираем пункт Инструменты – записать загрузчик. Сам загрузчик в МК нам конечно не нужен, но этимы действиями в МК прошьются фьюзы и наша микроконтроллер будет работать от внешнего кварца на частоте 16МГц.

Уже давно я задумался над тем, паяльную станцию своими руками и чинить на ней свои старые видеокарты, приставки и ноутбуки. Для нагрева можно использовать старую галогеновую грелку, ножку от старой настольной лампы можно использовать для удержания и перемещения верхнего нагревателя, платы будут лежать на алюминиевых поручнях, спираль от душа будет держать термопары, а плата Ардуино будет следить за температурой.

Сперва разберемся с тем, что такое паяльная станция. Современные чипы на интегральных схемах (ЦПУ, ГПУ и т.д.) не имеют ножек, зато имеют массив шариков (BGA, Ball grid array). Для того чтобы припаять\отпаять такой чип, нужно иметь устройство, которое нагреет всю IC до температуры в 220 градусов и при этом не расплавит плату, а также не подвергнет IC термическому шоку. Именно поэтому нам нужен контроллер температуры. Такие аппараты стоят в диапазоне $400-1200. Это проект должен уложиться примерно в $130. Про BGA и паяльные станции вы можете почитать на Википедии, а мы начнём работать!

Материалы:

• Четырёхламповый галогеновый нагреватель ~1800w (в качестве нижнего подогрева)
• 450w керамический ИК (верхний нагреватель)
• Алюминиевые рейки для занавесок
• Спиральный кабель для душа
• Прочная толстая проволока
• Ножка от настольной лампы
• Плата Ардуино ATmega2560
• 2 платы SSR 25-DA2x Adafruit MAX31855K (или сделайте сами, как сделал я)
• 2 термопары типа K
• Блок питания постоянного тока 220 на 5v, 0.5A
• Буквенный модуль LCD 2004
• 5v пищалка

Шаг 1: Нижний нагреватель: отражатель, лампы, корпус

Показать еще 3 изображения

Найдите галогеновый нагреватель, откройте его и выньте отражатель и 4 лампы. Будьте аккуратны, не сломайте лампы. Здесь вы можете приложить воображение и создать свой корпус, который будет держать лампы и отражатель. Например, вы можете взять старый корпус ПК и поместить лампы, отражатель и провода внутрь него. Я использовал металлические листы толщиной 1 мм и сделал из них корпуса для нижнего и верхнего нагревателя, а также корпус для контроллера Ардуино. Как я и сказал прежде — вы можете быть креативными и придумать для корпуса что-то своё.

Используемый мною нагреватель был на 1800W (4 лампы на 450w параллельно). Используйте провода из нагревателя и параллельно соедините лампы. Вы можете встроить штекер для переменного тока, как сделал это я, или соединить кабель напрямую от нижнего нагревателя к контроллеру.

Шаг 2: Нижний нагреватель: система крепления плат

Показать еще 4 изображения

После создания корпуса нижнего нагревателя, измерьте бОльшую длину его окна и отрежьте два куска алюминиевой рейки такой же длины. Вам также нужно будет отрезать еще 6 кусков, каждая размером в половину от меньшей стороны окна нагревателя. Просверлите отверстия по двум концам больших кусков реек, а также на одном конце каждой из 6 небольших реек и на длинной части окна. Перед тем, как прикручивать части к корпусу, нужно создать механизм крепления на гайках, по типу такого, который я сделал на фотографиях. Это нужно для того, чтобы меньшие рейки могли скользить по бОльшим рейкам.

После того, как вы проденете гайки в рейки и скрутите всё вместе, используйте шуруповёрт для перемещения и закрепления шурупов, чтобы система крепления подходила под размер и форму вашей платы.

Шаг 3: Нижний нагреватель: держатели термопары

Для изготовления держателей термопары, замерьте диагональ окна нижнего нагревателя и отрежьте два куска спирального кабеля для душа такой же длины. Раскрутите жесткий провод и отрежьте два куска, каждый на 6 см длиннее, чем спиральный кабель от душа. Пропустите жесткий провод и термопару через спиральный кабель и загните оба конца провода так, как это сделал я на картинках. Оставьте один конец длиннее другого для того, чтобы закрутить его одним из винтов рейки.

Шаг 4: Верхний нагреватель: керамическая пластина

Для изготовления верхнего нагревателя я использовал керамический инфракрасный нагреватель на 450W. Вы можете найти такие на Алиэкспресс. Хитрость заключается в том, что нужно создать для нагревателя хороший кейс с правильным током воздуха. Далее приступаем к держателю нагревателя.

Шаг 5: Верхний нагреватель: держатель

Найдите старую настольную лампу на ножке и разберите её. Для того чтобы правильно разрезать лампу, нужно точно всё рассчитать, так как верхний инфракрасный нагреватель должен достигать всех углов нижнего нагревателя. Итак, сначала прикрепите корпус верхнего нагревателя, сделайте разрез по оси X, произведите правильные расчёты и, наконец, сделайте разрез по оси Z.

Шаг 6: ПИД-регулятор на Ардуино

Показать еще 3 изображения

Найдите правильные материалы и создайте прочный и безопасный кейс для Ардуино и других принадлежностей.

Можно просто отрезать и с прикрепить провода, соединяющие контроллер (верхнее/нижнее питание, контролер питания, термопары), используя паяльник или раздобыть коннекторы и сделать всё аккуратно. Я не знал точно, сколько тепла будет излучать SSR, поэтому добавил на корпус вентилятор. Будете вы устанавливать вентилятор, или нет, но вам обязательно нужно нанести на SSR термопасту. Код прост и из него понятно, как соединить кнопки, SSR, экран и термопары, так что соединить все вместе будет просто. Как управлять устройством: для значений P, I и D нет автонастройки, так что эти значения нужно будет вбить вручную в зависимости от ваших настроек. Есть 4 профиля, в каждом из них можно установить количество шагов, значения Ramp (C/s), dwel(время ожидания между шагами), порог нижнего нагревателя, целевую температуру для каждого шага и значения P,I,D для верхнего и нижнего нагревателей. Если вы, например, выставите 3 шага, 80, 180 и 230 градусов с порогом нижнего нагревателя 180, то ваша плата будет прогрета снизу только до 180 градусов, дальше температура снизу будет держаться на 180 градусах, а верхний нагреватель разогреется до 230 градусов. Код до сих пор нуждается во множестве улучшений, но из него вы можете понять, как все должно работать. Это руководство описано не в деталях, ведь в нём присутствует множество самодельных элементов, и каждая сборка будет отличаться от других. Я надеюсь, что вы вдохновитесь этой инструкцией и сделаете по ней свою ИК паяльную станцию.