Estação de Retrabalho SMD DIY: Construa uma Pistola de Ar Quente Profissional com Arduino

Componentes Principais

• 1x Arduino Pro Mini 328 5V/16MHz
• 1x Display LCD 16x2 I2C (módulo PCF8574)
• 1x Encoder rotativo com botão
• 1x Punho de ar quente compatível 858D (K-type thermocouple, heater 700W 230VAC, fan 24VDC)
• 1x Suporte do punho com reed switch
• Circuito de potência: TRIAC BTA12-600B, MOC3052 (opto-triac), 4N25 (sync AC), IRFZ44 (fan MOSFET), MCP602 (amp. thermocouple)
• Componentes passivos: resistores, capacitores, diodos FR107, retificador ponte, buzzer, potenciômetros multi-volta 500kΩ e 10kΩ

Sobre o Projeto

Controlador DIY para pistola de ar quente (hot air gun) usando algoritmo PID para controle preciso de temperatura. Mais eficiente e confiável que controladores comerciais baratos. O projeto inclui PCB própria (EasyEDA/JLCPCB).

Funcionamento

• Interface: LCD I2C + encoder (ajusta temp/ventoinha, navega menus)
• Sensores: Thermocouple tipo K (amplificado por MCP602, ganho ajustado por trim-pot 500kΩ) + reed switch (detecta punho no suporte)
• Controle heater: TRIAC acionado por MOC3052 isolado; 4N25 sincroniza com onda AC (corte de fase por ciclos completos)
• Controle fan: PWM 31.25kHz no pino D9 (Timer1) via MOSFET IRFZ44
• Alimentação: Fonte chaveada 24V/5V para fan e lógica; heater direto na rede 230VAC

Modos de Operação

1. OFF/Standby: Punho no suporte. Encoder ajusta temp (100-500°C) e fan (0-100%). Pressão curta alterna temp/fan. Pressão longa → Setup.
2. ON/Heating: Punho retirado → aquece até temp alvo → beep curto + "Ready". Mantém temp via PID.
3. Cooling: Punho devolvido → heater desliga, fan continua até <50°C → beep + "Cold".
4. Setup: Calibrate (3 pontos: 200/300/400°C), Tune (ajuste ganho amp), Save, Cancel, Reset Config.

Calibração (Essencial)

1. Tune: No menu Setup→Tune, encoder ajusta potência manual. Aqueça a 400°C (termo externo). Quando estabilizar (beep), gire trim-pot 500kΩ para leitura interna ~900 (0-1023). Pressão longa volta.
2. Calibrate: Setup→Calibrate. Escolha ponto (200/300/400). Sistema aquece e beep. Gire encoder para temp real medida. Repita nos 3 pontos.
3. Save: Setup→Save grava na EEPROM.

Algoritmo PID

Implementação iterativa otimizada para controle por ciclos de rede (100 ciclos = 1s @ 50Hz / 120 ciclos @ 60Hz):

// Fórmula iterativa:
// U_n = U_{n-1} + Kp*(X_{n-1} - X_n) + Ki*(X_set - X_n) + Kd*(X_{n-2} + X_n - 2*X_{n-1})
// Coeficientes (v1.4): Kp=50, Ki=16, Kd=50 (denominador 2^11 = 2048)

O PID controla número de semiciclos AC por período de 100ms aplicados ao heater (0-99%).

Estrutura do Código (Classes Principais)

• CONFIG: Gerencia EEPROM (calibração, preset temp/fan, timeout auto-off) com checksum e versionamento
• HOTGUN_CFG: Herda CONFIG; conversão temp interna↔humana (interpolação linear 3 pontos)
• BUZZER: Beeps curto/longo/duplo/falha (ativo ou passivo)
• DSPL: Display LCD I2C (chars custom: °, fan, power)
• HISTORY + EMP_AVERAGE: Filtros de média móvel e exponencial para leituras ruidosas
• PID: Controle iterativo (ver acima)
• FastPWM_D9: PWM 31.25kHz no Timer1 para fan silencioso
• HOTGUN: Orquestra tudo — máquina de estados (OFF/ON/FIXED/COOLING), sync AC via INT0 (pino D2), PID, display, segurança

Segurança e Cuidados

• ⚠️ NÃO conecte à rede 220V durante upload de firmware! Fonte do fan não é isolada — pode danificar USB/PC.
• Use disjuntor diferencial (DR) na bancada
• Heater 700W @ 230V = ~3A; TRIAC BTA12 suporta 12A (margem 4x)
• Capacitor 1000µF 35V na entrada 24V evita reset por pico de corrente
• Diodo FR107 (rápido) no gate do MOSFET protege contra indutância da fan

Arquivos do Projeto

• Código fonte (Firmware 1.4, C++): GitHub
• PCB EasyEDA: Visualizar/Comprar JLCPCB
• Esquemáticos: Circuito principal + fonte de alimentação
• Bibliotecas necessárias: CommonControls, Time (Paul Stoffregen), LiquidCrystal_I2C, Adafruit_GFX, Adafruit_SSD1306

Vídeo Demonstrativo

Disponível na página do projeto (Hackster/Instructables). Mostra aquecimento rápido (~30s a 350°C), estabilidade ±2°C, transição suave fan/heater.

Créditos

Código por sfrwmaker. Agradecimentos à LCSC Electronics pelo suporte. Tutorial de PCB caseira: Instructables.

Monitor Portátil de Temperatura e Umidade com Arduino e Display LCD 16x2 Controlador DIY para Ferro de Solda Hakko 907 v2 com Arduino Nano