Controlador de ferro de solda para Hakko 907 v.2

Componentes e suprimentos

hakko 907 iron

Tampão de aviação de 5 pinos

conversor dc-dc

Arduino Nano R3

tela LCD 8x2

amplificador mcp602 ou analógico

mosfet irfz44n

fr107 Diodo retificador de recuperação rápida

Transistor de uso geral NPN

Transistor de uso geral PNP

Codificador rotativo com botão de pressão

Capacitor 1000 uF 35v

Capacitor 100 nF

Resistor 1k ohm

Resistor 10k ohm

Resistor 100k ohm

Potenciômetro de precisão multivoltas - 10k ohms (25 voltas)

Potenciômetro de precisão multivoltas 500k

Buzzer

Ferramentas e máquinas necessárias

Ferro de soldar (genérico)

Aplicativos e serviços online

Arduino IDE

Sobre este projeto

Controlador de solda barato

ATUALIZADO em 03/04/2019 esquemas e descrição atualizados

ATUALIZADO 18/02/2018:procedimento de calibração atualizado

ATUALIZADO EM 01/08/2017:bug de esboço corrigido, esboço para lcd1602 adicionado

ATUALIZADO EM 31/07/2017:novo esquema de hardware implementado

ATUALIZADO EM 07/04/2017:novos recursos são implementados (ver a descrição)

O controlador lida com cabos de solda hakko 907 com pontas substituíveis e possui elemento aquecedor embutido e termistor OU termopar para verificar a temperatura do ferro. O cabo possui dois circuitos elétricos independentes para o aquecimento do ferro e a verificação da temperatura. Este controlador pode ser usado com outra alça de ferro de arquitetura semelhante.

É melhor substituir o plugue da alça do ferro por outro, por exemplo, plugue de aviação GX16-5 ou GX-12-5.

Os principais recursos deste controlador são:

O controlador é adequado para trabalhar com uma variedade de cabos hakko 907, com termopar ou com termistor para verificar a temperatura. Você deve escolher os esquemas apropriados.
O algoritmo PID é implementado para manter a temperatura do ferro de solda. O ferro aumenta a temperatura em cerca de 30 segundos e a mantém entre 1 e 2 graus Celsius.
O controlador mantém a temperatura em caso de uso intenso porque o algoritmo PID é muito sensível e pode aumentar rapidamente a potência fornecida.
Três pontos de temperatura de referência implementados no procedimento de calibração do ferro de solda.
O procedimento de calibração é automatizado pelo uso do algoritmo PID para manter a temperatura perto do ponto de referência.
O controlador suporta dois modos de funcionamento:manter a temperatura e manter a energia fornecida.
Para manter a operação silenciosa, as interrupções de alta frequência Timer1 são implementadas no controlador. Isso permite que a frequência PWM seja aumentada em até 31250 Hz em vez de 490 Hz pelo analogWrite () integrado função.
O controlador implementa codificador rotativo acelerado. Quando o codificador é girado lentamente, a configuração da temperatura é alterada em 1 grau. Quando o codificador gira rapidamente, a configuração de temperatura é alterada em 5 graus.
A temperatura é armazenada no Arduino EEPROM após o ferro de solda ser usado, caso as configurações de temperatura tenham sido alteradas.
O controlador suporta unidades Celcius ou Farenheit para serem usadas para o valor de temperatura exibido, temperatura predefinida e dados de calibração.
O controlador possui modo de sintonia para simplificar o procedimento de configuração inicial do controlador.

Como mencionei antes, o controlador tem vários modos:

Modo de espera
Modo de trabalho principal (manter a temperatura)
Modo de energia (mantenha a energia fornecida)
Modo de configuração
Modo de calibração
Modo de ajuste (o procedimento de configuração inicial)

Quando o controlador acaba de ligar, o modo de espera é ativado. Neste modo, o ferro de solda é alimentado. O display principal mostra as seguintes informações:

A temperatura predefinida no lado esquerdo da linha superior (em unidades selecionadas - Celsius ou Fahrenheit);
A mensagem 'DESLIGADO' no lado direito da linha superior indicando que o ferro está desligado;
A temperatura atual do ferro no lado esquerdo da segunda linha;

Caso o ferro não esteja conectado ao controlador, a mensagem 'sem ferro' é exibida na segunda linha. Quando o ferro esfria (após o uso), a mensagem 'frio' é exibida na segunda linha indicando que é seguro tocar no ferro.

A temperatura predefinida pode ser ajustada girando a alça do codificador enquanto o ferro está desligado. Para ligar o ferro de solda, empurre a alça do codificador levemente. O controlador mudará para o modo principal. Agora o controlador mantém a temperatura do ferro próxima à temperatura predefinida. Quando o ferro é muito usado, a temperatura pode divergir ligeiramente da predefinida.

No modo principal, o display mostra as seguintes informações:

A temperatura predefinida no lado esquerdo da linha superior (em unidades selecionadas - Celsius ou Fahrenheit)
A mensagem 'LIGADO' no lado direito da linha superior indicando que o ferro está ligado e ainda aquecendo. Quando o ferro atinge a temperatura predefinida, o ' rdy '(pronto) a mensagem será exibida;
A temperatura atual do ferro é exibida no lado esquerdo da segunda linha;
A potência fornecida ao ferro (em porcentagens da potência máxima permitida) é exibida no lado direito da tela;

Girando o codificador, é possível alterar a temperatura predefinida. A mensagem 'LIGADO' seria exibida novamente até que o ferro atingisse a nova temperatura predefinida. Para retornar ao modo de espera, pressione levemente a alça do codificador.

No modo principal, o controlador verifica se o ferro está funcionando corretamente. Se em 10 segundos desde o início a temperatura não mudasse, o controlador desligaria a energia e a mensagem ' Falha 'seria exibido na tela. Nesse caso, pressione levemente o botão do codificador para retornar ao modo de espera.

O modo de energia pode ser ligado pressionando longamente o codificador enquanto estiver no modo principal. No modo de energia, você pode ajustar a energia fornecida ao ferro de solda manualmente girando o codificador. No modo de energia, a tela mostra a energia fornecida ao ferro nas unidades internas e a temperatura do ferro em unidades legíveis por humanos. Pressione levemente o codificador para alternar entre ligar e desligar no modo de energia. Pressione e segure a manopla rotativa do codificador para retornar o controlador do modo de energia para o modo principal.

Para entrar no modo de configuração, pressione e segure o codificador no modo de espera. No modo de configuração, os parâmetros de configuração podem ser ajustados. Existem 7 entradas de menu neste modo:

tempo limite de desligamento automático (em minutos)
unidades de temperatura (Celsius ou Fahrenheit)
a calibração do ferro ('calib.')
procedimento de configuração inicial ('tune')
salve as alterações
cancelar as alterações
restaurar os valores padrão

Gire a alça para selecionar o item de menu. Para alterar o item selecionado, pressione levemente a alça do codificador. Após ajustar o parâmetro, pressione a alça novamente para retornar ao menu de configuração. Pressionar longamente o manípulo do codificador pode ser usado para retornar ao modo de espera e salvar os parâmetros na EEPROM.

dica:você deve carregar os parâmetros padrão antes de usar o controlador pela primeira vez ou depois que uma nova versão secundária do software for exibida.

Os esquemas de leituras do sensor

O esquema de leitura do sensor deste controlador depende do tipo de sensor térmico do ferro de solda:termistor ou termopar. Ambos os esquemas são combinados em uma imagem abaixo.

Em ambos os esquemas, é usado o amplificador operacional preciso MCP602 que implementa a tecnologia rail-to-rail. Este amplificador aumenta significativamente a precisão das leituras de temperatura e produz voltagem quase total fornecida ao pino de saída. Portanto, o intervalo de leituras no pino A0 é 0-1023. Você pode substituir o amplificador mcp602 por seu analógico. O uso de um amplificador operacional preciso permite que o controlador mantenha a temperatura do ferro dentro do intervalo menor.

No caso da variante do termopar do cabo de ferro, ambos os jumpers JP1 e JP2 devem estar abertos e devem ser fechados no caso do cabo do termistor.

Se o cabo de ferro implementa o termistor, a resistência do sensor aumenta de cerca de 50 Ohm quando está frio para cerca de 200 Ohm quando a temperatura do ferro de solda chega a 400 graus Celsius. Se a alça de ferro implementa o termopar, a voltagem gerada aumenta de zero na temperatura ambiente para 9 mV quando o ferro de solda atinge 400 graus Celsius. Em qualquer caso, outro cabo de ferro pode ter os parâmetros diferentes, então decidi usar um potenciômetro multivoltas para ajustar o amplificador MCP602. Pela primeira vez este potenciômetro deve ser ajustado da seguinte maneira:quando o ferro está a 400 graus Celsius, a tensão de saída deve ficar próxima a 5 volts (leitura do pino A0 no Arduino em torno de 900). Para simplificar o procedimento de configuração inicial, o modo de ajuste é implementado no software do controlador. O modo de sintonia pode ser executado a partir do menu de configurações.

Configuração inicial do controlador

Você precisa de um termômetro externo para calibrar o controlador. Não se esqueça de carregar o parâmetro padrão do controlador do menu de configuração .

No esboço do programa, presume-se que o intervalo de temperatura de trabalho do ferro de solda é 180-400 graus Celsius. É possível alterar este intervalo editando constantes no esboço do programa antes de planejar o ajuste do controlador.

O potenciômetro multivoltas de 500k deve ser ajustado para que o amplificador operacional receba o sinal correto do ferro de solda. Para simplificar o procedimento de configuração inicial do controlador, o modo de ajuste é implementado.

Selecione o item de menu 'sintonizar' no menu de configuração. O ferro começa a aquecer. O controlador exibe as leituras de temperatura do pino A0 nas unidades internas (0-1023) neste modo. Girando o codificador, você pode ajustar a potência para manter a temperatura do ferro em 400 graus centígrados (use um termômetro externo). No início, você pode aumentar a potência fornecida para o valor máximo para acelerar o aquecimento do ferro e, em seguida, diminuir a potência para manter a temperatura nos 400 graus. Agora gire a alça do potenciômetro multivoltas para obter as leituras do sensor perto de 900. Certifique-se de que esta leitura não seja a máxima, gire o registro da variável e obtenha 930-950, depois volte para 900. É importante porque o controlador deve ser capaz de medir a temperatura superior a 400 graus centígrados.

Quando o registro da variável for ajustado, pressione e segure a alça do codificador por cerca de 2 segundos. O procedimento de configuração inicial agora está completo.

O aquecedor de ferro de solda

A principal característica da segunda geração do controlador é o sinal PWM de alta frequência usado para aquecer o ferro. Infelizmente, o gerenciamento do sinal de alta frequência no transistor MOSFET requer elementos extras nos esquemas. Este tópico do fórum explica o problema em detalhes. Resumindo, o MOSFET possui capacitância na porta que requer tempo para carregar ou descarregar. Para aumentar a velocidade do MOSFET (irfz44n), o driver de dois transistores é implementado em transistores bipolares. Você pode usar outro par de transistores bipolares.

O diodo Zener (D2, 15V) é usado para limitar a tensão do Gate (Vgs) do MOSFET enquanto ele está aberto porque a tensão da fonte de alimentação é maior do que o valor máximo da tensão do mosfet vgs. O diodo FR107 remove a energia do ferro quando o MOSFET é fechado. Você pode substituir este diodo por outro, mas deve usar um diodo de recuperação rápida.

A resistência do elemento aquecedor de ferro frio é muito baixa e algumas fontes de alimentação de notebooks podem se recusar a funcionar. O controlador apenas reinicia e o ferro permanece frio neste caso. Para evitar esta situação, o capacitor de 1000uF é implementado logo após a entrada de 24 V (veja o esquema completo do controlador).

Calibrar o ferro de soldar

O controlador lê a temperatura em unidades internas (0-1023) lendo a tensão no pino A0 Arduino. É conveniente usarmos unidades legíveis por humanos, como graus Celsius ou Fahrenheit. O controlador possui parâmetros padrão que permitem traduzir as leituras de temperatura interna em unidades legíveis por humanos. Mas o ferro de solda poderia ser diferente então o procedimento de calibração implementado no controlador. Existem três pontos de referência para calibração do ferro de solda:200, 300 e 400 graus Celsius. O controlador salva as leituras internas para esses três pontos de referência e os usa para converter a temperatura da leitura interna em valores legíveis por humanos.

Selecione 'calib.' item de menu do menu de configuração para iniciar o processo de calibração. Selecione o ponto de calibração desejado na lista do menu (200, 300 ou 400) e ligue o ferro pressionando o manípulo do codificador. O ferro de soldar começa a aquecer. O algoritmo PID permite atingir a temperatura desejada em um curto espaço de tempo. Quando a temperatura do ponto de referência for atingida, o controlador 'bipa' indicando que está pronto para verificar a temperatura pelo sensor externo. Espere um pouco deixando a temperatura estabilizar e depois verifique a temperatura real do ferro de solda por sensor externo (termopar). Em seguida, gire a alça do codificador rotativo e selecione a temperatura real do ferro. Pressione levemente a alça do codificador. O controlador salva a temperatura real para o ponto de referência. Selecione a próxima temperatura de referência e repita o procedimento. Você pode calibrar a temperatura de referência mais uma vez, selecionando o ponto de referência desejado. Você pode configurar qualquer ponto de referência várias vezes. Cada vez que você salva a temperatura real para o ponto de referência, o controlador atualiza a fórmula de tradução. Isso permite calibrar o ferro de forma mais precisa. Quando terminar a calibração, pressione longamente a manopla rotativa do codificador. Agora o controlador salvou novos valores para todas as temperaturas de referência que você selecionou.

Recurso de desligamento automático

O recurso de desligamento automático foi implementado na segunda geração do controlador. Este foi um grande desafio porque a alça do ferro não tem sensor de choque ou outra maneira de verificar corretamente se o ferro está em uso agora ou apenas está deitado sobre a mesa. A ideia principal era usar o valor da potência fornecida ao ferro. No estado inativo, o controlador diminuiu a potência para o valor mínimo para manter a temperatura predefinida. Infelizmente, as dispersões matemáticas da temperatura e da energia fornecida não são constantes no estado inativo e podem desviar periodicamente. Ajustando os parâmetros do algoritmo PID, estabilizei as leituras e minimizei as duas dispersões. Agora, o controlador no estado inativo mantém a dispersão da temperatura o mais baixa possível. O critério de uso do ferro é que a potência foi ligeiramente incrementada a partir do menor valor registrado. Este algoritmo foi testado por um tempo e pode ser usado para o recurso de desligamento automático.

Esta solução não é muito confiável, portanto, você pode desativar esse recurso se algo estiver errado. Além disso, o esboço contém a classe para depurar e ajustar os parâmetros PID manualmente.

Você pode implementar outra alça de ferro em sua versão do controlador, a alça pode ter o sensor de choque ou similar para distinguir com certeza o estado de inatividade.

Esboço para display 1602

Existem algumas dificuldades para obter o display 0802 em alguns países. Portanto, outro esboço foi lançado para oferecer suporte à exibição de 1602. O esboço está disponível na distribuição do github. Ou você pode usar outro projeto brilhante de Manoj, que criou esquemas no editor Eagle e criou PCB para simplificar o processo de soldagem.

Sobre a tradução de temperatura e diferentes tipos de sensores

Para exibir a temperatura em unidades legíveis por humanos (Celsius ou Fahrenheit) IRON_CFG ::tempHuman () é implementado no esboço. Como foi dito acima, o controlador lê a temperatura do ferro nas unidades internas (tensão no pino analógico A0). O procedimento de calibração permite medir a temperatura real em torno de três pontos de referência (200, 300 e 400 graus Celsius). O método mencionado (tempHuman ()) usa interpolação linear de temperatura usando dois pontos de referência que reduzem e aumentam as leituras atuais de temperatura do ferro. Mas, há ainda outro ponto não calibrado:a temperatura ambiente. Quando a temperatura do ferro é inferior a 200 graus Celsius, o controlador interpola a temperatura real em dois pontos:temperatura ambiente e 200 graus. A temperatura ambiente é definida nas linhas 244 e 245 do esboço. Esses valores podem ser ajustados para o seu caso. Como você pode ver, esses valores presumem que você usa o termistor como sensor de temperatura do ferro (a temperatura ambiente é 350 em unidades internas). Certamente, se você estiver usando o ferro com termopar, altere esse valor para 0.

Conclusão

É um grande prazer usar o ferro de solda controlado. Está aquecendo rapidamente e mantém a temperatura adequada para a situação. Esta versão é silenciosa.