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无线电电子与电气工程百科全书 PIC16F887 微控制器上的焊台控制单元。 无线电电子电气工程百科全书
本文讨论了一种自制的焊台微控制器控制单元，包括低压烙铁和工业制造的焊枪。 该装置还可用作以热电偶为传感器的两通道通用温度计和单通道温度控制器。 在业余无线电实践中，经常需要一种方便的微型烙铁来处理小型无线电元件，该烙铁具有低电源电压、可调烙铁头温度和接地的可能性。 后者大大降低了静电损坏电子元件的风险。 文献中已经发表了许多关于烙铁和焊料干燥器（以下简称干燥器）设计的描述，但其中大多数的独立制造需要特殊的设备、合适的材料和大量的时间投入。 然而，如今可以以较低的价格购买现成的、易于使用的烙铁和带有可互换喷嘴的吹风机。 烙铁的设计有两种常见的选择，它们的不同之处在于烙铁头的加热方式和测量温度的方式。 在第一个版本中，加热器覆盖焊棒（如经典电烙铁）。 使用压在其柄上、与尖端相对的热电偶来测量温度。 在此设计中，可靠地保护加热线圈免受机械应力和损坏。 但是，距离实际焊接位置相当远的温度传感器的读数具有明显的惯性。 尖端（刺）的热量需要一段时间才能降低刀柄的温度。 在实践中，这一缺点可以通过焊棒的一定温度裕度及其高热容量来弥补，从而确保焊点的快速加热。 控制系统仅在长时间连续焊接期间修复温度下降并将其返回到设定值，从而增加加热器的功率。 第二种选择的不同之处在于，加热器位于焊棒内部，并且温度传感器在最靠近焊接点的加热器点处压在焊棒上。 这确保了焊接过程中对尖端温度变化的更快响应。 此类烙铁通常使用易碎的陶瓷加热器，当烙铁掉落在坚硬的表面上或受到其他强机械负载，或因散热不均匀而产生内部机械应力时（例如，在使用烙铁时），陶瓷加热器很容易损坏。非标准尖端）。 现代焊台的另一个工作工具是吹风机。 在它的帮助下，印刷电路板的必要部分通过给定力和温度的气流以非接触方式加热到焊料的熔化温度。 吹风机也方便无源电子元件的组焊。 它们预先布置在印刷电路板上，并用一层焊膏覆盖焊接点。 在焊接过程中，由于熔化焊料的表面张力，这些元件在电路板焊盘上自动居中。 吹风机因其可快速焊接和焊接细引线间距的多引脚微电路而受到维修人员的广泛欢迎。 吹风机还非常方便加热热缩管以及用暖风或冷风吹建筑物难以到达的区域。 以前，焊锡烘干机由压缩机提供动力，压缩机位于单独的外壳中，并通过软管将空气供应到烘干机手柄，烘干机手柄中安装了加热器和温度传感器。 对远程压缩机的需求及其高昂的价格阻碍了此类吹风机在无线电爱好者工作场所的普及。 随着内置风扇的吹风机的出现，取消笨重的压缩机已成为可能。
上图。 图 1 显示了来自 Solomon SL-10/30 焊台的拆卸烙铁的照片，其中安装了根据上述第一个选项的温度传感器，以及来自 Lukey 852D + FAN 焊台的吹风机，内置了在风扇中。 正是与他们合作开发了拟议的控制单元。 吹风机前部的金属外壳内安装有镍铬合金加热器和温度传感器。 从设计上来说，该加热器与吹风机中使用的加热器类似。 加热器供电电压为220V，功率约为250W。 吹风机手柄的延伸部分有一个离心风扇，电源电压为 24 V（电流消耗 120 mA）。 我想提请您注意的是，这款吹风机的喷嘴金属部分的外径为25毫米，而不像流行的“压缩机”的喷嘴外径为22毫米。 因此，它需要特殊的喷嘴，而其他喷嘴则需要适配器才能安装。 自制小直径圆形出口喷嘴，如图2所示。 50，作者用一个旧的氧化物电容器K3-20 350 uF，XNUMX V和一个汽车夹制成。
鉴于烙铁和吹风机通常不会同时使用，因此决定通过组合这些工具的控件并使用相同的指示器来显示其温度和操作模式来简化正在开发的块。 主要技术特点
焊台控制单元连接有烙铁和吹风机的方案如图 3 所示。 2. 吹风机中的按钮（如图SB16 所示）未使用。 控制单元基于 PIC887F1 (DD8) 微控制器构建，该微控制器具有 4 位 ADC，并配置为通过频率为 14 MHz 的内置时钟发生器工作。 X15 连接器用于对微控制器进行编程。 陶瓷电容器 C1 和 C40 尽可能靠近微控制器的电源引脚安装。 为了提供声音信号，设计了一个内置发生器HA7的声音发射器，它由来自微控制器引脚3（RBXNUMX）的信号通过晶体管VTXNUMX上的电子钥匙控制。
使用分别安装在热风枪和烙铁内部的热电偶 BK1 和 BK2 测量温度。 Shelter DA1.1 和 DA1.2 放大其热电动势。 热电偶的冷端实际上位于烙铁和吹风机的手柄中；不提供对其温度变化的补偿。 实际上，缺乏这种补偿并不会造成明显的不便，因为焊接通常是在温度变化不大的房间中进行的。 作为微控制器的ADC的示例性电压，使用其电源电压(5V)。 这并没有导致明显的错误。 ADC 外部参考电压输入引脚保持空闲状态，如果需要，可用于连接稳定性更高的外部参考电压源，例如 MCP1541 (4,096 V) 或 MCP1525 (2,5 V) 微电路。 当改变参考电压时，需要适当调整运算放大器DA1.1和DA1.2的增益。 这些系数通过电阻器 R4、R8（针对 DA1.1）和 R6、R9（针对 DA1.2）进行设置。 选择它们时应确保在最高温度下运算放大器输出端的电压不超过 ADC 参考电压值。 如果热电偶电路发生故障（包括与焊料或吹风机中的 X2 和 X3 连接器断开连接时），+2 V 将通过电阻器 R3 和 R12 提供给运算放大器的非反相输入。 R5C1和R7C2电路是抑制高频干扰的滤波器。 电阻器 R10 和 R11 以及微控制器内部的保护二极管可防止 ADC 输入过载。 烙铁加热器功率控制是使用 PWM 微控制器硬件模块来组织的。 它在引脚 17 (RC2) 处生成可变占空比脉冲。 他们使用场效应晶体管 VT1 上的强大按键来打开和关闭加热器，从而改变其消耗的平均功率。 使用软件中实现的 PWM 来改变提供给吹风机风扇的电压平均值。 来自微控制器引脚 16 (RC1) 的脉冲通过场效应晶体管 VT1 上的按键馈送到风扇电机 M2。 通过周期性地跳过一定数量的电源电压周期来调节吹风机加热器功率。 控制信号由单片机在引脚10（RE2）处产生，通过diistor光耦U1进入加热器电源电路，配有一个导通同步单元，其输出电路电压过零时刻，和双向可控硅 VS1。 HL1 LED 旨在直观地控制吹风机加热器的操作。 该模块使用四位七元件 LED 指示器 HG1 - RL-F5610GDAW / D15，每个类别的元件具有公共阴极。 元件的阳极通过限流电阻R1-R24连接到微控制器DD31的D端口，选择限流电阻使得在显示任何符号时流过D端口所有引脚的总电流不超过90mA。 指示器放电的共阴极根据单片机RC5-RC8引脚产生的信号来切换晶体管VT4-VT7上的按键。 HL4-HL11 LED 包含在通用动态指示系统中，作为附加第五位的元件，由 VT9 晶体管根据微控制器 RC3 输出处的信号打开。 HL4 LED 用于指示是否包含吹风机，HL5 是备用 LED，应该在改进设备时使用。 LED HL6-HL11 形成一个离散刻度，一次打开一个，并以 1/6 全功率为步长显示烙铁加热器（或吹风机，如果已打开）的当前设置功率级别。 较高的功率对应于具有较低位置编号的 LED。 U2是交流电源220 V到直流24 V的转换器，使用功率为65 W的现成开关电源PS-24-1 [65]。 氧化物电容器 C5 放置在其旁边，从该电容器有单独的电线连接到每个 24 V 电压消耗器。为了从中获得 12 V 电压，MC33063 (DA2) 芯片上的脉冲 DC-DC 降压转换器使用的方法与[2]和[3]中描述的类似。 选择分压器 R17R19 是为了在转换器的输出端维持 12V 的电压。它的存在通过 HL2 LED 的发光来指示。 此外，集成线性稳压器 DA3 将电压升至 5V，这是为微控制器 DD1 供电所必需的。 通过按下按钮SB220，将2V电源电压提供给电源单元U1。 初始化后的微控制器程序将其输出 RE0（引脚 8）设置为高逻辑电平，从而打开晶体管 VT4。 电容C9保证在晶体管打开的瞬间向继电器绕组提供12V的全电压并使其可靠工作。 电容器充电完成后，流经绕组的电流减小至电阻R23限制的值，这仅保证继电器衔铁保持在触发状态。 HL3 LED 指示继电器线圈上已施加电压。 触发的继电器 K1 及其触点 K1.1 绕过按钮 SB1。 现在可以释放，控制单元电源将保持接通，直到单片机关闭VT4晶体管。 接通电源后，指示灯HG1短暂显示程序版本号，并发出声音信号。 打开烙铁操作模式，可平稳预热至之前设置的温度并记录在微控制器的 EEPROM 中。 当前温度值显示在 HG1 指示灯上，并且使用 HL6-HL11 LED 显示烙铁的供电电平。 为了避免热冲击，在温度达到 100 °C 之前，功率水平限制为最大值的 40%，在 100 ... 300 °C 范围内最高为 80%。 这会增加达到工作温度的时间，但会延长烙铁的使用寿命。 当达到设定温度时，它稳定在该水平。 通过旋转编码器旋钮S1，可以改变温度。 当按下SB3按钮时，HL4 LED亮起，烙铁切换到温和模式（温度降至150°C），吹风机风扇打开，然后加热器打开。 来自吹风机的气流温度按照类似于加热烙铁的算法升高。 通过旋转编码器旋钮 S1 设置所需的温度。 按下该旋钮一次后，可以通过转动旋钮来调节气流强度。 再次按下SB3按钮，吹风机的加热器关闭，烙铁切换到工作模式。 吹风机的风扇将继续运转，直至气流温度降至60°C。 之后，它将自动关闭。 连续按下编码器按钮，HG1 指示灯上依次显示以下参数名称：
微控制器程序使用系数A0和A1根据ADC运算得到的数字N来确定烙铁头的温度或吹风机提供的气流，该数字与热电功率线性相关相应的热电偶。 温度 T（摄氏度）由以下公式计算 T = A0 + A1N。 旋转编码器旋钮时，所选参数的值会发生变化，并以闪烁形式显示在指示器上，而不是其名称。 如果几秒钟内没有旋转或按下旋钮，指示器将返回烙铁温度或吹风机风量的当前值。 当按下SB5按钮时，微控制器将当前参数值保存在非易失性存储器中，关闭烙铁和吹风机的加热器。 如果此时吹风机处于活动状态，则用冷空气吹加热器，直到其出口处的水流温度降至 60°C，之后微控制器在 RE0 输出处设置低电压电平。 晶体管 VT4 闭合，继电器 K1 打开其触点，将控制单元与电源断开。 按钮 SB4 - 保留。 它可用于改进和扩展块的功能。 可以使用任何其他开关或变压器电源装置代替焊台控制装置的 PS-65-24 (U2) 电源，该装置在至少 24 A 的负载电流下提供稳定的 2 V 直流电压。如果将单元用作 U2，除了 +24 V 电压输出外，还具有另一个 +12 V 电压且允许负载至少为 300 mA，则可以从设备中排除 MC33063AP1 芯片上的降压转换器。 如果使用该转换器，则可以将其中的MC33063AP1芯片替换为MC34063AP1。 继电器 K1、光耦合器 U1 和双向可控硅 VS1 位于单独的印刷电路板上。 这对于最大限度地去除 220 V 供电的低压电路是必要的。 使用了带有 112 V 绕组的 WJ1-12A 继电器，而另一种带有触点的继电器是合适的，该触点设计用于切换至少 250 V 的交流电压，电流不小于控制单元和吹风机加热器消耗的电流。 如果选择标称线圈电压为 24 V 的继电器，则必须使用该电压源为其供电。 您可以使用任何可以直接控制允许电压至少为 3063 V 的三端双向可控硅开关元件的光耦合器来代替 MOC600 光耦合器。为了不增加网络中产生的干扰水平，建议选择具有以下功能的光耦合器：用于控制施加到其输出的电压从零过渡的节点。 绝缘塑料外壳中的 BT138X-600 三端双向可控硅开关元件可替换为传统 TO-138 外壳中的类似 BT600-220，带有金属法兰或另一种在关闭状态下可承受至少 600 V 电压的元件，并且导通状态电流至少为6A。双向可控硅在控制单元中工作，无需散热器。 按钮SB1、SB3-SB5为DS-502类型，但可以用其他方便安装的按钮代替。 SB1 按钮的设计必须能够承受至少 250 V 的开放触点之间的交流电压，并能承受开关电源 U2 的浪涌电流。 请务必确保所选设备具有限制浪涌电流的热敏电阻。 如果没有，请务必与 SB1 按钮串联或在电源本身中安装一个冷阻为 5 ... 10 欧姆的热敏电阻（例如，SCK-052 或 SCK-101）。 使用的编码器 ED1212S-24C24-30F - 带有每转 12 个脉冲的机械触点和内置按钮。 可以使用另一种，包括带有相应电源单元和输出脉冲生成的光学编码器。 RL-F5610GDAW/D15 指示器可以替换为任何其他具有每个类别元件共阴极的 LED，例如 KEM-5641。 控制单元使用市售的 Z-1 外壳。 它的前面板已被透明的、切割的聚碳酸酯板取代。 反面则压有用于喷墨打印的透明薄膜，上面印有前面板的设计。 该面板具有 SB1、SB3-SB5 按钮和插座，用于连接烙铁（X2 - 五针 DIN 41524 或 ONTS-VG-4-5 / 16-R，也称为 SG-5）和吹风机（X3） - 八针 DIN 45326 或 ONTS-VG-5-8/16-R）。 这些连接器的描述可以在 [4] 中找到。 透明面板后面是一块带有 HG1 指示灯和 LED 的板。 模块与烙铁和吹风机的外观如图 4 所示。 XNUMX.
如果焊台控制单元组装正确并且微控制器编程完毕，它会立即开始工作，您只需设置烙铁和吹风机的系数A0和A1。 为此，在使用编码器通电后，立即将 HG1 指示器上的温度设置为低于室温。 然后，按下编码器按钮，选择烙铁系数 A0 的设置，并通过更改它，指示器显示房间中的当前温度。 然后，进行系数A1的设置，通过旋转编码器旋钮，在指示器上获得其值1,0。 之后，将示例性温度计的热电偶或其他传感器固定在烙铁的尖端上。 最好使用一些导热性不好的材料将带有外部传感器的刺与环境隔离，同时遵守消防安全要求。 使用编码器在HG1指示器上设置一些不是很高的温度（例如100°C），并等待参考温度计读数稳定。 如果显示温度高于设定值，则应减小系数A1的值，否则应增大系数A5的值。 通过选择该系数，他们可以确保测量的示例温度计与设定温度之间的差异不超过 XNUMX°C。 尖端温度不应升至 300 ... 400 °C 以上（根据标准温度计）。 如果发生这种情况，您应该检查运算放大器 DA1.2 输出端的电压，如有必要，选择其增益，以便在烙铁可能的最高温度下，运算放大器的输出电压不会超过微控制器ADC的参考电压。 最后，建议设置大多数焊接应完成的烙铁头温度并重新选择 A1 系数。 类似地，选择吹风机的系数A0和A1。 在这种情况下，气流的强度被设置为中等并且示例性温度计的温度传感器被放置在距吹风机的喷嘴1cm的距离处。 选择所有系数后，焊台即可运行。 通过所描述的控制单元，您可以使用任何带有内置热电偶和低压加热元件的烙铁。 吹风机必须配备电压为 220 V 的加热元件以及内置热电偶。 您还应确保吹风机风扇设计为在 24 V 电压下运行。 3 没有标准化，可能会有所不同。 有时有带有热敏电阻作为温度传感器的烙铁和吹风机。 如果不对其测量路径（DA1 芯片上的节点）进行重大更改并调整微控制器程序，就不可能将它们与所描述的控制单元一起使用。 所考虑的设计的另一种应用是双通道温度计，适用于任何带有热电偶形式的传感器和单通道温度控制器的物体。 如果不需要温度控制，那么设置系数A0和A1后，可以去掉编码器。 控制单元单片机程序可下载 来自 ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/10/ps01.zip。 文学
作者：S. Krushnevich
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