Конструкция инфракрасной паяльной станции на ARDUINO претерпела ряд изменений в сравнении с изначальной задумкой. Все конструктивные решения были приняты в ходе практических испытаний. Уверен, что это ещё не окончательная итерация данного проекта.

Изначально, силовую часть планировалось реализовать в одном блоке с микроконтроллером и электроникой измерения температуры с термопар, но от данного решения пришлось отказаться, потому что уровень помех (выделены на рисунке 1 красным) от процесса включения и выключения мощной нагрузки значительно влиял на высокочувствительные усилители термопар на операционных усилителях AD8495 (фото 1, 2).

На рисунке 2 представлен график термопрофиля после разнесения печатных плат управления мощной нагрузкой от печатных плат микроконтроллера и операционных усилителей термопар. Как видно, «колебания» температуры практически исчезли.

Советую Вам при проектировании своей собственной инфракрасной паяльной станции сразу же предусмотреть разнесение силовых цепей нагрузки от слаботочных цепей управления. Это сэкономит уйму времени и нервов. В своей конструкции я разместил печатные платы управления мощностью верхнего и нижнего нагревателей в алюминиевый корпус нижнего нагревателя.

Блок управления благополучно занял пространство старого корпуса от компьютерного блока питания (фото 3). В качестве основы для крепления печатных плат Arduino UNO и ОУ усилителей термопар была использована распаянная печатная плата блока питания (фото 4).

В корпусе нижнего нагревателя были реализованы выключатель питания от сети 220 Вольт и переключатель рабочих секций нагревателя (положение «1»-работают 6 ламп, положение «2» — только левые 3). Рабочая поверхность выбирается исходя из размера нагреваемого объекта (фото 5). На задней стенке корпуса нижнего нагревателя размещены: радиатор охлаждения симистора и полевого транзистора регуляторов мощности нижнего и верхнего нагревателей (фото 7), а также разъемы питания и управления (фото 6).

Верхний нагреватель является съёмным — смонтирован на штативе от фотоувеличителя (фото 8). Местом соединения штатива и корпуса нижнего нагревателя является штатный фланец, снятый с фотоувеличителя (фото 9).

Инфракрасная паяльная станция (рис. 3) на 50% состоит из готовых модулей, которые можно приобрести на AliExpress. Исключением являются платы управления мощностью нижнего и верхнего нагревателя (фото 8).

Внимание! Регуляторы мощности необходимо изготовить самостоятельно, поскольку использование твердотельных реле в данной конструкции НЕ ПРЕДУСМОТРЕНО!

Возможности моей ИК-паяльной станции на данной стадии разработки:

1. Имеется два независимых автоматических трёхшаговых термопрофиля: для свинецсодержащего припоя — AUTO Pb+, и для безсвинцового припоя — AUTO Pb- (фото 10) . Каждый шаг настраивается вручную непосредственно с блока управления станции (фото 11, 12). По окончании времени отработки термопрофиля или при достижении максимальной температуры пайки по термопрофилю, предусмотрена функция подачи звукового сигнала и автоматического отключения нагревателей (фото 13).

2. Режим ручного управления паяльной станции (MANUAL CONTROL)– мощность верхнего и нижнего нагревателей регулируется при помощи энкодера на лицевой панели блока управления. Предусмотрена функция независимого отключения нагревателей. На протяжении всего времени работы в ручном режиме, программа непрерывно опрашивает значения температур с термопар и выводит полученные значения на дисплей. Также выводятся значения мощности для верхнего и нижнего нагревателей, выраженные в процентах, и статус их работы (ON/OFF) (фото 14).

3. В процессе работы в автоматическом режиме, значения с термопар непрерывно поступают в виртуальный COM-порт. Полученные результаты можно просмотреть в виде графика в любой программе, поддерживающей опрос COM-порта и умеющей строить график зависимости полученного значения от времени. Для этих целей была использована программа — SerialPortPlotter (найдёте в архиве с файлами проекта). Полученные таким образом графические термопрофили работы паяльной очень сильно упростили настройку коэффициентов ПИД-регулятора (см. рис. 2).

Стоит также отметить, что автоматические режимы (Pb+ и Pb-) реализованы на трёхшаговом нагреве. Каждый шаг настраивается независимо от двух других. Такое решение позволяет достаточно гибко реализовать настройку термопрофиля в целом.

Доработки инфракрасной паяльной станции на arduino в версии 2.1

4. Реализована регулировка мощности верхнего и нижнего нагревателей при помощи датчика нуля. Данное решение, является классическим для силовых схем с переменнным током. В моей реализации передний фронт импульса строго привязан к переходу синусоиды через ноль, а его длительность изменяется при помощи 8-битного таймера Timer2 микроконтроллера Atmega328p, установленного на печатной плате ArduinoUNO. Обращаю внимание, что для других микроконтроллеров настройка будет другой! В процессе реализации своей идеи, аппаратного управления ШИМ с привязкой к переходу синусоиды через ноль, пришлось использовать настройку таймера через регистры.

На осциллограммах показаны сигналы с выхода датчика перехода через ноль и сформированный ШИМ (рис. 4). Из-за особенности схемотехники регуляторов мощности низкий логический уровень на входе регулятора соответствует максимальной мощности в нагрузке. А также, осциллограмма сигнала на нагревателе (рис. 5).

5. Реализована функция программной корректировки показаний температуры с термопар в пределах -25…+25 градусов Цельсия (фото 15, 16).

6. Меню блока управления адаптировано под жидкокристаллический символьный LCD 1602 на контроллере HD44780 или аналогичном. Выбор дисплея производится установкой 0 или 1 напротив #define LCD_SELECT в скетче паяльной станции.