Паяльная станция на атмега8. Паяльная станция на ATmega8: пошаговая инструкция по созданию профессионального инструмента своими руками — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как собрать паяльную станцию на микроконтроллере ATmega8. Какие компоненты понадобятся для сборки. Как спроектировать электрическую схему паяльной станции. Как собрать корпус и печатную плату устройства. Как запрограммировать микроконтроллер для управления паяльной станцией.

Содержание

Почему стоит сделать паяльную станцию своими руками

Создание паяльной станции своими руками имеет ряд преимуществ по сравнению с покупкой готового устройства:

Полный контроль над комплектующими и качеством сборки
Возможность кастомизации под свои нужды
Экономия средств при сохранении высокого качества
Получение ценного опыта в электронике и программировании
Гордость за самостоятельно созданный инструмент

Несмотря на большой выбор недорогих паяльных станций на рынке, они часто имеют недостатки в дизайне или качестве компонентов. Создавая станцию самостоятельно, вы получаете полный контроль над процессом и результатом.

Необходимые компоненты для сборки паяльной станции

Для создания паяльной станции на базе микроконтроллера ATmega8 понадобятся следующие основные компоненты:

Микроконтроллер ATmega8
Преобразователь напряжения 24В 50-60Вт
ЖК-дисплей HD44780 16×2
Поворотный энкодер
МОП-транзистор IRF540N
Операционный усилитель LM358N
Стабилизатор напряжения LM7805
Паяльник HAKKO 907 или его аналог
Корпус для станции
Печатная плата 100×150 мм
Радиоэлементы (резисторы, конденсаторы и др.)

Полный список компонентов с рекомендуемыми номиналами приведен в оригинальной инструкции. Большинство деталей можно заказать на китайских торговых площадках по доступным ценам.

Проектирование электрической схемы паяльной станции

Электрическая схема паяльной станции состоит из нескольких ключевых блоков:

Блок питания на основе преобразователя 24В
Схема управления нагревательным элементом паяльника

Микроконтроллер ATmega8 с обвязкой
ЖК-дисплей и органы управления

Рассмотрим основные особенности схемы:

Для питания логических элементов используется вторичная обмотка трансформатора на 9В, с последующим понижением до 5В через стабилизатор LM7805
Управление нагревом осуществляется через ШИМ-сигнал с микроконтроллера на МОП-транзистор IRF540N
Для измерения температуры жала используется операционный усилитель LM358N
Предусмотрены дополнительные разъемы для возможных будущих модификаций (второй паяльник, фен и т.д.)

При проектировании схемы важно учесть особенности используемого паяльника. Для HAKKO 907 и его качественных аналогов характерны следующие параметры:

Сопротивление нагревательного элемента: 3-4 Ом

Сопротивление термистора при комнатной температуре: 50-55 Ом
Сопротивление между жалом и ESD-заземлением: менее 2 Ом

Сборка корпуса и подготовка компонентов

Процесс сборки корпуса паяльной станции включает следующие этапы:

Выбор подходящего корпуса с учетом размеров всех компонентов
Разметка и вырезание отверстий под дисплей, регулятор, кнопки и разъемы
Установка разъема для подключения паяльника
Монтаж ЖК-дисплея и органов управления на переднюю панель
Установка разъема питания и выключателя на заднюю панель

При выборе корпуса рекомендуется взять модель с запасом по объему. Это позволит в будущем добавить дополнительные функции, например, подсветку рабочей зоны или второй паяльник.

Для удобства монтажа компонентов можно использовать шлейфы от старой компьютерной техники (например, от флоппи-дисковода). Это упростит подключение дисплея и других элементов управления.

Изготовление и монтаж печатной платы

Печатная плата является ключевым элементом паяльной станции. Ее можно изготовить одним из следующих способов:

Заказать изготовление на специализированном производстве
Изготовить методом ЛУТ (лазерно-утюжная технология)
Выфрезеровать на станке с ЧПУ

При самостоятельном изготовлении платы следует учесть несколько моментов:

Использовать двустороннюю фольгированную заготовку для упрощения разводки
Сделать переходные отверстия для соединения слоев
Предусмотреть площадки для монтажа всех компонентов
Обеспечить достаточную ширину дорожек питания

После изготовления платы необходимо внимательно проверить отсутствие замыканий между дорожками и правильность разводки. Затем можно приступать к монтажу компонентов, начиная с самых мелких (резисторов и конденсаторов) и заканчивая крупными (микросхемами и разъемами).

Программирование микроконтроллера ATmega8

Микроконтроллер ATmega8 является «мозгом» паяльной станции. Для его программирования потребуется:

Программатор (например, USBasp)
Среда разработки (Arduino IDE или Atmel Studio)
Прошивка с алгоритмом управления станцией

Основные функции, которые должна выполнять прошивка:

Считывание температуры с термодатчика паяльника
Управление нагревом через ШИМ-сигнал
Реализация ПИД-регулятора для точного поддержания температуры
Обработка сигналов с кнопок и энкодера
Вывод информации на ЖК-дисплей
Реализация дополнительных функций (таймер отключения, режим ожидания и т.д.)

При разработке прошивки рекомендуется использовать готовые библиотеки для работы с ЖК-дисплеем и ПИД-регулятором. Это значительно упростит процесс программирования.

Настройка и калибровка паяльной станции

После сборки и программирования паяльной станции необходимо провести ее настройку и калибровку. Этот процесс включает следующие этапы:

Проверка всех напряжений питания
Калибровка измерения температуры
Настройка параметров ПИД-регулятора
Проверка работы всех режимов и функций

Для калибровки измерения температуры потребуется эталонный термометр. Сравнивая его показания с данными на дисплее станции, можно внести корректировки в программу микроконтроллера.

Настройка ПИД-регулятора — важный этап, влияющий на точность поддержания температуры и скорость нагрева. Оптимальные параметры подбираются экспериментально, наблюдая за поведением системы при различных настройках.

Преимущества и недостатки самодельной паяльной станции

Создание паяльной станции своими руками имеет ряд преимуществ:

Полное понимание устройства и возможность быстрого ремонта

Возможность модификации и добавления новых функций
Экономия средств при сохранении высокого качества
Удовлетворение от создания сложного устройства своими руками

Однако есть и некоторые недостатки:

Необходимость затрат времени на проектирование и сборку
Отсутствие заводской гарантии
Возможные сложности с поиском некоторых компонентов

В целом, создание паяльной станции на базе ATmega8 — отличный проект для тех, кто хочет углубить свои знания в электронике и получить качественный инструмент для работы.

Паяльная станция своими руками на ATMega8

После того, как меня окончательно измучила моя паяльная станция 40 Вт неизвестного происхождения, я решился на создание паяльной станции своими руками профессионального уровня на АТМега8.

На рынке представлена недорогая продукция разных производителей (например, AIOU / YOUYUE и др.). Но у них, как правило, есть какой-то значительный дефект, либо спорный дизайн.

Предупреждаю: эта цифровая паяльная станция нужна, чтобы единственно паять, без лишних украшений типа AMOLED-дисплеев, сенсорных панелей, 50-ти режимов работы и интернет-управления.

Но все же у него будет несколько особенностей, которые вам пригодятся:

неактивный режим (поддерживает температуру 100-150°С, когда паяльник лежит на подставке.
таймер автоматического отключения, чтобы забывчивость не стала причиной пожара.
УАПП для отладки (только для данной сборки).
дополнительные разъемы на плате для подключения второго паяльника или фена.

Интерфейс достаточно прост: я сделал две кнопки, поворотный регулятор и ЖК-дисплей 16х2 (HD44780).

Для чего делать станцию самому

Причин, по которым представленные на рынке станции, не вызывают доверия, несколько: никогда нельзя знать наверняка, что вы приобрели хорошее изделие, до тех пор, пока оно не пройдет полный тест-драйв; пока вы не разберёте станцию, чтобы увидеть и оценить начинку и качество сборки; и, наконец, вы не можете пообщаться с другими владельцами этой же модели, чтобы поделиться впечатлениями и обсудить плюсы и минусы станции из-за того, что многие компании выпускают свою продукцию на рынок под новыми брендами каждые пару лет.

Пару лет назад я приобрел паяльную станцию через интернет, и, хотя работает она до сих пор хорошо, я устал работать с ней из-за дурацкого дизайна (короткий шнур питания, обдув не компрессорный и короткий неотсоединяемый шнур жала). Из-за недочетов в дизайне эту станцию даже на столе переставлять неудобно, корпус крутится вслед за жалом. Нутро было залито термоклеем, неделя ушла только на очистку компонентов и устранение мелких и крупных недостатков.

Крепление шнура подставки паяльника держалось на честном слове, изоляция постоянно сбивалась, а это и разрыв провода, и возможный пожар.

Шаг 1: Необходимые материалы

Список материалов и компонентов:

Преобразователь 24 В 50-60Вт. У моего трансформатора есть вторичная линия 9В, которая пойдет на логические элементы, в то время как первичная линия пойдет на паяльник. Также можете использовать понижающий преобразователь 5В для элементов, и отдельно внутреннее содержимое блока питания 24В для паяльника.

Микроконтроллер ATMega8.
Корпус. Подойдет любая коробка из твердого материала, предпочтительно металлическая, можно взять корпус от блока питания. Можно заказать такой корпус.
Двухсторонняя медная плата 100х150 мм.
Поворотный регулятор от старого кассетного магнитофона. Работает отлично, нужно только заменить колпачок регулятора.
ЖК-дисплей HD44780 16х2.
Радиокомпоненты (резисторы, конденсаторы и т.д.).
Стабилизатор напряжения LM7805 или аналогичный ему.
Радиатор размером не больше корпуса TO-220.
Сменный наконечник HAKKO 907.
МОП-транзистор IRF540N.
Операционный усилитель LM358N.
Мостовой выпрямитель, две штуки.
5-контактное гнездо и штекер к нему.
Выключатель.

Штепсельная вилка на ваш выбор, я использовал разъем от старого компьютера.
Предохранитель 5А и держатель для предохранителя.

Время на сборку – примерно 4-5 дней.

Что касается источника питания, то вы можете сделать вполне жизнеспособные версии/дополнения. Например, можно получить блок питания 24В 3А, использовав LM317 и LM7805, чтобы сбросить напряжение до.
Все детали из этого списка можно заказать с китайских интернет-площадок.

Шаг 2: День первый – продумываем электрическую схему

У паяльника HAKKO 907 много клонов, еще существует две разновидности оригинальных жала (с керамическими нагревательными элементами A1321 и A1322).

Дешевые клоны – примеры ранних копий, с применением ХА-термопары и керамического нагревателя самого паршивого качества, или вовсе с нихромовой катушкой.

Клоны чуть подороже практически идентичны оригинальным HAKKO 907. Определить оригинальность можно по наличию или отсутствию маркировки на оплетке провода бренда HAKKO и номера модели на нагревательном элементе.

Можно также определить подлинность изделия, измерив сопротивление между электродами или проводами нагревательного элемента паяльника.

Оригинал или качественный клон:

Сопротивление нагревательного элемента – 3-4 Ом
Термистор — 50-55 Ом при комнатной температуре
между жалом и ESD заземлением — меньше 2 Ом

Плохие клоны:

На нагревательном элементе – 0-2 Ом для нихромовой катушки, больше 10 Ом для дешевой керамики
на термопаре – 0-10 Ом
между жалом и ESD заземлением – меньше 2 Ом

Если сопротивление нагревательного элемента слишком велико, скорее всего он поврежден. Лучше обменяйте его на другой (если есть возможность) или купите новый керамический элемент A1321.

Питание
Чтобы вы не запутались в схеме, преобразователь на ней изображен как два преобразователя. В остальном схема довольна проста и у вас не должно возникнуть трудностей с ее чтением.

На выходе каждой вторичной линии напряжения устанавливаем мостовой выпрямитель. Я купил несколько выпрямителей 1000 В 2 А хорошего качества. Преобразователь на 24В линии выдает максимум 2А, а паяльнику нужна мощность 50 Вт, получается общая расчетная мощность будет примерно 48 Вт.
К линии вывода 24В подключен сглаживающий конденсатор 2200 мкф 35 В. Кажется, что можно было взять конденсатор емкостью поменьше, но у меня в планах подключение дополнительных приборов к самодельной станции.
Для снижения напряжения питания контрольной панели с 9В до 5В я использовал регулятор напряжения LM7805T с несколькими конденсаторами.

Управление через ШИМ

На второй схеме изображено управление керамическим нагревательным элементом: сигнал с микроконтроллера ATMega идет на МОП-транзистор IRF540N через оптрон РС817.
Значения резисторов на схеме условные, и в окончательной сборке могут быть изменены.
Пины 1 и 2 соответствуют проводам нагревательного элемента.
Пины 4 и 5 (термистор) соединяются с разъемом, к которому подключим операционный усилитель LM358.
К пину 3 подключено ESD заземление паяльника.

Подключения к плате контроллера

Основа паяльной станции – микроконтроллер ATMega8. На этом микроконтроллере достаточно разъемов, чтобы не использовать сдвиговые регистры для входов/выходов и сильно упрощает дизайн устройства.

Три пина ОС для ШИМ дают достаточно каналов для будущих дополнений (например, второй паяльник), а количество каналов АЦП дает возможность контролировать температуру нагрева. На схеме видно, что я добавил дополнительный канал для ШИМ и разъемы для датчика температуры на будущее.

В правом верхнем углу находятся разъемы под поворотный регулятор (А и В для направлений, плюс кнопка-выключатель).
Разъем для ЖК-дисплея разделен на две части: 8 пинов – под питание и данные (пин 8), 4 пина – под настройки контраста/фоновой подсветки (пин 4).

Помимо основных разъемов я добавил 4-хпиновый разъем УАПП для установочной отладки (мы подключим только пины RX, TX и GND).

ISP коннектор не вводим в схему. Для подключения микроконтроллера и его перепрограммирования в любой момент я установил DIP-28 разъем.

R4 и R8 контролируют усиление соответствующих схем (максимально до ста крат).
Какие-то детали будут изменены в ходе сборки, но в целом схема останется такой.

Шаг 3: День 2 – подготовительная работа

Корпус, который я заказал, оказался слишком мал для моего проекта, или компоненты оказались слишком велики, поэтому я заменил его на более вместительный. Минусом стало то, что и размер паяльной станции увеличился соответственно. Зато появилась возможность добавить дополнительные приборы – диодную лампу для комфортной работы, второй паяльник, разъем под жало для пайки припоем или дымоудалитель, и т.д.

Обе платы были скомпонованы в один блок.

Подготовка

Если вам повезло, и вы раздобыли подходящее гнездо для паяльника HAKKO, пропустите два параграфа.
Сначала я заменил родной штекер на паяльнике на новый. Он цельнометаллический и с блокирующей гайкой, это значит, что он всегда будет на своем месте и практически вечный. Я просто отрезал старый 5-типиновый штекер и припаял новый вместо него.

Для разъема сверлим отверстие в стенке корпуса. Проверьте, входит ли разъем в отверстие, и оставьте его там. Остальные компоненты передней панели мы установим позже.

Припаяйте к разъему 5 проводков и смонтируйте 5-типиновый разъем, который пойдет на плату. Затем вырежьте отверстия под ЖК-дисплей, поворотный регулятор и 2 кнопки. Если вы хотите вывести кнопку включения на переднюю панель, под нее тоже нужно вырезать отверстие.

На последней фотографии видно, что для подключения дисплея я использовал шлейф от старого флоппи-дисковода. Это отличный вариант, также можно использовать шлейф IDE (от дисковода жёстких дисков).

Затем подключите 4-хпиновый разъем к поворотному регулятору и если вы установили кнопки, подключите и их.
По углам выреза под дисплей хорошо было бы просверлить 4 отверстия под монтажные маленькие винты, иначе дисплей не будет держаться на своем месте. На заднюю панель я вывел разъем под шнур питания и выключатель.

Шаг 4: День 2 – Делаем печатную плату

Вы можете использовать мой чертеж для печатной платы, или сделать свой, удовлетворяющий вашим требованиям и техническим характеристикам.

Прикладываю ZIP-архив со схемой и топологией печатной платы в Eagle (окончательный вариант) и PDF-файл с верхним и нижним слоями платы.

Примечание: моя плата сделана для ленивых, если вы хотите, можете сделать однослойную плату, можете просто припаять соединительные провода к 5В дорожке/дорожки питания или поиграть с вариантами подключений так, что для работы понадобится только нижний слой платы. Для легкого монтажа/демонтажа я сделал дизайн со сквозными контактами, но с компонентами с поверхностным монтажом и определенными знаниями вы сможете сделать схему раза в два меньше.
На последнем фото схема практически полностью собрана и готова к установке в корпус.

Файлы

SID.zip
control_b.pdf
control_smb.pdf
control_Smt.pdf
control_t.pdf

Шаг 5: День 3 – Завершение сборки и кодировка

На этом этапе обязательно нужно проверить напряжение в ключевых точках вашего агрегата (5VDC, 24VDC выводы и т.д.). Стабилизатор LM7805, МОП-транзистор IRF540 и все активные и пассивные компоненты не должны нагреваться на этом этапе.

Если ничего не нагрелось и не загорелось, можно собирать все компоненты на места. Если ваша передняя панель уже собрана, вам осталось только припаять провода преобразователя, плавкий предохранитель, разъема питания и выключателя.

Шаг 6: Дни 4-13 – Микропрограммное обеспечение

Пока я пользуюсь сырым и непроверенным микропрограммным обеспечением, поэтому я решил отложить его публикацию, пока не напишу самодиагностирующую отладочную подпрограмму. Я бы не хотел, чтобы ваш дом или мастерская пострадали от пожара, поэтому дождитесь окончательной публикации.

Я планирую добавить ПИД-регулирование и несколько дополнительных режимов с фиксированной выходной мощностью. Если вы не хотите ждать пока я выложу программу и решили написать свою, поищите хорошие источники информации на следующие темы:

Дискретные ПИД-регуляторы
Реализация ПИД-регуляторов