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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Unité de contrôle de la station de soudage sur le microcontrôleur PIC16F887. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radio-amateur Technologies L'article traite d'une unité de commande de microcontrôleur fabriquée par nos soins pour une station de soudage, qui comprend un fer à souder basse tension et un pistolet à souder de fabrication industrielle. L'unité peut également être utilisée comme compteur de température à usage général à deux canaux avec des thermocouples comme capteurs et comme régulateur de température à canal unique. Dans la pratique de la radio amateur, on a très souvent besoin d'un fer à souder miniature pratique pour travailler avec de petits composants radio, qui a une faible tension d'alimentation, une température de pointe réglable et la possibilité de le mettre à la terre. Ce dernier réduit considérablement le risque d'endommagement des composants électroniques par l'électricité statique. De nombreuses descriptions de conceptions de fers à souder et de sécheurs à souder (ci-après dénommés sécheurs) ont été publiées dans la littérature, mais la fabrication indépendante de la plupart d'entre eux nécessite un équipement spécial, des matériaux appropriés et un investissement en temps important. Cependant, il est aujourd'hui possible d'acheter des fers à souder et des sèche-cheveux prêts à l'emploi et faciles à utiliser avec des buses interchangeables pour un petit prix. Il existe deux options courantes pour la conception des fers à souder, qui diffèrent par la manière dont la pointe est chauffée et sa température est mesurée. Dans la première version, l'élément chauffant recouvre la baguette de soudure (comme dans les fers à souder électriques classiques). La température est mesurée à l'aide d'un thermocouple pressé contre sa tige, à l'opposé de la pointe. Dans cette conception, le serpentin de chauffage est protégé de manière fiable contre les contraintes mécaniques et les dommages. Mais les lectures du capteur de température, éloigné à une distance considérable du lieu réel de la soudure, ont une inertie notable. Il faut un certain temps pour que l'évacuation de la chaleur de la pointe (piqûre) réduise la température de la tige. En pratique, cet inconvénient est compensé par une certaine marge de température de la tige et sa capacité calorifique élevée, ce qui assure un échauffement rapide du point de soudure. Le système de contrôle fixe la baisse de température uniquement pendant une longue soudure continue et la ramène à la valeur définie, augmentant la puissance donnée au réchauffeur. La deuxième option diffère en ce que le réchauffeur est situé à l'intérieur de la tige et que le capteur de température est pressé contre celui-ci au point de chauffage le plus proche du point de soudure. Cela garantit une réponse plus rapide aux changements de température de la pointe pendant le processus de soudage. Ces fers à souder utilisent généralement un élément chauffant en céramique fragile, qui est facilement endommagé lorsque le fer à souder tombe sur une surface dure ou en cas d'autres fortes charges mécaniques, ou de contraintes mécaniques internes résultant d'une évacuation inégale de la chaleur (par exemple, lorsque vous travaillez avec une pointe non standard). Un autre outil de travail d'une station de soudage moderne est un sèche-cheveux. Avec son aide, les sections nécessaires de la carte de circuit imprimé sont chauffées sans contact à la température de fusion de la soudure par un flux d'air d'une force et d'une température données. Le sèche-cheveux est également pratique pour le soudage groupé de composants électroniques passifs. Ils sont préalablement disposés sur une carte de circuit imprimé, recouvrant les points de soudure d'une couche de pâte à souder. Pendant le processus de soudure, ces composants s'auto-centrent sur les plots de la carte en raison des forces de tension superficielle de la soudure fondue. Le sèche-cheveux a acquis une grande popularité parmi les réparateurs, car il peut être utilisé pour souder et souder rapidement des microcircuits multibroches avec un pas de plomb fin. Le sèche-cheveux est également très pratique pour chauffer les gaines thermorétractables et pour souffler de l'air chaud ou froid dans les zones difficiles d'accès des structures. Auparavant, les sécheuses à souder étaient alimentées par un compresseur, qui était situé dans un boîtier séparé et fournissait de l'air via un tuyau à la poignée de la sécheuse, dans laquelle un réchauffeur et un capteur de température étaient installés. La nécessité d'un compresseur à distance et son prix élevé ont entravé la diffusion de tels sèche-cheveux sur le lieu de travail des radioamateurs. Avec l'avènement des sèche-cheveux avec ventilateurs intégrés, il est devenu possible de se passer de compresseurs encombrants.
Sur la fig. 1 montre une photographie d'un fer à souder démonté d'une station de soudage Solomon SL-10/30 avec un capteur de température installé selon la première des options décrites ci-dessus, et un sèche-cheveux d'une station de soudage Lukey 852D + FAN avec un intégré- en ventilateur. C'est pour travailler avec eux que l'unité de contrôle proposée a été développée. Un radiateur en nichrome et un capteur de température sont installés dans le boîtier métallique à l'avant du sèche-cheveux. De par sa conception, le radiateur est similaire à ceux utilisés dans les sèche-cheveux. La tension d'alimentation du radiateur est de 220 V, la puissance est d'environ 250 W. Dans la partie étendue de la poignée du sèche-cheveux se trouve un ventilateur centrifuge avec une tension d'alimentation de 24 V (consommation de courant 120 mA). Je voudrais attirer votre attention sur le fait que le diamètre extérieur de la partie métallique de la buse de ce sèche-cheveux est de 25 mm, contrairement aux "compresseurs" populaires avec un diamètre de buse extérieur de 22 mm. En conséquence, il nécessite des buses spéciales, tandis que d'autres nécessitent l'installation d'un adaptateur. Une buse faite maison avec une sortie ronde de petit diamètre, illustrée à la fig. 2, l'auteur a fabriqué à partir d'un ancien condensateur à oxyde K50-3 20 uF à 350 V et une pince de voiture.
Étant donné qu'un fer à souder et un sèche-cheveux ne sont généralement pas utilisés en même temps, il a été décidé de simplifier le bloc en cours de développement en combinant les commandes de ces outils et en utilisant les mêmes indicateurs pour afficher leur température et leur mode de fonctionnement. Principales caractéristiques techniques
Le schéma de l'unité de commande de la station de soudage avec un fer à souder et un sèche-cheveux connecté est illustré à la fig. 3. Le bouton du sèche-cheveux, indiqué sur le schéma SB2, n'est pas utilisé. L'unité de contrôle est construite sur la base du microcontrôleur PIC16F887 (DD1), qui dispose d'un ADC à dix bits et est configuré pour fonctionner à partir du générateur d'horloge intégré avec une fréquence de 8 MHz. Le connecteur X4 est prévu pour la programmation du microcontrôleur. Les condensateurs céramiques C14 et C15 sont installés le plus près possible des broches d'alimentation du microcontrôleur. Pour fournir des signaux sonores, un émetteur de son avec un générateur intégré HA1 est conçu, qui est contrôlé par des signaux provenant de la broche 40 (RB7) du microcontrôleur via une clé électronique sur un transistor VT3.
La température est mesurée à l'aide des thermocouples BK1 et BK2, installés respectivement à l'intérieur du pistolet à air chaud et du fer à souder. Les abris DA1.1 et DA1.2 amplifient leur thermoEMF. Les jonctions froides des thermocouples sont physiquement situées dans les poignées du fer à souder et du sèche-cheveux; la compensation des changements de température n'est pas fournie. En pratique, l'absence d'une telle compensation ne cause pas d'inconvénient notable, car le soudage est généralement effectué dans des pièces où la température change peu. Comme exemple de tension du CAN du microcontrôleur, sa tension d'alimentation (5 V) a été utilisée. Cela n'a pas conduit à une erreur notable. La broche d'entrée de tension de référence externe ADC est laissée libre et, si vous le souhaitez, peut être utilisée pour connecter une source de tension de référence externe de stabilité accrue, par exemple, des microcircuits MCP1541 (4,096 V) ou MCP1525 (2,5 V). Lors de la modification de la tension de référence, un réglage approprié des gains des amplificateurs opérationnels DA1.1 et DA1.2 sera nécessaire. Ces coefficients sont fixés à l'aide des résistances R4, R8 pour DA1.1 et R6, R9 pour DA1.2. Ils doivent être sélectionnés de manière à ce qu'à la température maximale, la tension à la sortie de l'ampli op ne dépasse pas la valeur de la tension de référence ADC. En cas de rupture des circuits de thermocouple (y compris lorsqu'ils sont déconnectés des connecteurs X2 et X3 dans la soudure ou le sèche-cheveux), +2 V est fourni aux entrées non inverseuses de l'ampli-op via les résistances R3 et R12. Les circuits R5C1 et R7C2 sont des filtres qui suppriment les interférences haute fréquence. Les résistances R10 et R11, ainsi que les diodes de protection à l'intérieur du microcontrôleur, protègent les entrées ADC contre les surcharges. Le contrôle de la puissance du chauffage du fer à souder est organisé à l'aide du module matériel du microcontrôleur PWM. Il génère des impulsions à rapport cyclique variable sur la broche 17 (RC2). À l'aide d'une clé puissante sur un transistor à effet de champ VT1, ils allument et éteignent le chauffage, modifiant ainsi la puissance moyenne qu'il consomme. La valeur moyenne de la tension fournie au ventilateur du sèche-cheveux est modifiée à l'aide du PWM implémenté dans le logiciel. Les impulsions de la broche 16 (RC1) du microcontrôleur sont transmises au moteur du ventilateur M1 via une clé sur un transistor à effet de champ VT2. La puissance de chauffage du sèche-cheveux est ajustée en sautant périodiquement un certain nombre de périodes de tension secteur. Le signal de commande est généré par le microcontrôleur à la broche 10 (RE2) et pénètre dans le circuit d'alimentation du réchauffeur via l'optocoupleur dinistor U1, équipé d'une unité de synchronisation de mise en marche avec le moment de passage par zéro de la tension appliquée à son circuit de sortie, et triac VS1. La LED HL1 est conçue pour contrôler visuellement le fonctionnement du radiateur du sèche-cheveux. Le bloc utilise un indicateur LED à sept éléments à quatre chiffres HG1 - RL-F5610GDAW / D15 avec des cathodes communes des éléments de chaque catégorie. Les anodes des éléments sont connectées au port D du microcontrôleur DD1 via des résistances de limitation de courant R24-R31, qui sont sélectionnées de sorte que le courant total à travers toutes les broches du port D ne dépasse pas 90 mA lorsqu'un signe est affiché. Les cathodes communes des décharges indicatrices commutent les touches sur les transistors VT5-VT8 en fonction des signaux générés aux sorties RC4-RC7 du microcontrôleur. Les LED HL4-HL11 sont incluses dans le système d'indication dynamique général en tant qu'éléments d'un cinquième chiffre supplémentaire, allumé par le transistor VT9 en fonction d'un signal à la sortie RC3 du microcontrôleur. La LED HL4 est utilisée pour indiquer l'inclusion du sèche-cheveux, et HL5 est une sauvegarde, elle est censée être utilisée lors de l'amélioration de l'unité. Les LED HL6-HL11 forment une échelle discrète, s'allumant une à la fois et indiquant le niveau de puissance actuellement réglé du chauffage du fer à souder (ou du sèche-cheveux, s'il est allumé) par incréments de 1/6 de pleine puissance. Une puissance supérieure correspond à une LED avec un numéro de position inférieur. En tant que U2 - un convertisseur de tension secteur AC 220 V en DC 24 V - une alimentation à découpage prête à l'emploi PS-65-24 [1] d'une puissance de 65 W a été utilisée. Le condensateur d'oxyde C5 est placé à côté de lui, et à partir de ce condensateur, il y a des fils séparés vers chaque consommateur de tension de 24 V. Pour en obtenir une tension de 12 V, un convertisseur abaisseur CC-CC pulsé sur la puce MC33063 (DA2) est utilisé, similaire à ceux décrits dans [2] et [3]. Le diviseur de tension R17R19 est choisi de manière à maintenir une tension de 12 V à la sortie du convertisseur, sa présence est signalée par la lueur de la LED HL2. De plus, le régulateur linéaire intégré DA3 porte la tension à 5 V, ce qui est nécessaire pour alimenter le microcontrôleur DD1. La tension secteur 220 V est fournie au bloc d'alimentation U2 en appuyant sur le bouton SB1. Le programme du microcontrôleur, après initialisation, fixe un niveau logique haut sur sa sortie RE0 (broche 8), ce qui ouvre le transistor VT4. Le condensateur C9 garantit qu'au moment où le transistor s'ouvre, la pleine tension de 12 V est fournie à l'enroulement du relais et à son fonctionnement fiable. Une fois la charge du condensateur terminée, le courant traversant l'enroulement diminue jusqu'à une valeur limitée par la résistance R23, qui assure uniquement le maintien de l'armature du relais dans l'état déclenché. La LED HL3 indique que la tension est appliquée à la bobine de relais. Le relais déclenché K1 avec ses contacts K1.1 contourne le bouton SB1. Maintenant qu'il peut être relâché, l'alimentation de l'unité de contrôle restera allumée jusqu'à ce que le transistor VT4 soit fermé par le microcontrôleur. Après la mise sous tension, l'indicateur HG1 affiche brièvement l'inscription avec le numéro de version du programme et un signal sonore retentit. Le mode de fonctionnement avec un fer à souder est activé, ce qui se réchauffe en douceur jusqu'à la température définie lors des sessions précédentes et enregistrée dans l'EEPROM du microcontrôleur. La valeur de température actuelle est affichée sur l'indicateur HG1 et le niveau de puissance fourni au fer à souder est affiché à l'aide des LED HL6-HL11. Pour éviter les chocs thermiques, avant d'atteindre une température de 100 °C, le niveau de puissance est limité à 40 % du maximum, et dans la plage de 100 à 300 °C - jusqu'à 80 %. Cela augmente le temps nécessaire pour atteindre la température de fonctionnement, mais prolonge la durée de vie du fer à souder. Lorsque la température de consigne est atteinte, elle se stabilise à ce niveau. En tournant le bouton de l'encodeur S1, la température peut être modifiée. Lorsque vous appuyez sur le bouton SB3, la LED HL4 s'allume, le fer à souder passe en mode doux (sa température descend à 150°C), le ventilateur du sèche-cheveux s'allume, puis son chauffage. La température du flux d'air du sèche-cheveux augmente selon un algorithme similaire au chauffage du fer à souder. La température souhaitée est réglée en tournant le bouton de l'encodeur S1. Après avoir appuyé une fois sur ce bouton, vous pouvez régler l'intensité du flux d'air en le tournant. En appuyant à nouveau sur le bouton SB3, le chauffage du sèche-cheveux est éteint et le fer à souder est mis en mode de fonctionnement. Le ventilateur du sèche-cheveux continuera à fonctionner jusqu'à ce que la température du flux d'air descende à 60°C. Après cela, il sera automatiquement désactivé. Par appuis successifs sur le bouton de l'encodeur, les noms des paramètres suivants s'affichent tour à tour sur l'indicateur HG1 :
Les coefficients A0 et A1 sont utilisés par le programme du microcontrôleur pour déterminer la température de la pointe du fer à souder ou le débit d'air fourni par le sèche-cheveux en fonction du nombre N obtenu à la suite du fonctionnement de l'ADC, qui dépend linéairement de la puissance thermoélectrique du thermocouple correspondant. La température T (en degrés Celsius) est calculée par la formule T = A0 + A1N. Lorsque le bouton de l'encodeur est tourné, la valeur du paramètre sélectionné change et s'affiche sur l'indicateur sous une forme clignotante à la place de son nom. Si dans quelques secondes le bouton n'est pas tourné ou enfoncé, l'indicateur renverra la valeur actuelle de la température du fer à souder ou du débit d'air du sèche-cheveux. Lorsque vous appuyez sur le bouton SB5, le microcontrôleur enregistre les valeurs des paramètres actuels dans une mémoire non volatile, éteint les éléments chauffants du fer à souder et du sèche-cheveux. Si à ce moment le sèche-cheveux était actif, le soufflage du radiateur avec de l'air froid se poursuit jusqu'à ce que la température de départ à sa sortie descende à 60 °C, après quoi le microcontrôleur fixe un niveau de tension bas à la sortie RE0. Le transistor VT4 se ferme et le relais K1 ouvre ses contacts, déconnectant l'unité de commande du secteur. Bouton SB4 - réserve. Il peut être utilisé pour améliorer et étendre les fonctionnalités du bloc. Au lieu de l'alimentation PS-65-24 (U2) pour l'unité de commande de la station de soudage, il est possible d'utiliser n'importe quel autre bloc d'alimentation à découpage ou à transformateur, qui fournit une tension continue de 24 V stabilisée à un courant de charge d'au moins 2 A. Si vous utilisez une unité comme U2, ayant, en plus de la sortie de tension +24 V, une autre tension +12 V avec une charge admissible d'au moins 300 mA, le convertisseur abaisseur sur la puce MC33063AP1 peut être exclu de l'appareil. Si ce convertisseur est utilisé, la puce MC33063AP1 qu'il contient peut être remplacée par le MC34063AP1. Le relais K1, l'optocoupleur U1 et le triac VS1 sont situés sur une carte de circuit imprimé séparée. Cela est nécessaire pour maximiser la suppression des circuits basse tension de ceux qui sont alimentés en 220 V. Un relais WJ112-1A avec un enroulement de 12 V a été utilisé.Au lieu de cela, un autre avec des contacts conçus pour commuter une tension alternative d'au moins 250 V à un courant non inférieur à celui consommé par l'unité de commande et le radiateur du sèche-cheveux convient. Si un relais avec une tension de bobine nominale de 24 V est sélectionné, il doit être alimenté à partir d'une source de cette tension. Au lieu de l'optocoupleur MOC3063, vous pouvez utiliser n'importe quel dinistor capable de contrôler directement un triac avec une tension admissible d'au moins 600 V. Afin de ne pas augmenter le niveau d'interférences créées dans le réseau, il est conseillé de choisir un optocoupleur avec un noeud pour contrôler la transition de la tension appliquée à sa sortie par zéro. Le triac BT138X-600 dans un boîtier plastique isolé peut être remplacé par un BT138-600 similaire dans un boîtier TO-220 classique avec une bride métallique ou autre pouvant supporter une tension d'au moins 600 V à l'état bloqué, et un courant d'au moins 6 A à l'état passant Le triac fonctionne dans l'unité de commande sans dissipateur thermique. Les boutons SB1, SB3-SB5 sont du type DS-502, mais ils peuvent être remplacés par d'autres pratiques pour l'installation. Le bouton SB1 doit être conçu pour une tension alternative entre contacts ouverts d'au moins 250 V et supporter le courant d'appel de l'alimentation à découpage U2. Assurez-vous que l'unité sélectionnée dispose d'une thermistance qui limite le courant d'appel. En son absence, assurez-vous d'installer en série avec le bouton SB1 ou dans l'alimentation elle-même une thermistance avec une résistance à froid de 5 ... 10 Ohm (par exemple, SCK-052 ou SCK-101). Encodeur d'occasion ED1212S-24C24-30F - avec contacts mécaniques donnant 12 impulsions par tour et bouton intégré. Un autre peut être utilisé, comprenant un codeur optique avec les blocs d'alimentation correspondants et la génération d'impulsions de sortie. L'indicateur RL-F5610GDAW/D15 peut être remplacé par n'importe quelle autre LED avec des cathodes communes des éléments de chaque catégorie, par exemple KEM-5641. Un boîtier Z-1 disponible dans le commerce est utilisé pour l'unité de commande. Sa face avant a été remplacée par une feuille de polycarbonate transparente et découpée. Au verso, un film transparent pour l'impression à jet d'encre est pressé contre celui-ci, sur lequel le dessin du panneau avant est imprimé. Ce panneau comporte des boutons et des prises SB1, SB3-SB5 pour connecter un fer à souder (X2 - DIN 41524 à cinq broches ou ONTS-VG-4-5 / 16-R, également appelé SG-5) et un sèche-cheveux (X3 - DIN 45326 à huit broches ou ONTS-VG-5-8/16-R). Une description de ces connecteurs peut être trouvée dans [4]. Derrière le panneau transparent se trouve une carte avec un indicateur HG1 et des LED. L'apparence du bloc avec un fer à souder et un sèche-cheveux est illustrée à la fig. 4.
Si l'unité de contrôle de la station de soudage est assemblée correctement et que le microcontrôleur est programmé, il commence à fonctionner immédiatement, il vous suffit de définir les coefficients A0 et A1 pour le fer à souder et le sèche-cheveux. Pour ce faire, immédiatement après la mise sous tension à l'aide de l'encodeur, la température sur l'indicateur HG1 est réglée en dessous de la température ambiante. Ensuite, en appuyant sur le bouton de l'encodeur, le réglage du coefficient A0 pour le fer à souder est sélectionné et, en le modifiant, l'indicateur affiche la température actuelle dans la pièce. Ensuite, en procédant au réglage du coefficient A1, en tournant le bouton de l'encodeur, sa valeur de 1,0 est obtenue sur l'indicateur. Après cela, un thermocouple ou un autre capteur d'un exemple de thermomètre est fixé sur la pointe du fer à souder. Il est souhaitable d'isoler la piqûre avec un capteur externe attaché à celle-ci de l'environnement avec un matériau qui ne conduit pas bien la chaleur, tout en respectant les exigences de sécurité incendie. À l'aide de l'encodeur, réglez une température pas très élevée (par exemple, 1 ° C) sur l'indicateur HG100 et attendez que les lectures du thermomètre de référence se stabilisent. S'il affiche une température supérieure à la valeur de consigne, la valeur du coefficient A1 doit être réduite, sinon elle doit être augmentée. En sélectionnant ce coefficient, ils s'assurent que la différence entre l'exemple de thermomètre mesuré et la température de consigne ne dépasse pas 5 ° C. La température de la pointe ne doit pas dépasser 300 ... 400 ° C (selon un thermomètre standard). Si cela se produit, vous devez vérifier la tension à la sortie de l'ampli-op DA1.2 et, si nécessaire, sélectionner son gain de sorte qu'à la température maximale possible du fer à souder, la tension de sortie de l'ampli-op ne soit pas dépasser la tension de référence du CAN du microcontrôleur. Enfin, il est recommandé de régler la température de panne à laquelle la plupart des soudures sont censées être effectuées et de resélectionner le facteur A1. De même, les coefficients A0 et A1 pour le sèche-cheveux sont choisis. Dans ce cas, l'intensité du flux d'air est réglée sur moyenne et le capteur de température de l'exemple de thermomètre est placé à une distance de 1 cm de la buse du sèche-cheveux. Après la sélection de tous les coefficients, la station de soudage est prête à fonctionner. Avec l'unité de contrôle décrite, vous pouvez utiliser n'importe quel fer à souder avec un thermocouple intégré et un élément chauffant basse tension. Le sèche-cheveux doit être équipé d'un élément chauffant pour une tension de 220 V et également d'un thermocouple intégré. Vous devez également vous assurer que le ventilateur du sèche-cheveux est conçu pour fonctionner sur une tension de 24 V. 3 ne sont pas normalisés et peuvent être différents. Parfois, il y a des fers à souder et des sèche-cheveux avec des thermistances comme capteurs de température. Il est impossible de les utiliser avec l'unité de contrôle décrite sans apporter des modifications importantes à son chemin de mesure (nœuds sur la puce DA1) et ajuster le programme du microcontrôleur. Une application alternative de la conception considérée peut être un compteur de température à deux canaux pour tous les objets avec des capteurs sous forme de thermocouples et un régulateur de température à un canal. Si le contrôle de la température n'est pas nécessaire, après avoir défini les coefficients A0 et A1, l'encodeur peut être retiré. Le programme du microcontrôleur de l'unité de contrôle peut être téléchargé de ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/10/ps01.zip. littérature
Auteur : S. Krushnevich
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