Комментарии 66
del
в моих схемах вы не найдете ни одного микроконтроллера
...
Схема паяльной станции была разработана в качестве конкурсного задания для отборочных соревнований Всероссийского чемпионатного движения
А были другие задания, не такие модерновые? Например, на лампах или электромеханических реле?
Тут нужно учитывать формат соревнований - не я его придумал. Цель задания заключается в том, что бы проверить знания базовых схемотехнических узлов: операционники, транзисторы и прочая рассыпуха. А также проверка навыков проектирования печатной платы и сборки прототипа. Чемпионатное движение существует в нашей стране уже больше 10 лет, плюс есть еще международное движение, которое также достаточно давно действует. Там сложился вот такой формат.
Тут еще можно было вспомнить про перфокарты). Идет речь не о готовом продукте, а о студенческом конкурсе. Задача конкурса заключается в максимальном раскрытии понимания базовых вещей в электронике. Это очень хорошо, что такие конкурсы еще проводятся в России, и остались те, кто способен их провести. Утечка мозгов и атмосфера вайб-кодинга явно не предрасполагает к подобным вещам. Лично меня такие конкурсы очень радуют, потому что в стране будут люди (надеюсь не все уедут) способные работать в сфере электроники.
К стати, это задание одного из модулей. Во время соревнований был отдельный модуль по программированию микроконтроллеров, там STM32 программируют.
Температура паяльника при этом будет гулять вместе с температурой холодного спая, верно ?
Естественно будет гулять вместе с температурой холодного спая, я про это писал. Схема рассчитана примерно на комнатную температуру. С учетом того, что не предполагается использовать это устройство где-то еще, с учетом погрешностей измерения, и особенно с учетом особенностей выбранного паяльника итоговая точность измерения и индикации получается вполне удовлетворительной. Да и в целом, для радиолюбительского паяльника точность плюс/минус десять градусов особого значения не имеет.
А разве холодный спай не образуется в месте подключения кабеля? В китайских хаккоклонах я не видел чтобы термопара была выведена прямо до разъема, да и в тех хакко что с термопарой подозреваю тоже. А это значит что термометр компенсации холодного спая нужно будет сунуть в саму ручку, как в т12.
Так и есть, холодный спай образуется в месте соединения проводов, образующих горячий спай с медью. Но изменить конструкцию ручки, которую я использовал, возможности нет. Ну и в целом, с учётом общей конструкции паяльника я посчитал достаточным сделать постоянное смещение на 25 градусов. Индикация температуры все равно не показывает значения ниже 100 градусов.
спасибо за статью, хочется влиться в электронику, ищу чего такого аналогового можно собрать, станция м.б. и сложновата будет, но сохраню :D
А почему U12..U14 в DIP, а не SOIC (для однообразия)?
Управление мощностью нагревательногоэлемента должно производиться ШИМ с частотой выше звукового диапазона.
Частота сигнала ШИМ определяется генератором на NE555 и составляет 1 кГц.
Как то не стыкуются утверждения. Вообще, частоту шим можно сделать единицы герц, все равно у нагревателя аццкая температурная инерция.
Нестыковочка тут между желаниями и реальностью. Всегда хочется иметь ШИМ выше звуковой частоты, но на деле не всегда выходит. То мощности драйвера затвора полевика не хватает, то сама схема не справляется с генерацией желаемой частоты...
Сам паяльник бесспорно можно шимить на низкой частоте - разницы особой нет. А вот блок питания, от которого это работает, может петь песни. Все таки нагреватель может иметь мощность от 30 Вт и даже до 60 Вт.
Очень интересно. Вспомнить как оно было раньше и насколько цифровая обработка и микроконтроллеры всё упростили.
С появлением микроконтроллеров сильно выросли требования к функциональности. Сейчас даже на простеньких приборчиках хотят то веб интерфейс для настроек видеть, то цветной дисплей с иерархияеским меню подавай, то блютуз надо... Вот и получается, что схема конечно проще, но вот работы никак не меньше получается.
Это "все упростили "пока не приходится чинить какой-нибудь прибор со сгоревшим микроконтроллером и без доступа к коду прошивки для замены (это если повезет найти еще один такой микроконтроллер и есть инструменты для его прошивки).
Все хорошо, но 60 ватт эпсн разогревается мучительно долго, особенно когда надо залудить какой-нибудь провод на 220 вольт
Ну так-то конечно для жала, которым провода лудить, не мешало бы 90 Вт мощность. На 60 Вт что-то типа микроволны более менее прогреется. Ещё на этой ручке тепловой контакт у нагревателя с жалом не очень.
Я к тому, что, раз есть регулятор, то можно мощность побольше сделать
Потому что надо не только сверху температуру ограничивать, но и поддерживать её снизу. Если микросхему отпаивать 20 секунд холодным паяльником, она сгорит, а тем, который за три секунды все расплавит - нет, не успеет
Добиться мощности больше, чем может обеспечить нагревательный элемент паяльника, все равно не получится. Точность поддержания температуры жала зависит ещё и от его теплоемкости, а также ограничена температурным сопротивлением между нагревателем и жалом.
В этой схеме реализован полноценный пропорциональный регулятор. Он достаточно неплохо поддерживает заданное значение температуры. У него есть понятие уставки, и функция заключается в минимизации ошибки между уставкой и фактическим измерением. Там нет никаких ограничений сверху или снизу. Мощность на нагреватель подаётся пропорционально сигналу ошибки.
компаратором U5A
На схеме подписан как ОУ LM358.
ЦАП на резисторах R42-R57... R42 составляет 25 кОм, а R57 – 50 кОм
Вижу ЦАП на резисторах R116-R131 (ну и по мелочи 24 и 51 кОм).
А статья конечно топ.
Если платы "на коленке" делать фоторезистом, а не ЛУТом - то всё там нормально получается...
Плата не летом была изготовлена. Защитное покрытие выжигалось лазером.
С учётом использования компонентов поверхностно монтажа на плате требуется большое количество переходных отверстий. К тому же с паяльной маской качество монтажа получается лучше. Так что даже фоторезист все равно не избавит от мучений.
Не касаясь конкретно этой платы - что мешает выводные компоненты размещать на одной стороне, а smd на другой? Избегая переходных отверстий в принципе - кустарно это проблема
И маску накатить заодно, с ней действительно проще
Далеко не каждую плату можно оттрассировать в одном слое, конечно это можно решить с помощью перемычек. Односторонняя плата в любом случае получится значительно больше по площади. И зачем мне такой прототип, если плату потом все равно под фабричное изготовление надо будет перетрассировывать? А любое изменение в конструкции печатной платы требует повторного тестирования устройства. К тому же корпуса типа QFN и более мелкие с ЛУТом совершенно не совместимы.
Мило.
Хотя - нет...
Очень мило.
Схема паяльной станции была разработана в качестве конкурсного задания для отборочных соревнований Всероссийского чемпионатного движения «Профессионалы» для студентов СПО по компетенции «Электроника».
Поясните, пожалуйста. Вы - участник конкурса? Если нет, то что с впшей схемой должны были делать участники?
Сложновато, можно сильно проще. Настолько проще, что вся эта аппаратура разместится внутри ручки паяла (кроме блока питания, оформленного в виде электровилки, как зарядник для смартфона; да собственно, именно его для этого дела и применить). Принцип должен быть - ничего лишнего. В двух словах это может выглядеть так: сначала одним ОУ (из популярной пары LM358) усиливаем термопарное напряжение до диапазона 1,0...4,5 вольт, затем подаём его на миниатюрный китайский 3-разрядный 30...50-вольтовый вольтметр - вот вам и показометр. На втором ОУ той же пары, используемом как компаратор, сравниваем усиленное термопарное напряжение с напряжением уставки, результат такого сравнения подаём на управление симистором в цепи нагревателя. Получается регулируемый уставкой не линейный, а двухпозиционный (т.е. вкл-выкл) стабилизатор температуры, которая будет колебаться с периодом несколько секунд и точностью 3...5 градусов вокруг заданной. Его преимущество - греться паяльник будет буквально за секунды, поскольку это вам не ШИМ, запитка нагревателя тут 100-процентная.
Так у меня не было задачи сделать проще или компактней. Нужно было сделать именно так: дециметр печатной платы и пол тыщи точек пайки.
Это что за блок питания от смартфона, который потянет 60 ватт, да ещё на таком напряжении, чтобы был длинный гибкий кабель до рабочего инструмента? Он стоить будет как самолёт. Тогда уж лучше применить блок питания от компьютера
Это что за блок питания от смартфона, который потянет 60 ватт
Любой, умеющий 120Вт ;)
Правда, он 120 Вт просто так не отдаст, нужно уговорить
Это что за блок питания от смартфона, который потянет 60 ватт
Любой, умеющий 120Вт
Неверно ни то, ни другое. Вы меня неправильно поняли, или я неправильно сформулировал. Правильно будет так: паяльник на 220 и с симисторной регулировкой нагрева не нуждается в БП для цепи нагревателя (принцип - ничего лишнего). А тот БП, который я упомянул (от смартфона) - только для питания ОУ и вольтметра. Я почему-то подумал, что это очевидно, но... ошибался.
почему-то подумал, что это очевидно, но... ошибался.
Очевидно, что паяльник с питанием от USB - обыденность. А для паяльника на 220В отдельный блок питания - лишний. Достаточно конденсаторного балласта, чтобы дать эти несколько миллиампер.
Да, обычному паяльнику на 220 регулятор не нужен. Он уже рассчитан на определенную мощность и температуру, и понижать ее нет смысла. Обычно надо уметь немного повышать.
Эм... паяльники с usb - это скорее развлечение для радиолюбителей. Я бы не стал такое на производство ставить.
Вам кода-то приходилось паять паяльником на 220В без каких-либо регуляторов? Мой первый паяльник таким и был, постоянно перегревался, приходилось периодически регулировать нагрев путем выключения его из розетки))) А ещё напильник в столе обязательно надо было держать, чтоб жало облуживать
паяльники с usb - это скорее развлечение для радиолюбителей.
Если в поле что-то запаять - повербанк с таким паяльником здорово выручает. Конечно, на производстве в нем нет смысла.
Вам кода-то приходилось паять паяльником на 220В без каких-либо регуляторов?
У меня в детстве был ЭПСН на 220в, на заводе пользовался ЭПСН на 36в, без регулятора. Обычно проблемы в недогреве, и тут регулятор не помогает.
При большом рассогласовании (холодный паяльник) - 100% ШИМ будет и в схеме @OldFashionedEngineerСкорость нагрева - определяется запасом мощности источника питания над номинальной мощностью ТЭН'а с учтом сопротивлений проводов и т.п.
Вы правы, регулятор в моей схеме примерно так и работает. Скважность шим определяется сигналом ошибки между уставкой и фактической температурой. Чем больше ошибка - тем больше мощности поступает на нагреватель. А ещё усилитель сигнала ошибки уходит в насыщение, если разница температур очень большая, за счет этого при разогреве паяльника на него подаётся полная мощность.
Такие решения хороши для демонстрации детям и студентам в ответ на вопрос: «зачем нужен микроконтроллер?».
Мощно! Действительно, многие разработчики забывают про простейшие узлы, сразу пихают мк, типа, авось программист разберëтся. А программист физику хреново понимает, и результат работает на честном слове. Много раз такое видел.
Пару вещей странных в схеме заметил. Во-первых 555й таймер сам по себе генерирует неплохую пилу. Ровно от 1/3 до 2/3 напряжения питания. Не обязательно пилу для ШИМа формировать отдельно.
Во-вторых не понятен смысл применения инструментального усилителя. Входной сигнал меняется не быстро, а наводки - это всегда переменный ток без постоянной составляющей. Отфильтровать - и точка) Термопаре не нужно адски высокое входное сопротивление усилителя. К тому же я не слышал такого, что смещение нуля этой схемой компенсируется. Смещение у всех ОУ в одном корпусе, к сожалению, разное.
Ещë для удержания температуры недостаточно пропорционального регулятора. Может быть, если ШИМ начинает ШИМить только при ошибке в +-10 градусов, а при большей жëстко 0 или 100%, то пойдëт. Для стабилизации нужен интегратор ошибки.
Но в общем, если цель - пощупать работу разных узлов, то отлично!
Схема разрабатывалась, как задание. Поэтому и появился ГЛИН на источнике тока, и другие схемы тоже. Это нужно, чтобы разнообразить схему и получить вариативность задания. В общем, есть некоторая специфика соревнований.
Усилитель ошибки в схеме имеет низкий попрг насыщения. Можно подстроить схему так, что отсечка начнётся уже при 50 градусах. А итоге получается достаточно высокая скорость нагрева. Роль интегратора выполняет отчасти фильтр в цепи усиления, но в основном сам паяльник.
Интересная статья, хотя понять всё сложновато. Для юниоров в электронике схема была, конечно, сильно проще
Ух ты ж, вспомнился курсовой по проекту мультиметра на дискретных элементах. Давно это было... Но думаю, если ребята (студенты) такое осваивают, то и с микроконтроллерами разберутся. Респект!
Хорошая статья, понравилось подробное описание схемы. Публикация схемы в виде нескольких маленьких кусочков в тексте сильно упрощает чтение статьи, но затрудняет анализ схемы постфактум.
Есть несколько вопросов:
Насколько стабильно от экземпляра к экземпляру работает усилитель для термопары? Ведь компенсации смещения нет, остается надеяться на симметрию.
Почему не стали делать PI или PID регулирование для температуры? Получается что паяльник в работе всегда немного недогрет. Правда можно получить автоколебания.
На светодиоды вокруг ручки можно было добавить промежуточный регистр, чтобы яркость у всех была одинаковая. Решили, что это ненужное усложнение?
Отдельно отмечу, что решение с независимыми счетчиками для R2R DAC и индикации на первый взгляд контринтуитивно, но упрощает разводку.
Я пробовал в первых статьях выкладывать схему целиком. Но редактор хабра имеет ограничение по размеру картинок, и схема получается очень плохо читаемой.
Разделение счетных регистров сделано не только в угоду трассировки, действительно в два слоя это бы по другому нормально оттрассировать не получилось бы. Для декодирования двоичного кода в семисегментный все равно нужны были бы новые микросхемы, к примеру 4511, к тому же R2R цап работает в двоичном коде, а индикация выполняется в десятичном. Поэтому применение микросхемы счетчика со встроенным семисегментным дешифратором решило сразу обе задачи - и трассировать проще, и преобразование в семисегментный код реализуется, а также двоичный код в десятичный преобразуется.
Про стабильность и повторяемость. С учетом того, что из себя представляет ручка паяльника, высокая точность установки температуры тут вообще и к чему, от этого ручка паять лучше не будет. Но в целом, инструментальный усилитель даже на 358 работает достаточно неплохо.
Строить полноценный PID регулятор особого смысла не вижу как минимум из-за высокой инерционности самого паяльника. Конструкция его такова, что теплопередача от нагревателя к жалу очень не эффективна. Да и дифференциальную составляющую подбирать на аналоговом регуляторе дело совсем не благодарное - можно увлечься и получить генератор. А интегральная составляющая по сути это входной фильтр + теплоемкость нагревательного элемента. Также с учетом не высокой скорости реакции системы, без точной настройки интегрирования все работает приемлемо. Компенсацией отсутствия интегрирования является насыщение усилителя ошибки при большой разнице между температурой уставки и фактически измеренной температурой паяльника, если паяльник холодный, регулятор жарит его на все бабки. И только ближе к температуре уставки в дело включается регулирование.
Знакомая плата, штуки 3 собрал в своё время. Правда не на «Профессионалы». А на HiTech.
Интересная статья.
УРТК привет из за заполярья.
Класс! Я думал уже всë все делают на микроконтроллерах. Куда ни плюнь, везде они. Думал, только я в своих домашних самоделках всë на логике делаю) Но кажется, тут большой простор для оптимизации. Например, свтодиодную шкалу резистора можно убрать, а оставить нарисованную, на ручке всë равно указатель есть. Хотя красиво конечно) Когда-то делал на логике регулятор громкости с линейными индикаторами, даже без всяких АЦП, чисто на глазок подобрал резисторы, с которых сразу на входы логики. И в общем-то красиво было и работало. Правда это было где-то лет 20 назад, всë ещë в pcad рисовал. Но тогда у нас не было выбора радиодеталей, поэтому делал из того, что было под рукой (всякие к561тм2 и т.п.).
Почему-то не видел статьи по ссылкам, будет что почитать) Спасибо!
Самодельная паяльная станция с цифровой индикацией температуры на жесткой логике