Lötkolben-Controller für Hakko 907 v.2

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Über dieses Projekt

Kostengünstige Lötsteuerung

AKTUALISIERT 04.03.2019 Schaltpläne und Beschreibung aktualisiert

AKTUALISIERT am 18.02.2018:Kalibrierverfahren aktualisiert

AKTUALISIERT 01.08.2017:Sketch-Bug behoben, Sketch für lcd1602 hinzugefügt

AKTUALISIERT 31.07.2017:Neue Hardware-Schaltpläne implementiert

AKTUALISIERT 07.04.2017:Neue Funktionen sind implementiert (siehe Beschreibung)

Der Controller ist mit den Hakko 907-Lötgriffen mit austauschbaren Spitzen ausgestattet und verfügt über ein eingebautes Heizelement und einen Thermistor ODER ein Thermoelement zur Überprüfung der Bügeleisentemperatur. Der Griff hat zwei unabhängige Stromkreise für die Bügeleisenheizung und Temperaturkontrolle. Dieser Controller kann mit einem anderen Eisengriff verwendet werden, der eine ähnliche Architektur hat.

Es ist besser, den Stecker am Eisengriff durch einen anderen zu ersetzen, zum Beispiel den Luftfahrtstecker GX16-5 oder GX-12-5.

Die Hauptmerkmale dieses Controllers sind:

• Der Controller ist geeignet, um mit einer Vielzahl von Hakko 907-Griffen, mit Thermoelement oder mit Thermistor zur Überprüfung der Temperatur zu arbeiten. Sie sollten die entsprechenden Schaltpläne auswählen.
• Der PID-Algorithmus ist implementiert, um die Temperatur des Lötkolbens zu halten. Das Bügeleisen erhöht die Temperatur in etwa 30 Sekunden und hält sie bei 1 -2 Grad Celsius.
• Der Regler hält die Temperatur bei starker Beanspruchung, da der PID-Algorithmus sehr empfindlich ist und die zugeführte Leistung schnell erhöhen kann.
• Drei Referenztemperaturpunkte im Lötkolben-Kalibrierungsverfahren implementiert.
• Das Kalibrierungsverfahren wird mithilfe des PID-Algorithmus automatisiert, um die Temperatur nahe dem Referenzpunkt zu halten.
• Der Controller unterstützt zwei Arbeitsmodi:Halten Sie die Temperatur und halten Sie die Stromversorgung aufrecht.
• Um den Betrieb geräuschlos zu halten, sind die hochfrequenten Timer1-Interrupts in der Steuerung implementiert. Dadurch kann die PWM-Frequenz durch integriertes analogWrite() auf bis zu 31250 Hz anstelle von 490 Hz erhöht werden Funktion.
• Der Controller implementiert einen beschleunigten Drehgeber. Wenn der Encoder langsam gedreht wird, ändert sich die Temperatureinstellung um 1 Grad. Wenn der Encoder schnell gedreht wird, ändert sich die Temperatureinstellung um 5 Grad.
• Die Temperatur wird im Arduino EEPROM gespeichert, nachdem der Lötkolben verwendet wurde, falls die Temperatureinstellungen geändert wurden.
• Der Controller unterstützt Celcius- oder Fahrenheit-Einheiten, die für den angezeigten Temperaturwert, die voreingestellte Temperatur und die Kalibrierungsdaten verwendet werden.
• Der Controller verfügt über einen Tuning-Modus, um die Ersteinrichtung des Controllers zu vereinfachen.

Das Controller-Menü

Wie ich bereits erwähnt habe, hat der Controller mehrere Modi:

• Standby-Modus
• Hauptarbeitsmodus (Temperatur halten)
• Power-Modus (Behalten Sie die Stromversorgung bei)
• Setup-Modus
• Kalibrierungsmodus
• Tune-Modus (der anfängliche Einrichtungsvorgang)

Wenn der Controller gerade eingeschaltet wird, wird der Standby-Modus aktiviert. In diesem Modus wird der Lötkolben mit Strom versorgt. Das Hauptdisplay zeigt die folgenden Informationen:

• Die voreingestellte Temperatur in der linken Seite der oberen Zeile (in ausgewählten Einheiten - Celsius oder Fahrenheit);
• Die 'OFF'-Meldung rechts in der oberen Zeile zeigt an, dass das Bügeleisen ausgeschaltet ist;
• Die aktuelle Temperatur des Bügeleisens links in der zweiten Zeile;

Falls das Bügeleisen nicht an die Steuerung angeschlossen ist, wird in der zweiten Zeile die Meldung „kein Bügeleisen“ angezeigt. Wenn das Bügeleisen kalt wird (nach dem Gebrauch), wird in der zweiten Zeile die Meldung „Kalt“ angezeigt, die darauf hinweist, dass es sicher ist, das Bügeleisen zu berühren.

Die voreingestellte Temperatur kann durch Drehen des Encoder-Griffs bei ausgeschaltetem Bügeleisen eingestellt werden. Um den Lötkolben einzuschalten, drücken Sie leicht auf den Encoder-Griff. Der Controller wird in den Hauptmodus geschaltet. Jetzt hält der Controller die Bügeleisentemperatur nahe der voreingestellten Temperatur. Bei starker Beanspruchung des Bügeleisens kann die Temperatur leicht von der voreingestellten abweichen.

Im Hauptmodus zeigt das Display folgende Informationen an:

• Die voreingestellte Temperatur in der linken Seite der oberen Zeile (in ausgewählten Einheiten - Celsius oder Fahrenheit)
• Die 'ON'-Meldung rechts in der oberen Zeile zeigt an, dass das Bügeleisen eingeschaltet ist und noch heizt. Wenn das Bügeleisen die voreingestellte Temperatur erreicht, wird der 'rdy ' (Bereit) Nachricht wird angezeigt;
• Die aktuelle Temperatur des Bügeleisens wird links in der zweiten Zeile angezeigt;
• Die dem Bügeleisen zugeführte Leistung (in Prozent der maximal zulässigen Leistung) wird auf der rechten Seite des Bildschirms angezeigt;

Durch Drehen des Encoders kann die voreingestellte Temperatur verändert werden. Die Meldung 'ON' wird erneut angezeigt, bis das Bügeleisen die neue voreingestellte Temperatur erreicht hat. Um in den Standby-Modus zurückzukehren, drücken Sie leicht auf den Encoder-Griff.

Im Hauptmodus überprüft der Controller, ob das Bügeleisen richtig funktioniert. Wenn sich die Temperatur innerhalb von 10 Sekunden nach dem Start nicht ändert, schaltet der Controller den Strom ab und die Meldung 'Failed “ würde auf dem Bildschirm angezeigt. Drücken Sie in diesem Fall leicht auf die Encoder-Taste, um in den Standby-Modus zurückzukehren.

Der Power-Modus kann durch langes Drücken des Encoders eingeschaltet werden, während er sich im Hauptmodus befindet. Im Power-Modus können Sie die Stromversorgung des Lötkolbens manuell durch Drehen des Encoders einstellen. Im Leistungsmodus zeigt der Bildschirm die dem Bügeleisen zugeführte Leistung in den internen Einheiten und die Bügeleisentemperatur in von Menschen lesbaren Einheiten an. Durch leichtes Drücken des Encoders wird die Stromversorgung im Power-Modus ein- und ausgeschaltet. Durch langes Drücken des Drehgeber-Griffs kehrt der Controller vom Power-Modus in den Hauptmodus zurück.

Um in den Setup-Modus zu gelangen, drücken Sie den Encoder im Standby-Modus lange. Im Setup-Modus können die Konfigurationsparameter angepasst werden. In diesem Modus gibt es 7 Menüeinträge:

• Zeitüberschreitung beim automatischen Ausschalten (in Minuten)
• Temperatureinheiten (Celsius oder Fahrenheit)
• die Eisenkalibrierung ('calib.')
• Ersteinrichtungsverfahren ('Tune')
• Änderungen speichern
• Änderungen rückgängig machen
• Standardwerte wiederherstellen

Drehen Sie den Griff, um das Menüelement auszuwählen. Um das ausgewählte Element zu ändern, drücken Sie leicht auf den Encoder-Griff. Drücken Sie nach dem Einstellen des Parameters erneut auf den Griff, um zum Setup-Menü zurückzukehren. Durch langes Drücken des Encoder-Griffs kann man in den Standby-Modus zurückkehren und die Parameter im EEPROM speichern.

Tipp:Vor der ersten Verwendung des Controllers oder nach dem Flashen einer neuen Minor-Software-Version sollten Sie die Standardparameter laden.

Die Schemata der Sensormesswerte

Das Schema der Sensorablesung dieses Controllers hängt vom Typ des Lötkolben-Thermosensors ab:Thermistor oder Thermoelement. Beide Schaltpläne sind unten in einem Bild zusammengefasst.

In beiden Schaltplänen wird der präzise Operationsverstärker MCP602 verwendet, der die Rail-to-Rail-Technologie implementiert. Dieser Verstärker erhöht die Genauigkeit der Temperaturmesswerte erheblich und erzeugt nahezu die volle Spannung, die dem Ausgangspin zugeführt wird. Das Leseintervall am A0-Pin beträgt also 0-1023. Sie können den mcp602-Verstärker durch seinen analogen ersetzen. Die Verwendung eines genauen Betriebsverstärkers ermöglicht es dem Controller, die Temperatur des Bügeleisens innerhalb des kleineren Intervalls zu halten.

Bei der Thermoelement-Variante des Eisengriffs sollten beide Jumper JP1 und JP2 offen und bei Thermistorgriffen geschlossen sein.

Wenn der Bügeleisengriff den Thermistor implementiert, erhöht sich der Widerstand des Sensors von etwa 50 Ohm im kalten Zustand auf etwa 200 Ohm, wenn die Temperatur des Lötkolbens 400 Grad Celsius erreicht. Wenn der Bügelgriff das Thermoelement implementiert, erhöht sich die erzeugte Spannung von Null bei Umgebungstemperatur auf 9 mV, wenn der Lötkolben 400 Grad Celsius erreicht. Auf jeden Fall kann ein anderer Eisengriff die unterschiedlichen Parameter haben, daher habe ich mich für ein Multiturn-Potentiometer entschieden, um den Verstärker MCP602 abzustimmen. Zum ersten Mal sollte dieses Potentiometer wie folgt eingestellt werden:Wenn das Bügeleisen 400 Grad Celsius hat, sollte die Ausgangsspannung nahe 5 Volt liegen (Ablesung des A0-Pins im Arduino etwa 900). Um die Ersteinrichtung zu vereinfachen, ist der Tune-Modus in der Controller-Software implementiert. Der Tune-Modus kann über das Einstellungsmenü ausgeführt werden.

Ersteinrichtung des Controllers

Sie benötigen ein externes Thermometer, um den Controller zu kalibrieren. Vergessen Sie nicht, die Standardparameter des Controllers aus dem Setup-Menü zu laden .

In der Programmskizze wird davon ausgegangen, dass das Arbeitstemperaturintervall des Lötkolbens 180 - 400 Grad Celsius beträgt. Es ist möglich, dieses Intervall zu ändern, indem Sie Konstanten in der Programmskizze bearbeiten, bevor Sie den Regler abstimmen möchten.

Das 500k Multiturn-Potentiometer muss eingestellt werden, damit der Operationsverstärker das richtige Signal vom Lötkolben bekommt. Um die anfängliche Einrichtung des Controllers zu vereinfachen, wurde der Tune-Modus implementiert.

Wählen Sie den Menüpunkt 'Tune' aus dem Setup-Menü. Das Bügeleisen beginnt zu heizen. Der Controller zeigt in diesem Modus die Temperaturmesswerte vom A0-Pin in den internen Einheiten (0-1023) an. Durch Drehen des Encoders können Sie die Leistung so einstellen, dass die Bügeleisentemperatur bei 400 Grad Celsius gehalten wird (externes Thermometer verwenden). Zu Beginn können Sie die zugeführte Leistung auf den maximalen Wert erhöhen, um das Aufheizen des Bügeleisens zu beschleunigen, dann die Leistung verringern, um die Temperatur bei 400 Grad zu halten. Drehen Sie nun den Multiturn-Potentiometergriff, um die Sensormesswerte nahe 900 zu erhalten. Stellen Sie sicher, dass diese Messwerte nicht der maximale Wert sind, drehen Sie das variable Register und erhalten Sie 930-950, und kehren Sie dann zu 900 zurück. Dies ist wichtig, da der Controller in der Lage, eine Temperatur von mehr als 400 Grad Celsius zu messen.

Wenn das variable Register eingestellt ist, halten Sie den Encoder-Griff etwa 2 Sekunden lang gedrückt. Die Ersteinrichtung ist nun abgeschlossen.

Die Lötkolbenheizung

Das Hauptmerkmal der zweiten Generation des Controllers ist das hochfrequente PWM-Signal, das zum Erhitzen des Bügeleisens verwendet wird. Leider erfordert die Verwaltung des Hochfrequenzsignals auf einem MOSFET-Transistor zusätzliche Elemente in den Schaltplänen. Dieser Forenthread erklärt das Problem im Detail. Kurz gesagt hat der MOSFET eine Kapazität im Gate, die zum Laden oder Entladen Zeit benötigt. Um die Geschwindigkeit des MOSFET (irfz44n) zu erhöhen, wird der Zwei-Transistor-Treiber auf Bipolartransistoren implementiert. Sie können ein anderes Bipolartransistorpaar verwenden.

Die Zener-Diode (D2, 15V) wird verwendet, um die Gate-Spannung (Vgs) des MOSFET zu begrenzen, während er geöffnet ist, da die Versorgungsspannung höher als der Maximalwert der MOSFET-vgs-Spannung ist. Die Diode FR107 entfernt die Leistung vom Bügeleisen, wenn der MOSFET geschlossen ist. Sie können diese Diode durch eine andere ersetzen, aber Sie müssen eine schnell wiederherstellbare Diode verwenden.

Der Widerstand des Kalteisen-Heizelements ist sehr gering und einige Notebook-Netzteile können den Betrieb verweigern. Die Steuerung wird einfach zurückgesetzt und das Bügeleisen bleibt in diesem Fall kalt. Um diese Situation zu vermeiden, wird der Kondensator von 1000uF direkt nach dem 24V-Eingang implementiert (siehe komplette Controller-Schaltpläne).

Kalibrieren Sie den Lötkolben

Der Controller liest die Temperatur in internen Einheiten (0-1023), indem er die Spannung am A0 Arduino-Pin liest. Es ist für uns praktisch, die vom Menschen lesbaren Einheiten wie Grad Celsius oder Fahrenheit zu verwenden. Der Controller verfügt über Standardparameter, die es ermöglichen, interne Temperaturmesswerte in von Menschen lesbare Einheiten umzuwandeln. Aber der Lötkolben könnte anders sein, so dass das Kalibrierungsverfahren im Controller implementiert ist. Es gibt drei Referenzpunkte für die Lötkolbenkalibrierung:200, 300 und 400 Grad Celsius. Der Controller speichert interne Messwerte für diese drei Referenzpunkte und verwendet sie, um die Temperatur von internen Messwerten in von Menschen lesbare Werte umzuwandeln.

Wählen Sie "Kalibrierung". Menüpunkt aus dem Setup-Menü, um den Kalibriervorgang zu starten. Wählen Sie den gewünschten Kalibrierpunkt aus der Menüliste (200, 300 oder 400) und schalten Sie das Bügeleisen durch Drücken des Encoder-Griffs ein. Der Lötkolben beginnt zu heizen. Der PID-Algorithmus ermöglicht das Erreichen der gewünschten Temperatur in kurzer Zeit. Wenn die Referenzpunkttemperatur erreicht wäre, piept der Regler, um anzuzeigen, dass er bereit ist, die Temperatur durch einen externen Sensor zu überprüfen. Warten Sie ein wenig, bis sich die Temperatur stabilisiert hat, und überprüfen Sie dann die tatsächliche Temperatur des Lötkolbens mit einem externen Sensor (Thermoelement). Drehen Sie dann den Griff des Drehgebers und wählen Sie die tatsächliche Temperatur des Bügeleisens. Drücken Sie leicht auf den Encoder-Griff. Der Regler speichert die tatsächliche Temperatur für den Referenzpunkt. Wählen Sie die nächste Referenztemperatur und wiederholen Sie den Vorgang. Sie können die Referenztemperatur noch einmal kalibrieren, indem Sie den gewünschten Referenzpunkt auswählen. Sie können jeden Referenzpunkt mehrmals einrichten. Jedes Mal, wenn Sie die tatsächliche Temperatur als Referenzpunkt speichern, aktualisiert der Controller die Übersetzungsformel. Dadurch können Sie das Bügeleisen genauer kalibrieren. Wenn Sie die Kalibrierung abgeschlossen haben, drücken Sie lange auf den Drehgeber-Griff. Nun hat der Regler für alle von Ihnen gewählten Referenztemperaturen neue Werte gespeichert.

Automatische Abschaltfunktion

Die Abschaltautomatik ist in der zweiten Generation des Controllers implementiert. Dies war eine große Herausforderung, da der Bügeleisengriff keinen Stoßsensor oder eine andere Möglichkeit hat, um zu überprüfen, ob das Bügeleisen jetzt richtig verwendet wird oder nur auf dem Tisch liegt. Die Hauptidee war, den Wert der dem Bügeleisen zugeführten Leistung zu verwenden. Im Ruhezustand reduzierte der Regler die Leistung auf den Minimalwert, um die voreingestellte Temperatur zu halten. Leider sind die mathematischen Streuungen der Temperatur und der zugeführten Leistung im Idle-Zustand nicht konstant und können periodisch abweichen. Durch die Abstimmung der Parameter des PID-Algorithmus habe ich die Messwerte stabilisiert und beide Dispersionen minimiert. Nun hält der Regler im Ruhezustand die Temperaturstreuung so gering wie möglich. Das Kriterium für den Eisenverbrauch ist, dass die Leistung vom kleinsten registrierten Wert geringfügig erhöht wurde. Dieser Algorithmus wurde für eine Weile getestet und kann für die automatische Abschaltfunktion verwendet werden.

Diese Lösung ist nicht sehr zuverlässig, daher können Sie diese Funktion deaktivieren, wenn etwas schief geht. Außerdem enthält die Skizze die Klasse zum Debuggen und zur manuellen Abstimmung der PID-Parameter.

Sie können in Ihrer Version des Controllers einen anderen Eisengriff implementieren, der Griff kann den Stoßsensor oder ähnliches haben, um den Ruhezustand sicher zu unterscheiden.

Skizze für 1602-Display

In einigen Ländern gibt es einige Schwierigkeiten, die 0802-Anzeige zu erhalten. Daher wurde eine weitere Skizze veröffentlicht, um die 1602-Anzeige zu unterstützen. Die Skizze ist in der github-Distribution verfügbar. Oder Sie können ein anderes brillantes Projekt von Manoj verwenden, der Schaltpläne im Eagle-Editor erstellt und PCB erstellt hat, um den Lötprozess zu vereinfachen.

Über die Temperaturumsetzung und verschiedene Sensortypen

Um die Temperatur in von Menschen lesbaren Einheiten (Celsius oder Fahrenheit) anzuzeigen, ist IRON_CFG::tempHuman() in der Skizze implementiert. Wie oben erwähnt, liest der Controller die Bügeleisentemperatur in den internen Einheiten (Spannung am analogen Pin A0). Das Kalibrierverfahren ermöglicht die Messung der tatsächlichen Temperatur um drei Referenzpunkte (200, 300 und 400 Grad Celsius). Die erwähnte Methode (tempHuman()) verwendet eine lineare Temperaturinterpolation unter Verwendung von zwei Referenzpunkten, die die aktuellen Eisentemperaturmesswerte senken und erhöhen. Aber es gibt noch einen weiteren nicht kalibrierten Punkt:die Umgebungstemperatur. Wenn die Bügeleisentemperatur unter 200 Grad Celsius liegt, interpoliert der Controller die tatsächliche Temperatur um zwei Punkte:Umgebungstemperatur und 200 Grad. Die Umgebungstemperatur ist in den Zeilen #244 und #245 der Skizze definiert. Diese Werte können an Ihren ganz persönlichen Fall angepasst werden. Wie Sie sehen, setzen diese Werte voraus, dass Sie einen Thermistor als Eisentemperatursensor verwenden (die Umgebungstemperatur beträgt 350 in internen Einheiten). Wenn Sie das Bügeleisen mit Thermoelement verwenden, ändern Sie diesen Wert sicherlich auf 0.

Schlussfolgerung

Es ist die große Freude, einen kontrollierten Lötkolben zu verwenden. Es heizt schnell auf und hält die Temperatur passend zur Situation. Diese Version ist stumm.

Code

Der Quellcode

Schaltpläne