Hakko 907 Lötkolben-Controller – DIY Arduino Netzteil & LED-Display

Komponenten und Materialien

Hakko 907 Lötkolben	×	1
Netzteil 24 V	×	1
DC-DC-Wandler	×	1
Arduino Nano R3	×	1
MAX7219 LED-Matrix-Controller	×	1
Kondensator 10 µF	×	1
Kondensator 100 nF	×	4
Summer	×	1
Widerstand 50 kΩ	×	1
Widerstand 1 kΩ	×	1
Widerstand 100 Ω	×	2
Widerstand 10 kΩ	×	1
Widerstand 2,21 kΩ	×	1
MOSFET-Transistor IRFZ44N	×	1
Drehgeber mit Taster	×	1
LED-Leiste mit 10 roten LEDs	×	1
7-Segment-LED-Anzeige	×	1
Ferritkern	×	1
Diode 1N5408	×	1
Luftfahrtstecker 5-polig 16 mm GX16-5	×	1
Dupont-Kabel weiblich-weiblich	×	1

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• Lötkolben (allgemein)

Apps und Online-Dienste

• Arduino IDE

Über dieses Projekt

Haftungsausschluss

Dies ist die zweite Version der Controller-Software. Einige Fehler wurden behoben, ein neues Menü implementiert. Dieser Controller wird nicht mehr unterstützt. Für alle, die einen neuen Lötcontroller von Grund auf bauen möchten, wird dringend empfohlen, eine andere Version des Lötcontrollers zu bauen, die hier verfügbar ist. Wenn Sie den Controller gemäß der ersten Version dieses Artikels gebaut haben, aktualisieren Sie bitte die Firmware. Nach dem Firmware-Upgrade ist es notwendig, den Kalibrierungsvorgang erneut durchzuführen.

Am Anfang war eine Idee

Als ich im Internet nach interessanten Projekten suchte, hat mich das Projekt einer handgefertigten Lötstation sehr angesprochen. Es war nicht allzu kompliziert, gut dokumentiert und sehr nützlich. Ich benutzte einen einfachen Lötkolben ohne Controller und konnte mir den Unterschied zu einem geregelten Kolben nicht vorstellen. Also war es eine brillante Idee, einen eigenen Controller zu bauen, um es auszuprobieren.

Das erste Problem war der Stecker am Lötkolben. Er war so selten, dass ich keine passende Buchse finden konnte. Daher verwendete ich ein anderes Steckerpaar, das den Eigenschaften des Lötkolbens entsprach. Dieser Stecker ist der im Bauteileliste genannte Luftfahrtstecker GX16-5. Als alle Komponenten per Post geliefert wurden, konnte ich den eigenen Lötcontroller bauen.

Die Hauptmerkmale meines Controllers sind:

• PID-Verfahren zur Temperaturhaltung des Lötkolbens. Der Kolben heizt in ca. 30 Sekunden auf und hält die Temperatur innerhalb von 3 °C.
• Der Controller hält die Temperatur auch bei starker Beanspruchung, da der PID-Algorithmus sehr empfindlich reagiert und die zugeführte Leistung schnell erhöht.
• Zwei Arbeitsmodi: Temperaturhaltung und Leistungsvorgabe.
• Beschleunigter Drehgeber: Bei langsamer Drehung ändert sich die Temperatureinstellung um 1 °C, bei schneller Drehung um 5 °C.
• Die Temperatur wird im EEPROM des Arduino gespeichert, nachdem der Lötkolben verwendet wurde, falls die Temperatureinstellung geändert wurde.
• Zwei Anpassungseinstellungen werden im EEPROM gespeichert: Display-Helligkeit und Temperatureinheit (Celsius oder Fahrenheit).
• Ringpuffer für EEPROM-Schreibzugriffe, um die Lebensdauer des EEPROMs zu erhöhen.
• Kalibriermodus zum Abgleich des variablen Widerstands und zur Kalibrierung der Temperatureinstellungen. Dieser Modus unterstützt den Einrichtungsprozess.

Das Controller-Menü

Der Controller verfügt über mehrere Modi:

• Standby-Modus
• Hauptarbeitsmodus (Temperaturhaltung)
• Leistungsmodus (Leistungsvorgabe)
• Einstellmodus
• Abgleichmodus (Controller-Kalibrierung)

Beim Einschalten wird der Standby-Modus aktiviert. Der Lötkolben ist stromlos, und die Anzeige zeigt „OFF“. Gelegentlich wird die eingestellte Temperatur angezeigt (Symbol „t.“ links). Die gewünschte Temperatur kann durch Drehen des Drehgebers geändert werden. Wurde der Kolben zuvor benutzt, zeigt die Anzeige im Standby-Modus eine Animation des Abkühlvorgangs, und die LED-Leiste zeigt an, wie heiß der Kolben noch ist. Sobald der Kolben kalt ist, erscheint „C0Ld“ auf dem Display.

Um den Lötkolben einzuschalten, drücken Sie den Drehgeber leicht. Der Controller wechselt in den Hauptmodus und regelt die Temperatur auf den Sollwert. Durch Drehen des Drehgebers kann die Zieltemperatur geändert werden. Das Hauptdisplay zeigt entweder die Solltemperatur (Symbol „t.“) oder die Ist-Temperatur. Die LED-Leiste zeigt die zugeführte Leistung. Ein erneutes leichtes Drücken des Drehgebers kehrt in den Standby-Modus zurück.

Der Leistungsmodus wird durch langes Drücken des Drehgebers im Hauptmodus aktiviert. Hier können Sie die dem Lötkolben zugeführte Leistung manuell durch Drehen des Drehgebers einstellen. Das Display zeigt die Kolbentemperatur, die LED-Leiste die Leistung. Langes Drücken kehrt in den Hauptmodus zurück.

In den Einstellmodus gelangen Sie durch langes Drücken des Drehgebers im Standby-Modus. Es gibt fünf Menüpunkte:

• Temperatureinheit („Un. C/F“)
• Display-Helligkeit („br. [0-15]“)
• Kolben-Kalibrierung („tunE“)
• Änderungen speichern („APLy“)
• Änderungen verwerfen („CACL“)

Drehen wählt den Menüpunkt, leichtes Drücken ändert den Wert, erneutes Drücken kehrt zum Menü zurück. Langes Drücken kehrt in den Standby-Modus zurück und speichert die Parameter im EEPROM. Alternativ kann über „Apply“ gespeichert werden. Zum Abbrechen ohne Speichern 30 Sekunden warten oder „Cancel“ wählen.

Die wesentliche Schemaänderung bei der Sensormessung

Das elektrische Schema weist geringfügige Änderungen gegenüber dem Original auf. Mein Hakko 907-Griff verwendet einen Thermowiderstand (NTC), kein Thermoelement. Daher muss die Schaltung zur Temperaturmessung angepasst werden, wie im Bild gezeigt.

Der Hakko 907-Griff hat einen Sensowiderstand von ca. 50 Ω im kalten Zustand, der bei 400 °C auf ca. 200 Ω ansteigt. Andere Griffe können andere Werte haben, daher habe ich einen variablen Widerstand zur Einstellung des Operationsverstärkers LM358N vorgesehen. Dieser soll so eingestellt werden, dass bei heißem Kolben die Ausgangsspannung ca. 4 V beträgt (Arduino A0-Eingang ca. 700).

Hinweis zur zweiten Version: Der LM358N ist nicht sehr präzise. Die Temperaturmessungen schwanken. Für einen Neubau wird empfohlen, eine andere Hardware-Version zu verwenden oder den Verstärker durch einen präziseren Typ zu ersetzen, z. B. AD822, LT1013 oder LMC6462.

Zur Vereinfachung der Kalibrierung ist ein Abgleichmodus im Controller implementiert, der über das Einstellmenü aufgerufen werden kann.

Die Kalibrierung hat zwei Ziele: Einstellung des variablen Widerstands und Berechnung der Formel zur Umwandlung der internen Temperaturwerte (0–1024 am A0-Pin) in Celsius oder Fahrenheit.

Abgleichmodus

Für die Kalibrierung benötigen Sie ein externes Thermometer.

Im Abgleichmodus können Sie den variablen Widerstand einstellen und die Temperaturmessung kalibrieren. Der Sketch geht von einem Temperaturbereich von 180–400 °C aus, der durch Ändern von Konstanten im Programm angepasst werden kann.

Das Abgleichmenü hat fünf Punkte:

• Obere Temperatur einstellen (oberes Quadrat im linken Segment).
• Untere Temperatur einstellen (unteres Quadrat im linken Segment).
• Standardwerte in EEPROM schreiben („dEFt“).
• Kalibrierdaten speichern („APLy“).
• Zum vorherigen Menü zurückkehren ohne Änderungen („CACL“).

Die Zahlen in den ersten beiden Punkten zeigen die internen Sensorwerte für die obere und untere Temperatur. Anfangs sind sie null.

Beim Aktivieren des Abgleichmodus stellen Sie zunächst die Maximaltemperatur ein. Der Controller zeigt die internen Temperaturwerte an. Drehen Sie den Drehgeber, um die Leistung so einzustellen, dass der Kolben 400 °C erreicht (externes Thermometer). Zunächst können Sie die Leistung maximieren, um das Aufheizen zu beschleunigen, dann reduzieren, um 400 °C zu halten.

Drehen Sie nun den variablen Widerstand, um einen Wert von ca. 700 zu erhalten. Stellen Sie sicher, dass dies nicht der Maximalwert ist: Drehen Sie den Widerstand auf 730–750 und zurück auf 700. Wichtig ist, dass der Controller auch Temperaturen über dem Maximum messen kann.

Nachdem der variable Widerstand eingestellt ist, drücken Sie den Drehgeber leicht. Nun stellen Sie die Mindesttemperatur (180 °C) ein. Verringern Sie die Leistung per Drehgeber, bis 180 °C erreicht sind, und speichern Sie durch langes Drücken oder Wahl von „APLy“. Der Controller speichert die internen Werte für 400 °C und 180 °C, die zur Umrechnung in Celsius (oder Fahrenheit) verwendet werden.

Kleine Schemaänderung am Lötkolben-Heizer

Ein Freund riet zu einer weiteren Schemaänderung, um die Netzteilkondensatoren zu schonen. Das Schema implementiert eine Induktivität, um den Leistungsspitzen beim PWM-Schalten des MOSFETs zu begrenzen.

Die Induktivität L1 besteht aus einem Ferritkern (ca. 2 cm Durchmesser) mit 12 Windungen 1 mm Draht. Die Diode 1N5408 leitet die Energie aus L1 ab, wenn der MOSFET sperrt. Dies soll die Lebensdauer des Netzteils erhöhen. Die Induktivität kann durch einen einfachen Draht ersetzt werden, falls der Aufwand zu groß ist.

Fazit

Die Arbeit mit einem geregelten Lötkolben ist ein großer Gewinn. Er heizt schnell auf und hält die Temperatur präzise.

Code

Quellcode des Lötcontrollers

GitHub Repository

Schaltpläne