Sluit die lus op soldering op die oppervlak: 4 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:29

Temperatuur lyk na die maklikste ding ter wêreld om te beheer. Skakel die stoof aan en stel die gewenste temperatuur in. Skakel die oond in die oggend aan en stel die termostaat in. Pas die warm en koue water aan sodat die stort net reg is. Maklik! Maar wat as u die temperatuur buite hierdie alledaagse toepassings wil beheer? As u temperature buite die normale omvang wil hê, of 'n stabiele temperatuur binne 'n smal bereik wil hê, is u meestal alleen.

In my geval wou ek die temperatuur beheer van 'n warm plaat wat gebruik word vir soldeer op die oppervlak. Aanvanklik het ek polswydte modulasie gebruik om stabiele temperature en eksperimenteel bepaalde instellings te verskaf om die vereiste temperatuurprofiel te skep. U kan alles daaroor lees in hierdie instruksies. Hierdie stelsel werk en die temperatuurbeheer op hierdie manier is goed en wel, maar dit het tekortkominge.

Tekortkominge:

• Werk slegs vir my spesifieke kookplaat. Ander is soortgelyk, maar nie identies nie, en eksperimente is nodig om die instellings en tye te bepaal wat nodig is om die vereiste profiel op te stel.
• Dieselfde situasie as ek 'n ander profiel of temperatuur wil hê.
• Die soldeerproses duur lank, aangesien stabiele temperature stadig benader moet word.

Ideaal gesproke kan ons net 'n temperatuur-tydsprofiel spesifiseer, op 'n knoppie druk, en die beheerder laat die kookplaat soos geprogrammeer werk. Ons weet dat dit moontlik is, aangesien daar baie industriële prosesse is wat presies hierdie soort beheer gebruik. Die vraag is of dit maklik en goedkoop tuis gedoen kan word?

Soos u waarskynlik kon raai, is die antwoord ja, aangesien ek hierdie instruksies skryf! Hierdie instruksies sal u wys hoe u u eie temperatuurbeheerder met industriële sterkte kan bou. Ek sal veral soldeer op die oppervlak gemonteer, maar enige proses wat 'n presiese tydstemperatuurprofiel vereis, kan hierdie stelsel gebruik.

Opmerking: as ek die naam "Arduino" gebruik, bedoel ek nie net die (nie heeltemal) kopiereg beskermde Arduino self nie, maar ook die vele publieke domeinweergawes wat gesamentlik bekend staan as "Freeduino". In sommige gevalle gebruik ek die term "Ard/Free-duino", maar die terme moet vir die doeleindes van hierdie instruksie as uitruilbaar beskou word.

Die temperatuurbeheerskema wat in die Extreme Surface Mount Soldeerinstruksie gebruik word, staan bekend as ooplusbeheer. Dit wil sê, 'n waarde wat in die verlede die gewenste temperatuur opgelewer het, sal na verwagting dieselfde temperatuur produseer wanneer dit weer gebruik word. Dit is gereeld waar en lewer die gewenste resultaat. Maar as die toestande effens anders is, sê die motorhuis waar ons werk, is baie koeler of warmer, dan kry u moontlik nie die verwagte resultaat nie.

As ons 'n sensor het wat die temperatuur kan aflees en dit aan 'n kontroleerder kan rapporteer, het ons 'n geslote lusbeheer. Die beheerder kan 'n aanvanklike waarde stel om die temperatuur te verhoog, na die temperatuur kyk soos die tyd verbygaan en die instelling aanpas sodat die temperatuur hoër of laer gaan totdat die gewenste temperatuur bereik is.

Ons benadering sal wees om die AVRTiny2313-gebaseerde PWM-beheerder te vervang deur 'n kragtiger ATMega-gebaseerde beheerder. Die programmering vind plaas in die Arduino -omgewing. Ons sal 'n rekenaar (Linux-Mac-Windows) met verwerking gebruik om die resultate te vertoon en die kontroleerder aan te pas.

Vir die sensor gebruik ons 'n infrarooi temperatuursensor van Harbour Freight. Die IR -sensor word aangepas om die temperatuur uit te voer as 'n seriële datastroom wat die beheerder kan lees. Ons gebruik 'n Ard/Free-duino as die beheerder, met 'n rekenaar (Mac-Linux-Windows) vir invoer by die beheerder. As ons klaar is, sal die stelsel soos die prentjie lyk. (U mag egter minder vreemde stroombane op u broodbord hê. Dit is goed.)

Stap 1: Verander die IR -sensor

Baie dankie aan my slim vriend, Scott Dixon, vir sy noukeurige speurwerk om uit te vind hoe hierdie instrument werk en hoe dit in die algemeen met 'n beheerder nuttig kan word deur die seriële koppelvlak daarvan bloot te stel.

Die toestel waarmee ons begin, is Harbour Freight-onderdeelnommer: 93984-5VGA. Kos ongeveer $ 25. Moenie moeite doen om die waarborg te koop nie.:)} Hier is die skakel. Figuur 1 en 2 toon aansigte voor en agter. Die pyle op figuur 2 dui aan waar die skroewe is wat die kas bymekaar hou. Figuur 3 toon die binnekant van die omhulsel wanneer die skroewe verwyder word en die omhulsel oopgemaak word. Die laserwysermodule kan waarskynlik verwyder word en vir ander projekte gebruik word, alhoewel ek dit nog nie gedoen het nie. Die pyle wys na die skroewe wat u moet verwyder as u die bord wil uithaal om dit te soldeer (skroewe wat in hierdie prentjie verwyder word). Die gebied waar u bedrading moet afsny, moet ook aangedui word om die kas te verlaat. Sien ook Figuur 5. Maak die snit terwyl die bord verwyder word, of ten minste voordat u die drade soldeer. Dit is makliker so.;)} Figuur 4 toon waar die drade gesoldeer sal word. Let op die letter van elke verbinding, sodat u sal weet watter draad is wanneer u die boks toemaak. Figuur 5 toon die drade wat op hul plek gesoldeer is en deur die uitsny gelei word. U kan die omhulsel nou weer bymekaar sit en die instrument moet werk soos voor die operasie. Let op die aansluiting op die drade. Ek gebruik langer drade om eintlik met my beheerder te skakel. As u 'n klein draadjie, 'n klein aansluiting gebruik en die drade kort hou, kan u alles in die tas terugsit as u wil, en die instrument lyk onveranderd. Scott het ook die sagteware geskep om hierdie toestel te koppel. Hy het hierdie dokument gebruik as u die besonderhede wil hê. Dis dit! U het nou 'n IR -temperatuursensor wat werk van -33 tot 250 C.

Stap 2: Sagteware vir beheer

Die IR -temperatuursensor is net so nuttig, maar is slegs 'n deel van die stelsel. Om temperatuur te beheer, word drie items benodig: 'n hittebron, 'n temperatuursensor en 'n kontroleerder wat die sensor kan lees en die hittebron kan beheer. In ons geval is die kookplaat die hittebron, die IR-temperatuursensor (soos verander in die laaste stap) is ons sensor, en 'n geskikte sagteware van Ard/Free-duino met die bestuurder. Alle sagteware vir hierdie Instructable kan afgelaai word as 'n Arduino -pakket en as 'n verwerkingspakket.

Laai die lêer IR_PID_Ard.zip af. Pak dit uit in u Arduino -gids (gewoonlik My Documents/Arduino). Laai die lêer PID_Plotter.zip af. Pak dit uit in u verwerkingsgids (gewoonlik My dokumente/verwerking). Die lêers sal nou in die toepaslike sketsboeke beskikbaar wees.

Die sagteware wat ons sal gebruik, is oorspronklik geskryf deur Tim Hirzel. Dit word aangepas deur die koppelvlak by die IR -sensor te voeg (verskaf deur Scott Dixon). Die sagteware implementeer 'n kontrolealgoritme wat bekend staan as die PID -algoritme. PID staan vir Proportional - Integral - Derivative en is die standaard algoritme wat gebruik word vir industriële temperatuurbeheer. Hierdie algoritme word beskryf in 'n uitstekende artikel van Tim Wescott waarop Tim Hirzel sy sagteware gebaseer het. Lees die artikel hier.

Om die algoritme af te stel (lees hieroor in die genoemde artikel) en om die teikentemperatuurinstellings te verander, gebruik ons 'n verwerkingsskets, ook ontwikkel deur Tim Hirzel. Dit is ontwikkel vir die braai van koffiebone ('n ander toepassing van temperatuurbeheer), en word die Bare Bones Coffee Controller, of BBCC, genoem. Noem eenkant, dit werk uitstekend vir soldeer op die oppervlak. U kan die oorspronklike weergawe hier aflaai.

Die wysiging van die sagteware

In die volgende neem ek aan dat u vertroud is met Arduino en Processing. As u dit nie doen nie, moet u deur die tutoriale gaan totdat dinge sin maak. Plaas gerus kommentaar op hierdie instruksies, en ek sal probeer help.

Die PID -beheerder moet vir u Arduino/Freeduino gewysig word. Die kloklyn van die IR -sensor moet aan 'n onderbrekingspen vasgemaak word. Op 'n Arduino kan dit 1 of 0. wees. Op Freeduinos van verskillende soorte kan u enige beskikbare onderbrekings gebruik. Koppel die datalyn van die sensor aan 'n ander pen in die omgewing (soos D0 of D1 of 'n ander pen van u keuse). Die bedieningslyn na die kookplaat kan van enige digitale pen kom. Op my spesifieke Freeduino -kloon (beskryf hier) gebruik ek D1 en die gepaardgaande onderbreking (1) vir die klok, D0 vir data en B4 vir die kontrolelyn na die kookplaat.

Nadat u die sagteware afgelaai het, begin u Arduino -omgewing en maak IR_PID oop in die menu -item File/Sketchbook. Onder die pwm -oortjie kan u die HEAT_RELAY_PIN definieer as toepaslik vir u Arduino- of Freeduino -variant. Doen dieselfde onder die temp -oortjie vir die IR_CLK PIN, IR_DATA PIN en IR_INT. U moet gereed wees om saam te stel en af te laai.

Begin u verwerkingsomgewing op dieselfde manier en maak die PID_Plotter -skets oop. Pas die BAUDRATE aan op die korrekte waarde en stel die indeks wat in Serial.list () [1] gebruik word, op die korrekte waarde vir u stelsel (my poort is indeks 1).

Stap 3: Sluit alles aan

Die AC -beheerstelsel vir die kookplaat is uiteengesit in die Extreme Surface Mount Soldeerinstruksie wat reeds genoem is, of u kan u eie SSR (solid state relais) koop. Maak seker dat dit die las van die kookplaat met voldoende marge kan hanteer, sê 'n nommer van 20 tot 40 watt, aangesien die toetsing deur die Chinese iets te wense oorlaat. As u die AC-beheerder van die kookplaat van my Instructable gebruik, voer dan 'n springer van die weerstand op die bedieningsingang af op die Ard/Free-duino en 'n jumper vanaf die bedieningsuitset (B4, of wat u ook al gekies het) na Control Signal Invoer. Sien die prentjie van die kontroleerder. Die geel trui is die Control Signal Input en die groen trui gaan grond toe. Ek hou daarvan om 'n blinkenlig (gelei met 'n weerstand op die grond) op die uitvoerpen te gebruik, sodat ek weet wanneer dit aan is. Koppel u trui tussen die LED en die poort soos aangedui. Raadpleeg die Teensy ++ aansluitdiagram.

Maak nou 'n steun om die IR -temperatuursensor oor u kookplaat te hou. Die prentjie wys wat ek gedoen het. Eenvoudig maar stewig is die reël. Hou alles wat ontvlambaar is, weg van die kookplaat; die sensor is van plastiek en blykbaar net 3 duim bokant die oppervlak van die bord te wees. Drade drade van die aansluiting op u sensor na die toepaslike penne op u Ard/Free-duino. Verbindings vir die IR -sensor word getoon in die Teensy ++ aansluitdiagram. Pas dit aan soos nodig vir u Ard/Free-duino.

Belangrike veiligheidsopmerking: die IR -sensor het 'n geleide aanwyser wat help om dit te rig. As jy katte soos myne het, jaag hulle graag die geleide wyser. Bedek dus die led met 'n paar ondeursigtige kleefband om te voorkom dat u katte op die kookplaat spring as u dit gebruik.

Hier is hoe u die stelsel kan toets en die aanvanklike teikenwaardes vir temperatuur kan stel voordat u die AC -beheerder van die kookplaat in 120V aansluit. Ek stel 'n teiken temperatuur van 20 C voor, sodat verhitting nie onmiddellik begin nie. Hierdie waardes sal in EEPROM gestoor word en die volgende keer gebruik word, dus maak seker dat u altyd 'n lae waarde as die teiken temperatuur stoor as u klaar is met 'n soldeersessie. Ek vind dit 'n goeie idee om die temperatuurbeheerder eers te begin met die kookplaat wat eers ontkoppel is. Maak seker dat alles werk voordat u dit aansluit.

Koppel u seriële poort aan u Arduino en skakel dit aan. Stel die Arduino -skets saam en laai dit af. Begin die verwerkingskets om met die beheerder te kommunikeer en resultate te vertoon. Soms sal die Arduino -skets nie sinchroniseer met die verwerkingskets nie. As dit gebeur, sien u die boodskap "Geen opdatering" in die konsole -venster van die verwerkingskets. Stop en herbegin die verwerkingskets, en dinge moet in orde wees. Indien nie, kyk dan na die afdeling Probleemoplossing hieronder.

Hier is die opdragte vir die beheerder. "Delta" is die hoeveelheid wat 'n parameter sal verander wanneer dit beveel word. Stel eers die waarde van delta in wat u wil gebruik. Pas dan die gewenste parameter aan met die delta. Gebruik byvoorbeeld die + en - om delta 10 te maak. Gebruik dan T (hoofletter "T") om die teiken temperatuur met 10 grade C te verhoog, of t (klein letter "t") om die teiken temperatuur met 10 grade te verlaag. Opdragte:

+/-: verstel delta met 'n faktor van tien P/p: op/af pas p wins met delta aan I/i: op/af pas aan versterk deur delta D/d: op/af pas d wins aan met delta T/t: omhoog/af pas die temp aan deur delta h: skakel die hulpskerm aan en af R: stel waardes terug - doen dit die eerste keer dat u die kontroleerder gebruik

Sodra u temperatuuropdaterings ontvang het, moet die grafiese venster van die skets soos die prentjie lyk. As 'n groot grys gebied op die skerm verskyn met 'n paar opdragte beskryf, tik eenvoudig "h" om dit uit te vee. As u vir die eerste keer begin, word u moontlik gevra om die aanvanklike waardes terug te stel. Gaan voort en doen dit. Die waardes in die regter boonste hoek is die huidige lesings en instellings. "Doel" is die huidige teiken temperatuur en word verander deur die "t" opdrag soos hierbo beskryf. 'Curr' is die huidige temperatuurmeting van die sensor. “P”, “I” en “D” is die parameters vir die PID -beheeralgoritme. Gebruik die opdragte "p", "i" en "d" om dit te verander. Ek sal hulle binnekort bespreek. "Pow" is die kragopdrag van die PID -beheerder na die kookplaat. Dit is 'n waarde tussen 0 (altyd af) en 1000 (altyd aan).

As u u hand onder die sensor steek, behoort u die temperatuur (Curr) te sien opskiet. As u nou die teikentemperatuur verhoog, sien u die krag (Pow) waarde toeneem en die uitset -LED sal knipper. Verhoog die teikentemperatuur en die uitset -led sal langer aanhou. As die kookplaat gekoppel en werk, sal die verhitting van die teiken temperatuur veroorsaak dat die kookplaat aanskakel. Namate die huidige temperatuur die teiken temperatuur nader, sal die tyd betyds afneem sodat die teiken temperatuur met minimale oorskiet benader word. Dan is die tyd betyds genoeg om die teikentemperatuur te handhaaf.

Hier is hoe u die parameters vir die PID -algoritme kan stel. U kan begin met die waardes wat ek gebruik. P van 40, I van 0,1 en D van 100. My stelsel sal binne ongeveer 30 sekondes 'n 50C -stap doen met 'n oorskryding van minder as 5 grade. As u stelsel aansienlik anders presteer, wil u dit instel. Dit kan lastig wees om 'n PID -beheerder in te stel, maar die artikel waarna hierbo verwys word, verduidelik hoe u dit baie effektief kan doen.

Nou is dit tyd vir die regte ding. Steek die kookplaat in die AC -beheerder van die kookplaat soos beskryf in Extreme Surface Mount Soldeer. Lees ook al die waarskuwings daarin. Plaas u temperatuursensor so dat dit ongeveer 3 sentimeter bokant u kookplaat is en direk daarop wys. Skakel jou Ard/Free-duino aan. Maak seker dat alle verbindings korrek is en dat u sagteware (die PID -beheerder en die moniteringsprogram) behoorlik werk. Begin met die teikentemperatuur op 20 C. Verhoog dan die teikentemperatuur tot 40 C. Die kookplaat moet aangaan en die temperatuur moet glad styg tot 40C +/- 2 C. U kan nou probeer om die temperatuur te verhoog terwyl u die prestasie waarneem van u stelsel. U sal sien dat die bord baie langer neem om af te koel as om dit op te warm.

Probleemoplossing

As die verwerkingskets nie werk nie of die temperatuur nie opdateer nie, stop die verwerkingskets en begin 'n seriële terminaal (byvoorbeeld Hyperterminal op Windows). Tik die spasiebalk en druk terug. Die Arduino moet reageer met die huidige temperatuurlesing. Pas die instellings van baud rate, ens aan totdat u die gewenste antwoord kry. Sodra dit werk, moet die verwerkingskets uitgevoer word. As u steeds probleme ondervind, moet u seker maak dat u penopdragte ooreenstem met u fisiese bedrading en dat u krag en grond aan die toepaslike penne van die temperatuursensor gekoppel het.

Stap 4: Soldeer op die oppervlak

Die gebruik van die temperatuurbeheerstelsel wat in hierdie instruksies beskryf word, verbeter die soldering van die uiterste oppervlak op twee maniere. Eerstens is temperatuurbeheer meer akkuraat en aansienlik vinniger. Dus, in plaas van 'n stadige oprit van ongeveer 120C tot 180C oor 6 minute of so, kan ons vinnig na 180C gaan, 2 ½ tot 3 minute lank hou en ongeveer 'n minuut vinnig na 220C tot 240C gaan. Ons moet nog steeds kyk na die punt wanneer die soldeer vloei en die krag afskakel, of net vinnig die teiken temperatuur verlaag. Aangesien die temperatuur baie stadig daal, skuif ek gewoonlik my stroombane van die kookplaat af sodra die temperatuur onder 210C afgekoel het. Sit dit op 'n stuk hout of hout, nie metaal nie. Die metaal kan veroorsaak dat hulle te vinnig afkoel. Let ook daarop dat u die teikentemperatuur moontlik oor 250C moet verhoog (die maksimum wat die sensor sal lees) om die bord in sekere gebiede warm genoeg te kry. Die plaat bereik nie 'n enkele temperatuur oor die hele oppervlak nie, maar sal in sekere gebiede koeler wees as ander. U sal dit leer deur te eksperimenteer.

Die tweede verbeteringsgebied is 'n vermindering van die tyd tussen soldeersiklusse. Met die oop lusstelsel moes ek wag totdat die kookplaat afkoel tot kamertemperatuur (ongeveer 20C) om 'n nuwe soldeersiklus te begin. As ek dit nie gedoen het nie, sou die temperatuursiklus nie korrek wees nie (verandering van aanvanklike toestande). Nou hoef ek net te wag vir 'n stabiele temperatuur rondom 100C en ek kan 'n nuwe siklus begin.

Die temperatuursiklus wat ek nou gebruik, word hierbo geïmpliseer, maar dit is presies hier. Begin by 100C. Plaas u borde twee tot drie minute op die kookplaat om op te warm - langer met groot komponente. Stel die teikentemperatuur op 180C. Hierdie temperatuur word binne minder as 'n minuut bereik. Hou hier vir 2 ½ minute. Stel u teiken op 250C. Sodra al die soldeer vloei, verlaag die teikentemperatuur tot ongeveer 100C. Die temperatuur van u bord bly hoog. Sodra dit afneem tot 210C, of die tyd van 1 minuut verloop, skuif u planke van die kookplaat af op 'n afkoelplatform van perfboard of hout. Soldeer word gedoen.

As u 'n ander temperatuurprofiel wil gebruik, hoef u dit nie met hierdie beheerstelsel te bereik nie.

U kan eksperimenteer met die posisie van die temperatuursensor bo u kookplaat. Ek het gevind dat nie alle dele van die kookplaat op dieselfde tyd dieselfde temperatuur bereik nie. Afhangende van waar u u sensor plaas, kan die werklike tyd en temperatuur wat nodig is om die soldeerstroom te laat vloei, wissel. Nadat u 'n resep uitgewerk het, gebruik dieselfde posisie van die sensor vir herhaalbare resultate.

Gelukkige soldering!