Печатная плата фена на atmega8: Паяльная станция на ATmega8 и дисплее LPH8731-3C

Паяльная станция на ATmega8 и дисплее LPH8731-3C

В данной статье пойдет речь о таком востребованном помощнике радиолюбителя, как паяльная станция. На момент написания этой статьи, мной было найдено очень большое количество различных схем паяльных станций — от самых простых, до сложных и навороченных «монстров», аналогов которым и в магазине не найдешь. Идеей собрать паяльную станцию я загорелся еще достаточно давно, но повторять чью-то конструкцию не было желания, а на разработку своей схемы — времени. Но пару месяцев назад срочно понадобилась паяльная станция (закупил микроконтроллеры в корпусах TQFP, а обычный паяльник мало того что и имел толстое жало, но оно еще и нещадно перегревалось и обгорало).

Требования к устройству были следующими:

•  Возможность запоминания температуры
•  Управление энкодером от оптической мыши
•  Использование МК ATmega8 (они были в наличии)
•  Отображение информации на LCD

Изначально планировалось не изобретать велосипед, а просто собрать одну из схем, представленных в интернете.

Но потом, прикинув все «за» и «против»,решил все же заняться составлением собственной схемы.

Результат работы представлен ниже:

** Я был очень удивлен, когда просматривал схемы паяльных станций в интернете. Практически у всех встреченных мной вариантах ОУ был включен просто по схеме неинвертирующего усилителя. В данной конструкции используется дифференциальное включение операционного усилителя (самый простой вариант, но тем не менее, работающий гораздо лучше, нежели «простое» включение).

В данной схеме есть еще одна особенность — для питания LCD пришлось использовать стабилизатор на 3.3В — LM1117-3.3. От него и питается МК вместе с LCD. Операционный усилитель же для питания используется 5В, которые снимаются от линейного стабилизатора LM7805, находящегося за пределами печатной платы, а потому не отображенном на схеме.

Для управления нагрузкой применен мощный полевой транзистор Q1 IRFZ24N, но так как потенциала в 3.3В явно недостаточно для его открытия, пришлось добавлять маломощный биполярный транзистор Q2 — КТ315.

Для отображения информации в устройстве применен LCD дисплей от мобильного телефона Siemens A65 (так же встречается в A60, A62 и т.д.).

ВНИМАНИЕ! Необходим дисплей с желтым текстолитом, имеющий надпись LPH8731-3C. Дисплеи с зеленой подложкой имеют другие контроллеры, не совместимые с данным.

Распиновка дисплея показана ниже:

На 6 вывод подается 3.3В от стабилизатора LM1117-3.3, а питание подсветки происходит от 5В через резисторы 100 Ом.

Печатная плата выполнена на двухстороннем фольгированном материале (текстолит или гетинакс), и имеет размеры 77х57 мм. Она рассчитана под микроконтроллер ATmega8 в корпусе TQFP32, и ввиду этого особой простотой похвастаться не может. Но метод ЛУТ позволит без проблем с ней справиться (я рисовал дорожки лаком).

Топология печатной платы показана ниже:

В итоге, устройство получило следующие возможности:

• Установка начальной (стартовой) температуры
• Возможность задавать три профиля (температуры), и быстро переключаться между ними
• Регулировка значений происходит с помощью энкодера, что позволило избежать дополнительных кнопок
• При достижении заданной температуры включается звуковой сигнал (можно отключить в меню)
• Нажатия кнопок так же могут сопровождаться звуковыми сигналами (можно отключить в меню)
• Границу звукового сигнала так же можно изменить
• Для поддержания заданной температуры используется ШИМ
• Возможно задать границу температуры, при достижении которой будет включаться ШИМ
• Яркость подсветки регулируется
• Присутствует режим ожидания
• Температура режима ожидания регулируется
• Время до включения режима ожидания регулируется
• Четыре варианта отображения температуры на выбор (только установленная, только реальная, уст. + реал., уст. + реал. поочередно)

В данной схеме используется энкодер от оптической мыши, и достать его не составит труда.

Распиновка энкодера:

Микроконтроллер, увы, заменить нельзя даже на аналогичный без индекса «L», так как питание схемы — 3.3В. По поводу дисплея уже упоминалось ранее. В схеме в основном применены smd резисторы типоразмера 0805, но присутствует и 4 обыкновенных МЛТ-0,125. Все конденсаторы, за исключением электролитических, так же типоразмера 0805. В качестве стабилизатора 3.3В можно использовать любой, аналогичный LM1117-3.3, к примеру AMS1117-3.3. Вместо транзисторов BC547 и КТ315 можно использовать любые кремниевые маломощные структуры n-p-n, например, КТ312, КТ315, КТ3102 и т.д. Транзистор IRFZ24N можно заменить на IRFZ44N, либо аналогичный.Программа для микроконтроллера написана в WinAVR. Я не буду описывать в статье код, так как это повлечет за собой большой объем текста.

Если у вас возникнут вопросы, задавайте их в комментариях, или в теме на форуме.

Все необходимые файлы для самостоятельной компиляции проекта есть в архиве, прикрепленном к статье.

При программировании микроконтроллера необходимо снять перемычку JP1, и подключить к верхнему (по схеме) контакту 5В с программатора, минуя стабилизатор 3.3В. Так же перед программированием необходимо отключить LCD дисплей, так как он не предназначен для использования с питающим напряжением 5В (хотя у меня работал, но рисковать не стоит). Прошивку в микроконтроллер я заливал с помощью программы Khazama AVR Programmer и программатора USBasp.

Скриншот установки fuse-битов представлен ниже:

Для точной настройки коэффициента усиления ОУ необходимо установить ручки подстроечных резисторов RV1 и RV2 так, что бы суммарное сопротивление RV1+R7 и RV2+R16 было ровно в 100 раз больше, нежели сопротивление R8 и R10. Далее, необходимо измеряя реальную температуру жала паяльника, например, мультиметром с термопарой, проверить — совпадают ли значение температуры на экране устройства и данные мультиметра. Если показания значительно расходятся, необходимо подкорректировать их резисторами RV1 и RV2.

Для произвольного включения/отключения режима ожидания предусмотрена отдельная кнопка (SB3).

И напоследок фото и видео работы устройства:

   

 

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
U1	МК AVR 8-бит	ATmega8-16PU	1	Индекс «L»	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
U2	Операционный усилитель	LM358N	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
U3	Линейный регулятор	LM1117-3. 3	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
LCD1	LCD-дисплей	LPH8731-3C	1	Желтый текстолит	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
Q2, Q3	Биполярный транзистор	BC547	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
Q1	MOSFET-транзистор	IRFZ24N	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1 — R3, R13, R14, R17	Резистор	100 Ом	6	R1 — R3, R17 (0805), R13 — R14 (МЛТ-0,125)	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R8, R10, R15	Резистор	1 кОм	3	0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R11	Резистор	4. 7 кОм	1	МЛТ-0,125	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R6, R12	Резистор	10 кОм	2	0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R4, R5	Резистор	47 кОм	2	0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R7, R16	Резистор	91 кОм	2	0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
RV1, RV2	Подстроечный резистор	10 кОм	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C1, C4 — C5	Конденсатор	100 нФ	3	0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C2, C3	Электролитический конденсатор	100 мкФ х 50 В	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
L1	Катушка индуктивности	100 мГн	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
D2	Светодиод	Красный	1	5мм	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
D1	Светодиод	Желтый	1	5мм	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
D3	Светодиод	Зеленый	1	5мм	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
SB1 — SB6	Датчик	Тактовая кнопка	6		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
E1	Датчик	Энкодер	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
LS1	Излучатель	Пъезоэлектрический излучатель	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
J1-J13	Разъем	PLS-40	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
						Добавить все

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Паяльная станция
• LCD
• Энкодер
• Proteus
• AVR
• Микроконтроллер

ТЕРМОВОЗДУШНАЯ ПАЯЛЬНАЯ СТАНЦИЯ «DIDAV»

Всем доброго времени суток уважаемые радиолюбители! Предлагаю всем несложную схему паяльной станции с феном. Была давно затея сделать паяльную станцию, именно своими руками. Покупать в магазине для меня было не целеобразно, так как не устраивала ни цена, ни качество, ни управление, ни надёжность. После долгих поисков в интернете была найдена на мой взгляд лучшая и единственная в своем роде схема на микроконтроллере atmega8 и двухстрочном LCD дисплее Wh2602, с управлением на энкодере. Проект новый и не является клоном одних и тех же «затёртых до дыр» схем, в общем не имеет аналогов.                    

Особенности устройства

Станция имеет такие преимущества как:

1. Меню настроек.
2. Две кнопки «памяти», то есть два предустановленных температурных режима для паяльника и фена.
3. Таймер перехода в спящий режим, установить таймер можно в настройках.
4. Цифровая калибровка паяльника, также находится в настройках.
5. Построена на бюджетных комплектующих.
6. Печатная плата разработана мной под корпус от БП ПК, так что с корпусом тоже не возникнет проблем.  
7. Для питания станции можно применить ту же плату от блока ПК, немного переделав под нужные 20-24v(зависит от трансформатора), благо размеры корпуса позволяют это сделать. Можно немного укоротить радиаторы, так как для питания нам нужно всего лишь 24v и 2-3 ампера и сильного нагрева силовых транзисторов и диодной сборки не будет.
8. В прошивке заложен «Пи» алгоритм регулирования нагрева фена, что даёт равномерный нагрев спирали фена и отсекает ИК излучение в моменты включения фена. В общем при умелом пользовании фена ни одна деталька не «прижарится» раньше времени.

Принципиальная схема

Изначально, в авторском варианте, схема была выполнена полностью на SMD компонентах (в том числе и atmega8) и на двухсторонней плате. Повторить её для меня, и думаю большинства радиолюбителей, не представляется возможным. Поэтому перевел схему и разработал плату на DIP компонентах. Конструкция выполнена на двух печатных платах: высоковольтная часть  сделана на отдельной платке во избежание наводок и помех. Паяльник применён с термопарой, на 24v 50w от станции «Baku».

Фен применен от этой же фирмы, c термопарой в качестве датчика температуры. Имеет нихромовый нагреватель с сопротивлением около 70 ом и «турбинку» на 24v. На экране отображается температура: заданная и фактическая для фена и паяльника, сила воздушного потока фена(отображается в виде горизонтальной шкалы в нижней строчке экранчика).

Для увеличения, уменьшения температуры и потока воздуха турбинки: переносится курсор кратковременным нажатием на энкодер, и поворачивая влево или вправо устанавливается нужное значение. Удерживая первую или вторую кнопку памяти можно запомнить удобную для вас температуру и при следующем использовании, нажав на память, сразу пойдет нагрев до установленных в памяти значений. Запуск фена осуществляется нажатием на кнопку «Fen ON», которая находится на лицевой панели, но можно вывести её на ручку фена, использовав проводки идущие на геркон, так как в данной станции он не используется. Для перехода фена в спящий режим: также нужно нажать на кнопку «Fen ON», при этом нагрев фена прекратится, а турбинка фена будет остужать его до заданной температуры(от 5 до 200 градусов), которую можно выставить в настройках.  

Сборка станции

1. Изготавливаем основную плату по народному рецепту «ЛУТ»
2. Сверлим, лудим готовую платку.
3. Впаиваем стабилизатор 7805, шунтирующие конденсаторы, перемычку под панелькой для МК и остальные перемычки, панельку и шунтирующие конденсаторы возле панельки.
4. Подключаем питание 24v, проверяем напряжение после 7805 и на панельке МК. Убеждаемся что на 7 и 20 контакте присутствует +5V, а на 8 и 22 минус 5v, то есть GND.
5. Припаиваем непосредственную обвязку МК и  LCD 1602, необходимую для первого запуска схемы. А это: R1, R2, подстроечник (для регулировки контраста экрана, есть на печатной плате), энкодер с кнопками S1 и S2 (эти компоненты паяются со стороны дорожек).
6. Припаиваем проводки к экранчику, всего 10 проводков. Контакты на самом экранчике: VSS, K, RW – необходимо соединить вместе, при помощи проводков.
7. Прошиваем atmega8. Байты конфигурации: 0xE4 – LOW, 0xD9 – HIGH
8. Подключаем питание, схема находится в спящем режиме. При  кратковременном нажатии на энкодер – должна загорается подсветка и вылезти приветствие. Если этого не случилось: смотрим на 2 ноге МК после включения должно быть устойчивые +5в. Если не так – смотрим обвязку atmega8, фьюзы. Если есть +5v – распайку индикатора. Если есть подсветка, но нет символов – крутим подстроечник контраста экрана до появления их.
9. После удачного пробного запуска: допаиваем всё кроме высоковольтной части на отдельной плате.
10. Запускаем станцию с подключенным паяльником, любуемся результатом.
11. Изготавливаем  платку для высоковольтной части  схемы. Впаиваем детали.

Запуск паяльной станции

Первый запуск с высоковольтной частью:

1. Подключаем термопару фена и турбинку к основной плате.
2. Подключаем лампу накаливания 220v, вместо нагревателя фена, к высоковольтной платке.
3. Включаем станцию,запускаем фен кнопкой «Fen ON» – лампа должна засветится. Выключаем.
4. Если не «бахнуло», и симистор не горячий (желательно закрепить на радиатор) – подсоединяем нагреватель фена.
5. Запускаем станцию с феном. Любуемся работой фена. Если есть посторонний звук (писк, скрежет) в районе симистора – подбираем конденсатор C3 в снаббере симистора, от 10 до 100 нанофарад. Но буду честен, и скажу сразу – ставьте 100n.
6. Если есть разница в показаниях температуры фена – можно подкорректировать резистором R14 в обвязке ОУ.

Замена деталей

Некоторые замены активных и не очень активных компонентов:

• ОУ – Lm358, Lm2904, Ha17358.
• Полевые транзисторы – Irfz44, Irfz46, Irfz48, Irf3205, Irf3713 и подобные, подходящие по напряжению  и току.
• Биполярный транзистор Т1 – С9014, С5551, BC546 и подобные.
• Оптопара MOC3021 – MOC3023, MOC3052 без перехода через ноль (без zero kross по даташиту).
• Оптопара PC817 – PC818, PC123
• Стабилитрон ZD1 – любой на напряжение стабилизации от 4,3 – 5,1V.
• Энкодер с кнопкой, я применял от автомагнитолы.
• Конденсатор в снаббере симистора обязательно на 400v и 100n!
• LCD Wh2602 – смотреть внимательно расположение контактов при соединении с основной платой, от разных производителей может отличаться.
• Для питания лучшим вариантом будет стабилизированный бп на 24V 2-4A, с одного большого восточного магазина или  переделанный БП АТХ. Хотя я применял 24V 1,2A от принтера, немного греется при пользовании паяльника, но мне хватает. На худой конец трансформатор с диодным мостом, но не советую.

Корпус станции

У меня корпус от БП ПК. Панель из оргстекла, при покраске необходимо оставить окошко для экрана методом приклеивания малярного скотча с двух сторон. Корпус покрашен в один слой грунта и два слоя чёрной матовой краски из баллончика. Для паяльника применён советский пятиштырьковый штекер от магнитофона. Фен не отсоединяется, штырьками подсоединён непосредственно к основной плате. Гнездо паяльника, шнур фена и сетевой шнур расположены на задней стенке корпуса. На передней панели расположены только органы управления, экран, сетевой выключатель и индикатор работы фена. Первая моя конструкция была с панелью из текстолита, с вытравленными надписями, но к сожалению фото не осталось. В архиве прилагаются рисунки печатных плат, рисунок панели, схема в Splan и прошивка.

Видео

P.S. Станция имеет название «Didav» – это псевдоним человека создавшего схему и прошивку данного аппарата. Всем удачной пайки без «соплей». Дополнение по схеме и прошивкам смотрите тут. Специально для сайта Радиосхемы – Akplex.