Например TDA7294

Добавить ссылку на форум

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Паяльная станция из глины и веток - attiny45, lmp7721, миллиамперметр и все-все-все

Внимание! Порядок добавления тегов имеет значение! Начинайте добавлять с наиболее важного. По возможности пользуйтесь уже существующими тегами


Автор: justatom
Опубликовано 22.05.2018.
Создано при помощи КотоРед.

(антинаучно-развлекательная история)

 

"Если к вам неожиданно пришли гости,
а угостить их совершенно нечем,
cпуститесь в погреб и возьмите со льда
кусок свежей, не очень жирной осетрины..." (1)

 

 

Вот я однажды и спустился в погреб. Хотя, гостей никаких не было. Вернее, была одна гостья - по прозванию блажь.
Захотелось создать паяльную станцию.
Не последнюю роль тут сыграла одна ветка в радиокотовом форуме, где народ отчаянно ломал копья, типа - PID или не PID!? Как сделать, чтобы паяльная станция паяла, чтобы паяльник не примерзал к полигону; какой подход, какой алгоритм, какой паяльник и т.д.

В итоге (как уже не единожды случалось) решил сделать сам. Из глины и веток (иначе почему-то не интересно), а по факту - частенько бегал за осетрами. Решил написать не потому, что вышло круто, а ради всяких побочных моментов, - вдруг, кому-то что-то да и пригодится...

Но по порядку.

Паяльник


Первый шмат нежирной осетрины. Взял легкий ухватистый от Lukey-702. Купил и "допилил", как рекомендует сеть (2). Ну и пусть его ругают. "Иглой" легко берет поодиночке ноги TQFP и даже что помельче. Паяльник - 400р, нагреватель для "допиливания" - еще 250.
А вот держалка для него у меня была (скажу по секрету, у меня и сам люкей был, но это не важно, шоу маст гоу он).

 

 

Рис.1 Паяльник.

 

Из битой материнки для паяльника добываются разъемы PS/2. Они, конечно, где-то продаются, но вот так - продолжаю собирать свои "веточки". Учтите, что очень похожий разъем mini DIN 6 pin может не подойти. Тут нужен именно как под мышь.

Блок питания


Второй кусок из погреба. Но увы. Нужного нет. Полно блоков на 12В/5В (2А) для всяких мониторов и хардовых боксов. А на 24В - нет. На 24В * 2А (мощность нагревательного элемента паяльника) блок будет посерьезней.
И пошла мысль по вполне стандартному пути: сделать из двух мелких блоков один большой, аж со средней точкой. Благо, как раз имелись два одинаковых 12В/5В. Тут и готовое питание для "мозгов", между прочим, КРЕН не нужен.

Так в мире делают сплошь и рядом: из двух - один помощнее. Только в общем случае не забывайте контролировать выход земли на общую шину (например, корпус) (если такое есть, то хоть в одном нужно разземлить чтобы не было КЗ) и прокладывайте блоки диодами. Вот как-то так:

 

Рис.2 Как из двух блоков один сделать.

 

Вот что вышло на практике. Учтя замечания участников по цвету изоленты (3), решился на компромисс; пусть будет как на штабных картах. И синие и красные...

 

 

Рис. 3 Как вышло на практике.

 

Корпус

Дальше взял битый древний блок для компа (250Вт) и демонтировал начинку. Хотя, не до конца; оставил в качестве основы плату, не счищая с нее всякую мелкую мелочь.
Вышло символично, - вот так, на пепле былых империй возникают варварские деревеньки:

 

 

Рис. 4 Корпус для изделия, гнезда для паяльника, миллиамперметр (скоро поймете зачем)

 

Вырезаем решетку вентилятора и получаем аккурат окно под приборную панель.

По-хорошему - прихомутать бы блоки прямо к корпусу, и придавить люменевыми планками, для лучшего теплоотвода. И ножки для коробки сделать из ластиков. Но не стал. Ведь не обязательно.
Забегая чуть вперед - уже собрав и опробовав изделие, нашел в сети фотку подобного, только без косяков с оставлением платы. Мой ум, выходит, весьма стереотипен((

 

Основные идеи


А теперь о прозрении, как сделать "мозги", "глаза" и "руки". Собственно, паяльная станция как таковая.

Мощный МК брать не хотелось. Мегу8 не хотелось. Хотелось что-то крошковое. Не 13-ю, конечно, tiny, но пусть - хоть 45-ю. Пусть она и температуру читает, и ее же показывает, и паяльник греет и управление получает. На все про все - 5 лапок (4). Это явно интереснее меги.

Показывать температуру решил на миллиамперметре - это одна из изюминок.
Миллиамперметр завалялся от проекта по "поджариванию" мозгов (транскраниальная электро-стимуляция мозга импульсным током с контролем тока; дело не пошло, эта "терапия" сработала почти как лоботомия, в результате чего я отупел и занимаюсь теперь паяльными станциями на tiny45) (5).

Так-вот.
Шкала приборчика - 5 мА. Люкей греет до 480С, - прямо то, что нужно, если мысленно делить температуру на 100. Это легко.
Как идет показ.
Преобразовываю температуру в нужный ШИМ и выдаю через балласт на амперметр. Калибрую подстройкой. Постоянную составляющую (200С в виде 2мА - ведь люкей начинает греть с 200С) добираю отдельным токовым балластом опять же с подстройкой.

По контроллеру.
Считаем пины:
1. На показ температуры - выход с ШИМ.
2. На управление силовым ключом (24В, 2А) - выход с ШИМ.
3. На чтение усиленного сигнала термопары - вход АЦП.
4. На чтение потенциометра указания - вход АЦП.
5. На индикацию режимов - выход на светодиод.

Но еще жизненно необходима кнопка - переключать режимы и не только.
Где взять?
RESET.
Ведь значение переменных можно сохранять между перезагрузками. Об этом часто забывают цивилизованные пользователи, но помнят любители халявы.

Силовой ключ.
Вполне мог бы взять из разоренного блока. Там был очень даже неплохой MOSFET - 40N03P (30В; +-20В; 40А; 1-3В; 0.017Ом). Но не стал. Потому, что он в единственном экземпляре. А для любого проекта беру лишь компоненты с дублером. Этот принцип, кстати, очень рекомендую. Когда случается досадная авария, ох как обидно вместо быстрого реванша тащиться в магазин. С дублером же оказался лишь IRL3705N - в данном случае противоворобьиная гаубица (55В; +-16В; 89А; 1-2В; 0.01Ом).

Про аналоговую часть.
Показания термопары нужно усилить. Обычно усиливают в 100-200 раз. Операционником с малым смещением (доли милливольта).
У меня в погребе валялся lmp7721, отличный агрегат, между прочим (6), смещение 26 микровольт. И близок к rail-2-rail. Есть у него одна тонкость, но об этом позже. Смело и глупо усилил в 162 раза (чтобы для легкости отладки 18.8мВ (по калибровке термопары это мои любимые 370С (7)) транслировались аккурат в 3В, а так - какая разница...)

Компенсации холодного спая нет (паяльник своей архитектурой уже налагает специфику).

Еще одну глупость (или нет) учинил. Жалко было 7721 запаивать на плату (а плата, друзья, не простая, а макетная! Не ЛУТ! Ибо ветки и почва!) и сделал втыкаемый адаптер. С дублированием контактов для прочности, один-то ряд всегда болтается. Уж не знаю, насколько чуткой это стало антенной для наводок. А так - не делал даже рекомендованный даташитом GUARD-контур. Глина. Ветки...
Есть журналистика в стиле "гонзо", а когда делал эту дурь с адаптером для 7721, то получилось электро-гонзо, пьян что-ли был?( - вместо питания нарисовал кандер на вход. Так и протравил. Пришлось потом на весу допаивать к выводам - улучшаем, типа, антенну для наводок :(.

 

 

Рис. 5. Измывательство над lmp7721

 

Схема

 

Ну вот и итоговая схема.

 

Рис. 6. Итоговая схема.

 

Все, вроде, понятно. Неинвертирующий вход - плюс термопары. Термопару, правда, шунтировал аж 100мФ. Иначе было плохо - она шумела.
Для случая дифференциальной емкости у 7721 есть одна фича.
Входная емкость, учитывающая дифференциальную емкость и емкость на землю, а также - емкость, шунтирующая обратную связь - Cf (для подавления помех керамика там крайне нужна), должны состоять в отношении.
Грубо вот так: Cf = Cs*Rin/Rf (см. даташит). При попытке посадить емкость между входами это четко наблюдалось.

Помехи в усилении фильтруются керамикой на обратной связи, шумы АЦП отсекаются фильтром на выходе операционника, все классично. И что-то в схеме наверняка лишнее.

 

Код


Ветки и почва налагают серьезные обязательства.
Код решил писать ни боже упаси на асме, ни даже в avr-студии. Только ардуино IDE! (8)
Комментарии в меру дебильные, никакой экономии, везде плавают точки и однажды даже (не теряйте самообладания) вылезает логарифм - он там ну совсем не нужен.

Код:

https://drive.google.com/file/d/1xChq_Qky5e7bC33t7oLCqyGfKEb1nmlD/view

Слегка поясню алгоритм.

1. Калибровка термопары оказалась такой:
Т = 0.55577 * ADC + 32.368, где ADC - значение с АЦП.

2. В ходе "исследований" построил зависимость от температуры некоего условного показателя "ШИМ термостатирования" (ШИМ ТС). Это такой ШИМ на затворе ключа, при котором в равновесии, если долго-долго греть, устанавливается данная температура. Тупо в экселе получил функцию:

ШИМ = 0.3774 * Т - 47.077

Как это использовать. Когда достигаю выбранной температуры нагрева, то из текущего положения (оно соответствует некоему ШИМ на затворе ключа) стремлюсь попасть в некую точку ШИМ по другую сторону от ШИМ ТС. В некую "зеркальную" точку. А как далеко она отстоит от ШИМ ТС, зависит от текущего температурного отклонения. Т.е. на самом деле это что-то от пропорциональной составляющей PID, отчасти учитывающее и динамическую. Аналогично при охлаждении. "Зеркальное" значение ШИМ для текущего пропорционально отклонению. Если оно лежит ниже 200С, то нагреватель просто отключается.
Функции пропорциональности взял с потолка. Достаточно крутые. Ничего тут не исследовал.

3. Усреднение измерений с АЦП сделал минимальным. 4 замера. Через 25мс (отсечение наводки в 50Гц)

4. Сохранение переменных между резетами достигается посредством section (".noinit")

5. Какие сделаны режимы. Всего их три. Первый - выбор температуры из некоей "библиотеки". Затем (нажимаем RESET) идет второй режим, который позволяет настроить температуру не дискретно, а плавно, и который можно сбросить (при частом мигании светодиода) чтобы не испортить результаты выбора на первом этапе. Дальше идет режим нагрева. Пока нагрев не завершен, светодиод горит. Если нажать резет при нагреве - опять включится первый режим. И т.д. Как уже сказал, температура отображается на миллиамперметре.

 

Дизайн и все такое

 

После радости с пайкой макетки все выглядело так:

Рис. 7. Итоговая плата.

 

После сборки в корпусе - так:

Рис. 8. Итоговая сборка.

 

Помимо "приборной панели" сделал на задней грани контрольный интерфейс - вывод термопары и усиленного сигнала (об этом позднее)

Спереди это чудо выглядит так (индикаторы 12В и 24В - про запас. Не теряю надежды сделать еще и выводы для использования изделия просто как биполяного блока на 24В):

Рис. 9. Как все приятно светится.

 

Данные "объективного контроля".

Это все, конечно, хорошо. Но хотелось ВИДЕТЬ, как все происходит в реальности. Оценивать динамику нагрева, отклик на пайку и т.д. Тепловизора не имею. Решил смотреть график усиленного напряжения с термопары. Понятно, конечно, что это крайне слабый контроль. Но все же...
Напрямую цеплять к компу убоялся. Заюзал радиоканал. Передатчик - просто ардуино с nrf24l01, приемник - плата, которую когда-то сваял специально для этой цели, элемент "умного дома" (дом и ныне глуп). Мааааленький момент: если вы шлете пакеты с интервалом больше 10 мс, то nrf нужно будить и усыплять (функции powerUp, powerDown).

 

Рис. 10. Мониторинг на nrf24l01

 

И вот в итоге графики (прием обрабатывал скрипт на Питоне). Места пайки толстых медных проводов и мощных полигонов обведены красным. 

Рис. 11. Пайка толстых проводов и мощных полигонов.

 

Ничего не примерзает. Все вполне пристойно.
А вы что думаете?

 

 

************************************************************************

Примечания

 

(1) Еще есть вариант "баранью ногу". Якобы это цитата из культовой книги Елены Молоховец "Подарок молодым хозяйкам или средство к уменьшению расходов в домашнем хозяйстве" (1861). Подозреваю, что саму книгу никто не читал и не видел. Может, и нет такой книги...

(2) Редко кто не знает, как сеть советует допиливать люкеевский паяльник - отпаять и выкинуть набортный нагреватель, после чего впаять свеженький, чтоб торчал миллиметра на 3-4 более наружу, непременно касался, значит, донца жала. Так и показания уточнятся и нагревателю здоровья прибавится. В яндексе смело жмите "доработка паяльной станции lukey 702" и вуаля.

(3) Когда термопинцет делал, то обматывал не синей, а красной. Проявил, стало быть, неопытность, если не сказать "воинствующее невежество" (((

(4) На самом деле лапок шесть. RESET удалось привлечь к сотрудничеству - об этом далее.

(5) Очень много надежд возлагал на эту ТЭС. Хотел стать умным и счастливым. Но как врубил импульсы тока (2мА, 77Гц, 3.75мс/импулс - все, вроде, по стандарту, наложение электродов - лоб/за ушами, площадь не менее 5см2), в глазах засверкало, во рту возник знакомый вкус батареек и два дня после не мог управлять своим вниманием. Острожнее, если будете подобным заниматься, а лучше воздержитесь вовсе.

(6) На нем, кстати, можно сделать низковольтный дозиметр - усиливая сигнал с pin-фотодиодов. В сети есть схема, вроде бы толковая. Не знаю, насколько он хорош, как хорошо ловит ту же бету. Но интересно, согласитесь. Вот схема:
http://9zip.ru/images4/detektor_shema.gif

(7) Вот так и обесценивается вся работа. Ведь 370 - это близко к обычному паяльнику без регулировки.

(8) Ядро для такого дела лучше взять тут:
https://github.com/SpenceKonde/ATTinyCore



Все вопросы в Форум.




Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

31 7 3