Конфорка для пайки оплавлением: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Пайка крошечных SMD-компонентов может быть довольно сложной задачей, но процесс также можно автоматизировать. Это можно сделать, нанеся паяльную пасту и запекая ее в духовке (оплавление) или на горячей плите (например, на кухонной плите). В Интернете я видел много печей для оплавления, сделанных своими руками; на мой взгляд, у них есть один большой недостаток: они занимают много места. Поэтому я решил вместо этого построить конфорку.

Конфорка полностью программируется, так что можно добавить любой профиль оплавления. После этого процесс оплавления полностью автоматизирован. Приступим к строительству!

Шаг 1. Детали и инструменты

Запчасти

• Горячая тарелка, я получил свою из старого вок
• Твердотельное реле (SSR)
• Шнур питания
• USB-разъем питания (вилка для США)
• ЖК-дисплей
• Макетная доска
• Ардуино нано
• Женские заголовки
• Термопара типа K + усилитель MAX 6675
• Нажать кнопку
• Кабель USB-мини-USB

Инструменты

• Зажимы
• Клей для дерева
• Лазерный резак
• Дрель
• Паяльник

Шаг 2: Дело

Для этого случая у нас есть два варианта, в зависимости от вашей конфорки. Первый вариант - изменить существующий корпус, это целесообразно, если он достаточно большой для размещения SSR, ЖК-дисплея и т. Д. Однако в моем случае не было достаточно места, поэтому мне пришлось спроектировать новый.

Корпус изготовлен из МДФ, вырезанного методом лазерной резки. Из-за живого шарнира такую конструкцию можно изготовить только на лазерном резаке: небольшие прорези в МДФ позволяют ему гнуться. Кусочки можно склеить в виде пазла, достаточно использовать зажимы. Добавьте конфорку и закрепите ее на месте (моя закреплена винтами внизу).

Необходимо просверлить несколько дополнительных отверстий: одно для шнура питания, одно для кнопки и два для ЖК-дисплея. Таким образом, можно подогнать любую кнопку, ЖК-дисплей,… После этого ЖК-дисплей можно прикрутить вместе с кнопкой.

Термопара должна быть плотно прижата к горячей пластине. Просверлите отверстие и пропустите термопару. Далее его следует прижать к МДФ. Я использовал небольшую оловянную полоску, но вы также можете использовать ленту или стяжку (просверлите 2 отверстия рядом с отверстием для термопары и протяните через них стяжку).

Что следует знать: вам может быть интересно, будет ли использование МДФ в сочетании с плитой для приготовления пищи на 250 ° C хорошей идеей. В общем, это не так, но я сделал так, что это не представляет опасности.

Детали из МДФ касаются только ножек конфорки, которые значительно холоднее (макс. 60 ° C), чем верхняя часть конфорки. В остальном МДФ и конфорка разделены небольшим воздушным зазором. Поскольку воздух - очень хороший изолятор, МДФ совсем не нагревается, не говоря уже о возгорании. Кроме того, температура остается высокой только в течение нескольких минут, поэтому ноги никогда не могут достичь той же температуры, что и верхняя часть (установившееся состояние никогда не достигается).

Я добавил файл Fusion 360, чтобы вы могли настроить его под свои нужды. Просто помните о приведенном выше предупреждении, настраивая дизайн для своей собственной конфорки.

Шаг 3: Электроника

Электронная часть этого проекта довольно проста, нам нужно только соединить несколько модулей вместе. Arduino получает температуру от термопары, сигнал которой усиливается MAX6675. Затем он отображает температуру на ЖК-дисплее и при необходимости переключает твердотельное реле (SSR). Все изображено на схеме.

Низкое напряжение

Поскольку они не потребляют много энергии, мы можем просто подключить все к контактам Arduino и настроить необходимые контакты для питания и заземления.

Из-за нехватки места все получилось не так аккуратно, как я надеялся. Я установил все на небольшой кусок монтажной платы, припаянный к задней части ЖК-экрана. MAX6675 был приклеен к задней части двусторонним скотчем.

Arduino получает питание через порт mini USB, поэтому мы подключаем его с помощью кабеля USB к блоку питания. На этом этапе рекомендуется протестировать систему, прежде чем двигаться дальше.

Высокое напряжение

Теперь мы можем подключить саму конфорку. Поскольку это силовая проводка, мы должны быть очень осторожны: при работе с ней убедитесь, что все отключено от сети!

Прежде всего, мы должны заземлить конфорку, чтобы предотвратить поражение электрическим током, если что-то пойдет не так. Зачистите кабель питания и плотно прикрутите желто-зеленый провод заземления к корпусу.

Далее мы подключим две клеммы конфорки к сети через SSR. Подключите провод под напряжением (цветовой код зависит от вашей страны) к одной стороне SSR. Подключите вторую сторону SSR к конфорке с помощью короткого провода (такого же калибра / диаметра, что и силовой кабель). Другой конец конфорки идет к нейтральному проводу. Я добавил изображение проводки перед установкой конфорки в корпус, чтобы прояснить это.

Подключить адаптер питания проще: живой провод идет к одной клемме, а нейтраль - к другой. Хотя я живу в Европе, я использовал для этого адаптер питания США: отверстия в штырях очень удобны для крепления лопаточных клемм.

На этом электроника завершается, теперь давайте добавим в нее немного жизни с помощью кода.

Шаг 4: программирование

Код - это то, что превращает тупой вок в плиту оплавления. Это позволяет нам точно контролировать температуру и добавлять собственные профили оплавления.

Профили оплавления

К сожалению, пайка оплавлением не так проста, как включить нагреватель, подождать и снова его выключить. Температура должна соответствовать определенному профилю, так называемому профилю оплавления. Хорошее объяснение можно найти здесь или в других местах в сети.

Код позволяет хранить несколько профилей для удовлетворения различных потребностей (в основном, для припоя, содержащего свинец или бессвинцовый припой). Простое нажатие кнопки переключает между ними. Они добавляются в Times_profile и Temps_profile, которые представляют собой 4 вектора-столбца. Первый столбец предназначен для фазы предварительного нагрева, второй - для фазы выдержки, затем нарастания и, наконец, для фазы оплавления.

Управление конфоркой

Управлять горячей пластиной так, чтобы она следовала по этой траектории, непросто. Наука, стоящая за этим, называется теорией управления. Здесь можно очень подробно разработать идеальный контроллер, но мы постараемся сделать его максимально простым, но при этом обеспечим хороший результат. Входом в нашу систему является SSR, который включает или выключает ее, а на выходе - температура, которую мы можем измерить. Включая или выключая SSR, в зависимости от этой температуры мы вводим обратную связь, и это то, что позволяет нам контролировать температуру. Я объясню этот процесс как можно более интуитивно и объясню, как вы можете охарактеризовать свою конкретную электрическую плиту для работы с кодом, который я сделал.

Все мы знаем, что при включении обогревателя он не сразу нагревается. Существует задержка между включением (действие) и нагреванием (реакция). Поэтому, когда мы хотим достичь температуры 250 ° C, мы должны выключить конфорку за некоторое время до этого. Эту задержку можно измерить, включив конфорку и измерив время между включением и изменением температуры. Предположим, задержка составляет 20 секунд. Введите это значение в переменную timeDelay.

Другой взгляд на это выглядит следующим образом: если мы выключим нагреватель при 250 ° C, он достигнет более высокого значения, скажем, 270 ° C, а затем начнет немного охлаждаться. Разница температур в нашем случае - это превышение - 20 ° C. Заполните это для переменной overShoot.

В заключение: для достижения 250 ° C необходимо выключить конфорку при 230 ° C и подождать еще 20 секунд, пока конфорка не достигнет этой температуры превышения.

Когда температура упадет, конфорка должна снова включиться. Ожидание падения на 20 ° C не даст хорошего результата, поэтому используется другой порог. Это называется управлением с гистерезисом (разные значения для включения и выключения). Для поддержания температуры используются небольшие импульсы продолжительностью не более 10 секунд.

Измерения

Чтобы проверить контроллер, я записал данные в файл Excel через Putty (последовательный терминал для ПК с некоторыми замечательными функциями). Как видите, полученный профиль оплавления более чем хорош. Неплохо для дешевого электрического вок!

Шаг 5. Тестируйте и наслаждайтесь

Были сделаны! Мы превратили старый вок в печь оплавления!

Подключите конфорку, выберите профиль оплавления и позвольте машине сделать всю работу. Через несколько минут припой начнет плавиться и спаяет все компоненты на свои места. Только не забудьте дать всему остыть, прежде чем прикасаться к нему. В качестве альтернативы его также можно использовать в качестве подогревателя, что удобно для плат с большой поверхностью земли.

Надеюсь, вам понравился проект, и вы нашли вдохновение сделать что-то подобное! Не стесняйтесь проверить мои другие инструкции: