ZSS-01 паяльная станция своими руками с самообесточиванием

Ещё пару месяцев назад я даже и не задумывался о самодельной паяльной станции. Собирался покупать Lukey 702, но глянув на цены, так и не понял, за что отдавать 6...8 тысяч.

Недостатки Lukey:

• Мощность трансформатора слишком мала, трансформатор работает на пределе возможного.
• Низкое качество трансформаторного железа, он греется даже на холостом ходу, на некоторых станциях ещё и гудит.
• Неудобная настройка температуры (невозможно быстро накинуть 20-40-60 градусов).
• Дискретность установки температуры 1 градус, которая в реальности не нужна.
• В силовой цепи установлен сигнальный разъём (PS/2).
• Постоянная запитка от сети, даже когда паяльная станция не используется.
• Нет функции автоотключения.
• Высокая цена.

Список не маленький, поэтому я решил не покупать Lukey. Начал смотреть в сторону самодельных паялок. Готовые конструкции, выложенные на просторах интернета, чем-то не устраивали. Где-то автор пожалел транзисторов на индикаторы. Где-то через диодный мост прокачивают 2 ампера, и диоды раскаляются как утюги. Где-то автор прокачивает через кренки 35 вольт. В общем однозначно было решено - изобрести свой велосипед.

Итак, представляю Вашему вниманию паяльную станцию ZSS-01.

Основные функции:

• Удобная настройка температуры.
• Одновременная индикация текущей и заданной температур.
• Настраиваемый таймер автоотключения. После срабатывания таймера, станция самообесточивается.
• Обработка и индикация ошибок. После возникновения ошибки, станция самообесточивается.
• Нулевое потребление после самообесточивания.
• Сохранение настроек с использованием циклической записи/чтения.

Схема паяльной станции:

Теперь подробно расскажу про каждый узел схемы.

Узел индикации.
Содержит два семисегментных индикатора. Первый индикатор отображает текущую температуру паяльника, второй - заданную. Индикаторы можно использовать как с общим анодом, так и с общим катодом, установив соответствующую прошивку. Индикаторы подключены через буферную микросхему для снижения нагрузки на порты микроконтроллера. Вместо буфера можно поставить 12 транзисторов, но мне кажется, микросхема и паяется проще, и разводка платы упрощается, и стоит она дешевле, чем горсть транзисторов. Также узел индикации содержит пищалку, которая пищит при возникновении ошибок, а также издаёт щелчки при нажатии кнопок. Пищалка использована обычная, без встроенного генератора. Я поставил пищалку от древней материнской платы. Микроконтроллер генерирует меандр, затем меандр проходит через буферный транзистор и поступает на пищалку.

Узел питания.
Особенностью данной паяльной станции является возможность самообесточивания. Первичная обмотка трансформатора подключена к сети через нормально разомкнутые контакты реле. Когда станция отключена, контакты реле разомкнуты и трансформатор обесточен. Для запуска паяльной станции надо нажать на кнопку "ON", которая кратковременно шунтирует контакты реле. На первичную обмотку поступает напряжение, микроконтроллер запускается. После запуска МК включает реле, шунтируя кнопку. Трансформатор остаётся запитанным до тех пор, пока микроконтроллер не отключит реле. Таким образом, после отключения питания, потребление устройства становится равным нулю, отпадает необходимость использования дежурного источника питания (трансформаторы с дополнительными обмотками, итд).

Самообесточивание происходит при:

• Нажатии кнопки "OFF" на передней панели.
• Срабатывании таймера автоотключения.
• Отсутствии нагрева паяльника.
• Перегреве паяльника.

Вторичная обмотка трансформатора выдаёт 24 вольта. После выпрямления и фильтрации, напряжение поднимается до 34 вольт. Для питания микроконтроллера использован импульсный преобразователь LM2596S-ADJ, понижающий напряжение до 5 вольт. На случай пробоя встроенного ключа преобразователя, на выходе установлен супрессор, снятый с платы жёсткого диска.

Узел измерения температуры.
Для сборки станции я купил паяльник от Lukey 702. В качестве термодатчика используется родная термопара K-типа, расположенная в кончике нагревателя. Для усиления напряжения с термопары используется ширпотребный операционный усилитель LM358. Коэффициент усиления ОУ подобран таким образом, чтобы выходное напряжение 5 вольт соответствовало 1023 градусам, при этом 1 квант АЦП будет равен 1 градусу. Использованный ОУ не имеет Rail-to-Rail выхода, поэтому максимальная измеряемая температура будет примерно 800 градусов. Рабочий диапазон температур станции от 100 до 450 градусов, поэтому измерение до 800 градусов меня устраивает. После сборки станции необходимо произвести калибровку температуры при помощи подстроечного резистора.

Узел управления нагревателем.
Здесь всё просто. Микроконтроллер включает оптопару. Оптопара открывает симистор. Симистор коммутирует нагреватель ко вторичной обмотке трансформатора. ШИМ регулировка не используется, выполняется только включение/отключение нагревателя, так называемый "ключевой режим".

Узел кнопочного управления.
Для управления используется 1 силовая и 5 сигнальных кнопок. Для того, чтобы не портить внешний вид паяльной станции, всё кнопки были использованы одинаковые - силовые. Всё управление сводится к включению/отключению питания, настройке температуры, и настройке таймера автоотключения. При удерживании кнопок выполняется ускоренный перебор значений.

Теперь расскажу про дополнительный функционал. 

Таймер автоотключения.
Позволяет задать временной интервал от 1 до 255 часов, по истечении которого паяльная станция самообесточится. Также имеется возможность отключения таймера. Для этого необходимо установить временной интервал, равный 0. Для входа в режим настройки таймера, необходимо одновременно зажать кнопки "-20" и "+20", и не отпуская их включить станцию кнопкой "ON". На первом индикаторе отобразится буква "A", подтверждающая вход в режим настройки автоотключения, а также прозвучит звуковой сигнал. Кнопки "-20" и "+20" нужно отпустить. На втором индикаторе отобразится количество часов, которое можно изменять кнопками "-5" и "+5", при этом изменение будет происходить по 1 часу на каждое нажатие. Для сохранения изменений необходимо нажать кнопку "OFF", при этом паяльная станция самообесточится.

Защита от ненагрева паяльника / КЗ термодатчика.
При включении паяльная станция отсчитывает 1 минуту, после чего включается постоянный контроль температуры паяльника. Если температура ниже 80 градусов (например при обрыве нагревателя), на индикатор высвечивается ошибка "Err 1", звучит продолжительный звуковой сигнал, и станция самообесточивается. Также данная ошибка будет возникать при коротком замыкании термодатчика.

Защита от перегрева паяльника / обрыва термодатчика.
Защита от перегрева может пригодиться, например, при пробое управляющего симистора. Паяльник раскаляется до 470 градусов, срабатывает защита. На индикаторе высвечивается ошибка "Err 2", звучит продолжительный звуковой сигнал, и паяльная станция самообесточивается. Также данная ошибка будет возникать при обрыве термодатчика, благодаря подтягивающему резистору на входе измерительного узла.

Сохранение настроек.
Структура с настройками занимает 3 байта. Микроконтроллер ATmega8 содержит 512 байт EEPROM памяти. Так как размер памяти позволяет сохранить 170 структур, был реализован алгоритм циклической записи/чтения настроек. Алгоритм работает следующим образом. После включения питания, в памяти ищется последняя непустая структура, из неё считываются настройки. Перед отключением питания, ищется первая пустая структура, и в неё записываются настройки. Таким образом, при каждом сохранении, настройки записываются в следующую структуру, и так 170 раз. Когда все структуры заполнятся и кончится свободное место, произойдёт полное стирание памяти, и настройки запишутся в первую структуру. И так по кругу. Применение данного алгоритма позволяет продлить ресурс памяти в 170 раз, а также способствует равномерному износу ячеек.

Теперь немного расскажу о внутренностях станции. Трансформатор использован вот такой:

Фото основной платы в процессе сборки.

Конструктивно паяльная станция состоит из двух плат.

На плате индикации расположены только семисегментные индикаторы.

Один провод не подключен, т.к. не используется точка.

Все остальные компоненты находятся на основной плате.

Размеры плат подогнаны под использование заводского пластикового корпуса B12, имеющего размеры 200x165x70 мм.

Внутренности.

Вот что получилось в итоге. Вид спереди.

Вид сзади. Для подключения паяльника я поставил какой-то советский разъём.

Настройка таймера автоотключения.

Индикация ошибки.

Подведём итоги.

В целом самоделкой доволен. Можно не напрягаясь прибавить 20...40 градусов, и не опасаться за оставленный без присмотра включенный паяльник. Некоторые компоненты были в наличии, кое-что пришлось купить. Список затрат:

• Паяльник от Lukey 702 === 1013 руб
• Трансформатор тороидальный ТТП-60 (2х12В, 2.2А) === 800 руб
• Симистор BTA25-800 === 105 руб
• Оптопара симисторная MOC3063 === 26 руб
• Семисегментный индикатор FYT-3631 === 46+46 руб
• Жало Hakko 900M-T-3C === 500 руб
• Скотч двусторонний === 75 руб
• Доставка === 189+175 руб

В итоге станция мне обошлась в 2975 руб.

Планы на будущее:

• Вместо реле поставить симистор.
• Сделать автоматический выбор типа используемого термодатчика (термопара или терморезистор).
• Поменять нагреватель на керамический.
• Переднюю панель сделать матовой, чтобы не бликовала.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Паяльник
• Паяльная станция
• Sprint-Layout
• AVR
• Микроконтроллер