Cyfrowa stacja lutownicza RL1

Opis konstrukcji
Stacja powstała rok temu w celu nauki rysowania schematów w Eagle oraz nauki podstaw programowania mikroprocesorów.
Po 12 latach od wykonania ostatniego układu elektronicznego postanowiłem zrobić coś nowego, by zaszczepić hobby chrześniakowi.

Schemat podzielony jest na dwie części:
1. Płytka sterująca

2. Płytka zasilająca

Widok PCB z EAGLE:
1.Płytka sterująca

2. Płytka zasilająca


A oto zdjęcia z etapu składania:


Aby ułatwić możliwość wymiany procesora i wzmacniacza operacyjnego, zostały one umieszczone w podstawkach.
Płytka sterująca oraz płytka zasilająca zostały połączone za pomocą złącza goldpin. Obawiałem się co do trwałości tego elementu, ale już od roku działa bezawaryjnie.
Obudowa została wykonana z płyt meblowych oklejonych fornirem dębowym.
Dodatkowo składałem dla znajomego CNC z chin i w ramach testów wykonałem panel przedni oraz tylni na tym CNC (materiał to 1,5mm blacha aluminiowa).
Efekty pracy widać na poniższych zdjęciach:

Zasilanie 230V trafia na gniazdo komputerowe oraz włącznik (pozyskane z zasilacza ATX). Następnie mamy bezpiecznik szklany i transformator toroidalny 50VA 2x12V. Transformator miał wymienione uzwojenia wtórne. Miałem transformator z tylko jednym uzwojeniem o napięciu 10,5V, więc od nowa zostały nawinięte uzwojenia 2x12V.
Takie napięcia są wprowadzone zgodnie z zamieszczonym schematem na płytkę zasilającą.
Zastosowałem najprostszą kolbę 907A z allegro (ma termoparę) za 23zł z przesyłką.


Wykorzystałem dostępne w sieci oprogramowanie stacji lutowniczej RL-1 zawierające algorytm PID do sterowania grzałką.

Oto zdjęcia gotowej konstrukcji:


Konstrukcja nie jest pozbawiona wad:
- Obudowa nie jest dokładnie spasowana z panelami czołowym i tylnym (miała być tymczasowa, a wyszło jak zwykle).
- słaby obieg powietrza w obudowie (pomimo tego faktu nic się nie przegrzewa przy długiej pracy.

Oto film prezentujący rozgrzewanie grota od temperatury 38stopni do 320stopni:

Link

Już w 22sekundzie grzałka osiąga temperaturę zadaną. Od 35 sekundy przykładam do grota cynę o grubości 0,7mm. Cyna zaczyna się topić ok. 50 sekundy.
Temperatura grota została zestrojona ze wskazaniem stacji za pomocą termopary i procedury opisanej w dokumentacji stacji RL-1 (w załączniku AVT987).


W załączniku zamieszczam:
1. Schemat w EAGLE oraz PDF wraz z rysunkiem ścieżek.
2. Skompilowane pliki źródłowe oprogramowania RL-1.
3. Oprogramowanie w wersji edytowalnej.
4. Dokumentacja stacji lutowniczej RL-1 kit AVT987

Kosztorys wykonanej konstrukcji:
Atmega328 6zł
PCB(chemia do trawienia) ~7zł
Podstawki, gniazda ~4zł
wyświetlacz 2x14 ~7zł
kolba 907A ~23zł
inne elementy ~15zł
Obudowa i transformator z własnych zasobów, więc ich nie uwzględniam.
---------------------------------------------------------
Całość to ok. 62zł (zakupy robione na Aliexpress).

W komentarzach proszę o konstruktywną krytykę, informacje, co należałoby poprawić itp.
Jeśli ktoś jest zainteresowany dodatkowymi materiałami, to proszę o kontakt PW.

Bardzo grube ścianki tej obudowy ale ogólnie całkiem fajnie Ci to wyszło. W tym projekcie ma to małe znaczenie, ale staraj się na przyszłość nie robić ścieżek na PCB "skręcających" o 90 stopni. Pozdrawiam

Witaj!
Od strony estetycznej muszę pochwalić za bardzo ładne wykonanie.
Obserwując nagrzewanie mam wrażenie, że grzałka jest zasilana napięciem max 12V?
Moc transformatora (50W) powinna bez najmniejszego problemu wystarczyć do zasilenia tej kolby. W stanie ustalonym (np.340'C) i tak będziesz miał obciążenie w okolicy 50-60%.
Wydaje mi się, że coś masz skopane w układzie sterowania grzałki(układ(triak przewodzi w jedną stronę), program?). Nie żałuj taśmy filmowej i nagraj jakość stabilizacji temperatury zadanej.
Pozdrawiam,
Andrzej.

OK, trafna uwaga ze ścieżkami. W testerze mam mniej ścieżek pod kątem 90stopni, ale dalej to robię... Muszę zwracać na to większą uwagę.
Ścianki obudowy grube bo to płyta o grubości 12-16mm (już dokładnie nie pamiętam). Taki materiał miałem. Dlatego od czoła i z tyłu są zrobione kratki wentylacyjne - by zapewnić obieg powietrza wewnątrz.
Poza tym na tej obudowie robiłem próbę pokrywania fornirem. Nawet łączyłem dwa małe kawałki forniru na górnej powierzchni by i ten element przećwiczyć

Co do transformatora, to ma on ok 50VA a więc 50W to on nie daje.
Przyjąć można, że ok 0,7*50VA=35W. Zgadza się to z prądem jaki płynie za trafo. Pomiar wskazał w granicach 1,6A.
Do tego sama elektronika kilka W też weźmie. I stąd tak długie grzanie.
Jak znajdę chwilę to sprawdzę czy triak działa prawidłowo, ale po podpięciu trafa 300VA nagrzewanie trwa ok 75sekund do 340stopni (taką próbę już robiłem przy uruchamianiu tej stacji). Stąd wniosek, że triak jednak działa prawidłowo.
Filmik mi się urwał bo miejsca na karcie pamięci w telefonie brakło. Jak nagram nowy film to podmienię.
Po nagrzaniu do 340stopni temperatura waha się w granicach ±1stopień. A obciążenie grzałki nadal jest w okolicach 85% (za mała wydajność trafa się kłania). Przy dłuższym lutowaniu bez przerw temperatura potrafi przysiąść o 10 stopni... Trafo do zmiany jak znajdę inne. Kupować nie chcę bo mam inną stację a tą dostanie chrześniak, który dopiero raczkuje w elektronice.

Temperatura była sprawdzana termoparą dociśniętą do grota (z dodatkiem topiącej się cyny dla zapewnienia odpowiedniej przewodności cieplnej) i zgadzała się z tą, podawaną na wyświetlaczu po rozgrzaniu grota z odchyłką ok 2stopnie. Gdy na wyświetlaczu pojawia się temperatura 340stopni, to grot potrzebuje jeszcze ok 20sekund na dojście do temperatury zadanej (pomiar jest w końcu w grzałce)

Fajna stacja dla początkującego elektronika. Następną jak będziesz robił to napewno zrobisz lepszą.

Być może nawinąłeś na transformatorze za mało zwoi lub zbyt cienkim przewodem. Zmierz napięcie na elektrolitach po prostowniku - powinno wynosić ok. 30V(bez obciążenia). To że podczas startu przez uzwojenie wtórne popłynie w okolicy 3A, przez 30s nie powinno mu zaszkodzić.

Ta grzalka nie toleruje czasem 24V? W swojej stacji uzylem kolby Solomon i ona jest na 24V, kolba nagrzewa sie w okolo 20s do 350 st.

Pozdr

Też mam zrobioną stację RL1.
Do tej pory nie mogę się uporać w niej z zawieszającym się wyświetlaczem. Czasami jej coś odbije i wyświetlacz przestaje reagować i jakieś głupoty wyświetla.
Próbowałem podmiany wyświetlacza bez skutku.
Czytałem gdzieś kiedyś że ktoś miał podobne problemy.
Nie zaobserwowałeś jeszcze tego u siebie?

lukaszd82 napisał:

...Obudowa nie jest dokładnie spasowana z panelami czołowym i tylnim (miała być tymczasowa a wyszło jak zwykle)...

Marudzisz Bardzo fajny i estetyczny projekt.
Frontpanel trzeba bylo zrobic odrobine wiekszy (2-3 mm) od obudowy aby patrzac od przodu maskowal niespasowanie. A tylny mnieszy od obudowy. Uniknie sie w ten sposob zbednej walki o superspasowanie. Albo, majac dostep co CNC, mogles pomyslec o wpuszczeniu paneli w obudowe. Wtedy bylyby realne szanse na dokladne spasowanie.
Zmienilbym wkrety mocujace panele na czarne. Obecne niepotrzebnie sie swieca

Odnosząc się do dyskusji:
1. "pier"
Nie mam żadnych problemów z wyświetlaczem.
2. "andrzej55", "rs6000"
Transformator ma 50VA a więc realnie ok 0,7*50VA=35W
Niestety tylko taki miałem, uzwojenia nawinąłem odpowiednie (nawinięte są przewodem 1,5mm^2 więc też nie jest za cienki - taki przewód z zasobów własnych). Napięcie na wyjściu z trafo mam 2x12,9VAC, w sumie to daje 25,8VAC i takie napięcie idzie na grzałkę. Niestety już podczas pierwszych testów wyszło, że maksymalnie uzyskałem prąd 1,6A. Daje to ok 40W na całość (sterowanie i grzałka). Optymalne byłoby trafo 60W do tej stacji a takowego nie miałem.
Przy testach podpinałem trafo 300VA i wtedy grzałka nagrzewała grot do zadanej temperatury w ok 75sekund do 340stopni (temperatura mierzona na grocie). Oczywiście trafo podpinałem pod całość układu więc triak jest sprawny. Niestety takie trafo jest za duże do tej stacji
3. "rs6000"
Kolba jest zasilana 24VAC

Dlaczego unikać robienia ścieżek pod kątem 90 stopni?

Głównie chodzi o EMI, przy niskich częstotliwościach ma to dużo mniejsze znaczenie, ale w tym projekcie ścieżki do wyświetlacza (cyfrowa komunikacja) są załamane w ten własnie sposób- powoduje to "odbijanie się" prądu. W uproszczeniu masz to tu napisaneLink. Przy takich sygnałach najlepiej by było jeszcze gdyby po drugiej stronie ścieżek była płaszczyzna masy, ale to projekt DIY więc ważne, że działa, nikt tego badać nie będzie... Nie mniej jednak dobrze uczyć się prawidłowych nawyków Pozdrawiam

Kolego lukaszd82 zasiliłem własny termostat napięciem 14V i dynamika nagrzewania kolby jest podobna do twojej. Musisz mieć świadomość, że napięcie wtórne podaje się dla obciążonego transformatora prądem znamionowym.
Triak też powoduje spadek w układzie ok. 2V. Dla tej średnicy drutu na wtórnym 1,5mm prąd 2-3A nie jest problemem. Dalej twierdzę, że nawinąłeś zbyt krótkie uzwojenia wtórne, ale to Twoje urządzenie i możesz z nim robić co Ci się podoba.
Pozdrawiam.

Dzięki za konstruktywne uwagi. A jednak wszyscy, którzy zwrócili uwagę na czas nagrzewania mieli rację. Zacisk od grzałki był nie dokręcony. Dzisiaj zmienię filmik pokazując czas nagrzewania po dokręceniu zacisku... Napięcie było niby ok, ale prąd był mały.
Teraz stacja nagrzewa się kilka razy szybciej i aż milej się nią pracuje. Wzrosło przeregulowanie i co za tym idzie stabilizacja temperatury nie jest już tak dokładna, ale to da się wystroić zmieniając nastawy regulatora PID. Kiedyś na spokojnie dostroję całość.

Teraz efekt tej małej zmiany:
start od 38stopni, po 22sekundach grzałka osiąga temperaturę zadaną, to jest 320stopni.
Od ok 35sekundy przykładam do grotu cynę o grubości 0,7mm.
Cyna zaczyna być topiona w 50 sekundzie.
Temperatura rzeczywista sprawdzona ponownie termoparą. Rozbieżność w granicach 2 stopni.

Bardzo ładna konstrukcja , jednakże dodał bym może inny wyświetlacz a tak to ok .

Kolor czerwony czy zielony wyświetlacza to kwestia gustu.

Witam. Kolba jaką zastosowano do tej stacji jest przystosowana do zasilania prądem wysokiej częstotliwości, mają bardzo małą rezystancję grzałki, 1,5 ;2, ewentualnie 3 ohm. dlatego gdyby dać mocniejsze trafo to prawdopodobnie szybko przepali się grzałka. W sprzedaży znalazłem tylko kolby Solomona i Elwika zasilane 24V /50Hz.

Zygmek53 napisał:

Witam. Kolba jaką zastosowano do tej stacji jest przystosowana do zasilania prądem wysokiej częstotliwości, mają bardzo małą rezystancję grzałki, 1,5 ;2, ewentualnie 3 ohm. dlatego gdyby dać mocniejsze trafo to prawdopodobnie szybko przepali się grzałka. W sprzedaży znalazłem tylko kolby Solomona i Elwika zasilane 24V /50Hz.

Z całym szacunkiem, ale kolega pierdoły pisze. Częstotliwość ma niewielkie znaczenie. (Chyba żeby brać pod uwagę indukcyjność grzałki, ale to już nie ten przedział częstotliwości) rezystancja grzałki, może jedynie ograniczyć maksymalne napięcie zasilania, żeby nie przegiąć z mocą.

Trochę zagmatwałeś sobie robotę. Ten układ prościej wykonuje się na jednej płytce drukowanej a wyświetlacz i sterowanie puszczasz na taśmach. Co do cynowania PCB polecam stop Lichtenberga.Układy mocy puszczaj w jednej linii na PCB wtedy wszystko doczepisz pod jeden radiator.

Witam,
można było oczywiście przyciski i wyświetlacz zamontować na tasiemkach ale wtedy jakoś trzeba je jeszcze mocować do panela przedniego. A w nim zbędnych otworów robić nie chciałem.
Dodatkowo przećwiczyłem trawienie płytek (a to po 12latach też jest ważne) i oddzieliłem zasilanie od sterowania.