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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Unidad de control de la estación de soldadura en el microcontrolador PIC16F887. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnologías de radioaficionados El artículo analiza una unidad de control de microcontrolador de fabricación propia para una estación de soldadura, que incluye un soldador de bajo voltaje y una pistola de soldadura de fabricación industrial. La unidad también se puede utilizar como medidor de temperatura de uso general de dos canales con termopares como sensores y como controlador de temperatura de un solo canal. En la práctica de la radioafición, muy a menudo existe la necesidad de un soldador en miniatura conveniente para trabajar con pequeños componentes de radio, que tenga un voltaje de suministro bajo, temperatura de punta ajustable y la posibilidad de conectarlo a tierra. Este último reduce en gran medida el riesgo de daños a los componentes electrónicos por la electricidad estática. Se han publicado en la literatura muchas descripciones de los diseños de soldadores y secadores de soldadura (en lo sucesivo, secadores), pero la fabricación independiente de la mayoría de ellos requiere equipos especiales, materiales adecuados y una importante inversión de tiempo. Sin embargo, hoy en día es posible comprar soldadores y secadores de cabello listos para usar y fáciles de usar con boquillas intercambiables por un precio bajo. Hay dos opciones comunes para el diseño de soldadores, que difieren en la forma en que se calienta la punta y se mide su temperatura. En la primera versión, el calentador cubre la varilla de soldadura (como en los clásicos soldadores eléctricos). La temperatura se mide utilizando un termopar presionado contra su vástago, opuesto a la punta. En este diseño, el serpentín de calentamiento está protegido de manera confiable contra estrés mecánico y daños. Pero las lecturas del sensor de temperatura, alejado a una distancia considerable del lugar real de soldadura, tienen una inercia notable. Toma algún tiempo para que la eliminación de calor de la punta (picadura) reduzca la temperatura del vástago. En la práctica, esta desventaja se compensa con un cierto margen de temperatura de la varilla y su alta capacidad calorífica, lo que asegura un calentamiento rápido del punto de soldadura. El sistema de control corrige la disminución de la temperatura solo durante soldaduras prolongadas y continuas y la devuelve al valor establecido, aumentando la potencia entregada al calentador. La segunda opción difiere en que el calentador está ubicado dentro de la varilla y el sensor de temperatura se presiona contra él en el punto del calentador más cercano al punto de soldadura. Esto asegura una respuesta más rápida a los cambios en la temperatura de la punta durante el proceso de soldadura. Dichos soldadores suelen utilizar un calentador de cerámica frágil, que se daña fácilmente cuando el soldador se cae sobre una superficie dura o en el caso de otras cargas mecánicas fuertes, o tensiones mecánicas internas que surgen de la eliminación desigual del calor (por ejemplo, cuando se trabaja con una propina no estándar). Otra herramienta de trabajo de una estación de soldadura moderna es un secador de pelo. Con su ayuda, las secciones necesarias de la placa de circuito impreso se calientan sin contacto a la temperatura de fusión de la soldadura mediante un flujo de aire de una fuerza y temperatura dadas. El secador de pelo también es conveniente para la soldadura en grupo de componentes electrónicos pasivos. Se colocan preliminarmente en una placa de circuito impreso, cubriendo los puntos de soldadura con una capa de pasta de soldadura. Durante el proceso de soldadura, estos componentes se autocentran en las almohadillas de la placa debido a las fuerzas de tensión superficial de la soldadura fundida. El secador de pelo ganó gran popularidad entre los reparadores, ya que se puede usar para soldar y soldar rápidamente microcircuitos de múltiples pines con un paso de plomo fino. El secador de pelo también es muy conveniente para calentar tubos termorretráctiles y para soplar áreas de estructuras de difícil acceso con aire caliente o frío. Anteriormente, los secadores de soldadura funcionaban con un compresor, que estaba ubicado en una carcasa separada y suministraba aire a través de una manguera al mango del secador, en el que se instalaban un calentador y un sensor de temperatura. La necesidad de un compresor remoto y su alto precio dificultaron la difusión de este tipo de secadores de pelo en el lugar de trabajo de los radioaficionados. Con la llegada de los secadores de cabello con ventiladores incorporados, se ha hecho posible prescindir de los compresores voluminosos.
En la fig. En la figura 1 se muestra una fotografía de un soldador desmontado de una estación de soldadura Solomon SL-10/30 con sensor de temperatura instalado según la primera de las opciones descritas anteriormente, y un secador de pelo de una estación de soldadura Lukey 852D + FAN con sensor incorporado. en abanico Fue para trabajar con ellos que se desarrolló la unidad de control propuesta. Un calentador de nicromo y un sensor de temperatura están instalados en la carcasa metálica de la parte frontal del secador de pelo. Por diseño, el calentador es similar a los que se usan en los secadores de cabello. El voltaje de suministro del calentador es de 220 V, la potencia es de aproximadamente 250 W. En la parte extendida del mango del secador de pelo hay un ventilador centrífugo con una tensión de alimentación de 24 V (consumo de corriente 120 mA). Me gustaría llamar su atención sobre el hecho de que el diámetro exterior de la parte metálica de la boquilla de este secador de pelo es de 25 mm, a diferencia de los populares "compresores" con un diámetro de boquilla exterior de 22 mm. Como resultado, requiere boquillas especiales, mientras que otras requieren un adaptador para su instalación. Una boquilla de fabricación propia con una salida redonda de pequeño diámetro, que se muestra en la fig. 2, el autor lo hizo a partir de un viejo capacitor de óxido K50-3 de 20 uF a 350 V y una pinza para automóvil.
Dado que normalmente no se utilizan al mismo tiempo un soldador y un secador de pelo, se decidió simplificar el bloque que se está desarrollando combinando los controles de estas herramientas y utilizando los mismos indicadores para mostrar su temperatura y modo de funcionamiento. Principales características técnicas
El esquema de la unidad de control de la estación de soldadura con un soldador y un secador de pelo conectado se muestra en la fig. 3. El botón del secador de pelo, indicado en el diagrama SB2, no se usa. La unidad de control está construida sobre la base del microcontrolador PIC16F887 (DD1), que tiene un ADC de diez bits y está configurado para funcionar desde el generador de reloj incorporado con una frecuencia de 8 MHz. El conector X4 se proporciona para programar el microcontrolador. Los condensadores cerámicos C14 y C15 se instalan lo más cerca posible de los pines de alimentación del microcontrolador. Para suministrar señales de sonido, se diseña un emisor de sonido con un generador HA1 incorporado, que es controlado por señales del pin 40 (RB7) del microcontrolador a través de un interruptor electrónico en un transistor VT3.
La temperatura se mide mediante termopares BK1 y BK2, instalados respectivamente dentro de la pistola de aire caliente y el soldador. Shelter DA1.1 y DA1.2 amplifican su termoEMF. Las uniones frías de los termopares están ubicadas físicamente en los mangos del soldador y el secador de pelo, no se proporciona compensación por los cambios en su temperatura. En la práctica, la ausencia de dicha compensación no causa inconvenientes notables, ya que la soldadura generalmente se lleva a cabo en habitaciones con un poco de temperatura cambiante. Como voltaje ejemplar del ADC del microcontrolador se utilizó su voltaje de alimentación (5 V). Esto no condujo a un error notable. El pin de entrada de voltaje de referencia externa del ADC se deja libre y, si se desea, se puede usar para conectar una fuente de voltaje de referencia externa de mayor estabilidad, por ejemplo, microcircuitos MCP1541 (4,096 V) o MCP1525 (2,5 V). Al cambiar el voltaje de referencia, se requerirá un ajuste apropiado de las ganancias del op-amp DA1.1 y DA1.2. Estos coeficientes se ajustan mediante las resistencias R4, R8 para DA1.1 y R6, R9 para DA1.2. Deben seleccionarse de modo que, a la temperatura máxima, el voltaje en la salida del amplificador operacional no exceda el valor del voltaje de referencia del ADC. En el caso de interrupciones en los circuitos del termopar (incluso cuando se desconectan de los conectores X2 y X3 en la soldadura o el secador de cabello), se suministran +2 V a las entradas no inversoras del amplificador operacional a través de las resistencias R3 y R12. Los circuitos R5C1 y R7C2 son filtros que suprimen la interferencia de alta frecuencia. Las resistencias R10 y R11, junto con los diodos de protección dentro del microcontrolador, protegen las entradas del ADC de la sobrecarga. El control de potencia del calentador del soldador se organiza utilizando el módulo de hardware del microcontrolador PWM. Genera pulsos de ciclo de trabajo variable en el pin 17 (RC2). Usando una tecla poderosa en un transistor de efecto de campo VT1, encienden y apagan el calentador, cambiando la potencia promedio que consume. El valor medio de la tensión suministrada al ventilador del secador de pelo se cambia mediante PWM implementado en el software. Los pulsos del pin 16 (RC1) del microcontrolador se alimentan al motor del ventilador M1 a través de una tecla en un transistor de efecto de campo VT2. La potencia del calentador del secador de pelo se ajusta saltándose periódicamente un cierto número de periodos de tensión de red. La señal de control es generada por el microcontrolador en el pin 10 (RE2) e ingresa al circuito de suministro de energía del calentador a través del optoacoplador de dinistor U1, equipado con una unidad de sincronización de encendido con el momento de cruce por cero del voltaje aplicado a su circuito de salida, y triac VS1. El LED HL1 está diseñado para controlar visualmente el funcionamiento del calentador del secador de pelo. El bloque utiliza un indicador LED de siete elementos de cuatro dígitos HG1 - RL-F5610GDAW / D15 con cátodos comunes de los elementos de cada categoría. Los ánodos de los elementos están conectados al puerto D del microcontrolador DD1 a través de las resistencias limitadoras de corriente R24-R31, que se seleccionan para que la corriente total a través de todos los pines del puerto D no exceda los 90 mA cuando se muestra cualquier señal. Los cátodos comunes de las descargas del indicador cambian las teclas de los transistores VT5-VT8 de acuerdo con las señales generadas en las salidas RC4-RC7 del microcontrolador. Los LED HL4-HL11 se incluyen en el sistema general de indicación dinámica como elementos de un quinto dígito adicional, encendidos por el transistor VT9 según una señal en la salida RC3 del microcontrolador. El LED HL4 se usa para indicar la inclusión del secador de pelo, y HL5 es una copia de seguridad, se supone que se usa para mejorar la unidad. Los LED HL6-HL11 forman una escala discreta, encendiéndose uno a la vez y mostrando el nivel de potencia establecido actualmente del calentador del soldador (o del secador de pelo, si está encendido) en pasos de 1/6 de la potencia máxima. Mayor potencia corresponde a un LED con menor número de posición. Como U2, un convertidor de voltaje de CA de red de 220 V a CC de 24 V, se utilizó una fuente de alimentación conmutada lista para usar PS-65-24 [1] con una potencia de 65 W. El condensador de óxido C5 se coloca junto a él, y desde este condensador hay cables separados para cada consumidor de voltaje de 24 V. Para obtener un voltaje de 12 V, un convertidor reductor de CC a CC pulsado en el chip MC33063 (DA2) se utiliza, similar a los descritos en [2] y [3]. El divisor de voltaje R17R19 se selecciona para que se mantenga un voltaje de 12 V en la salida del convertidor, su presencia se indica mediante el brillo del LED HL2. Además, el regulador lineal integrado DA3 lleva el voltaje a 5 V, que es necesario para alimentar el microcontrolador DD1. Se suministra tensión de red de 220 V a la fuente de alimentación U2 presionando el botón SB1. El programa del microcontrolador, después de la inicialización, establece un nivel lógico alto en su salida RE0 (pin 8), que abre el transistor VT4. El condensador C9 asegura que, en el momento en que se abre el transistor, se suministre el voltaje total de 12 V al devanado del relé y su funcionamiento confiable. Una vez completada la carga del condensador, la corriente a través del devanado disminuye a un valor limitado por la resistencia R23, que solo asegura que la armadura del relé se mantenga en el estado activado. El LED HL3 indica que se aplica voltaje a la bobina del relé. El relé disparado K1 con sus contactos K1.1 pasa por alto el botón SB1. Ahora que se puede liberar, la alimentación de la unidad de control permanecerá encendida hasta que el microcontrolador cierre el transistor VT4. Después de encender la alimentación, el indicador HG1 muestra brevemente una inscripción con el número de versión del programa y suena una señal audible. Se enciende el modo de operación con un soldador, que se calienta suavemente a la temperatura establecida en sesiones anteriores y se registra en la EEPROM del microcontrolador. El valor de la temperatura actual se muestra en el indicador HG1 y el nivel de energía suministrada al soldador se muestra mediante los LED HL6-HL11. Para evitar el choque térmico, antes de alcanzar una temperatura de 100 °C, el nivel de potencia se limita al 40 % del máximo, y en el rango de 100 ... 300 °C - hasta el 80 %. Esto aumenta el tiempo para alcanzar la temperatura de funcionamiento, pero prolonga la vida útil del soldador. Cuando se alcanza la temperatura establecida, se estabiliza en este nivel. Al girar la perilla del codificador S1, se puede cambiar la temperatura. Cuando presiona el botón SB3, el LED HL4 se enciende, el soldador cambia a un modo suave (su temperatura desciende a 150 ° C), el ventilador del secador de pelo se enciende y luego su calentador. La temperatura del flujo de aire del secador de pelo aumenta según un algoritmo similar al calentamiento del soldador. La temperatura deseada se ajusta girando el botón codificador S1. Después de presionar esta perilla una vez, puede ajustar la intensidad del flujo de aire girándola. Al presionar nuevamente el botón SB3, el calentador del secador de cabello se apaga y el soldador cambia al modo de funcionamiento. El ventilador del secador de pelo seguirá funcionando hasta que la temperatura del flujo de aire descienda a 60 °C. Después de eso, se apagará automáticamente. Con pulsaciones sucesivas del botón del codificador, los nombres de los siguientes parámetros se muestran a su vez en el indicador HG1:
Los coeficientes A0 y A1 son utilizados por el programa del microcontrolador para determinar la temperatura de la punta del soldador o el caudal de aire suministrado por el secador de pelo según el número N obtenido como resultado de la operación del ADC, que depende linealmente de la potencia termoeléctrica. del termopar correspondiente. La temperatura T (en grados Celsius) se calcula mediante la fórmula T = a0 + a1n. Cuando se gira la perilla del codificador, el valor del parámetro seleccionado cambia y se muestra en el indicador de forma intermitente en lugar de su nombre. Si en unos segundos no se gira o presiona la perilla, el indicador devolverá el valor actual de la temperatura del soldador o el flujo de aire del secador de pelo. Cuando presiona el botón SB5, el microcontrolador guarda los valores de los parámetros actuales en la memoria no volátil, apaga los calentadores del soldador y el secador de pelo. Si en ese momento el secador de pelo estaba activo, el soplado del calentador con aire frío continúa hasta que la temperatura de flujo en su salida desciende a 60 °C, después de lo cual el microcontrolador establece un nivel de voltaje bajo en la salida RE0. El transistor VT4 se cierra y el relé K1 abre sus contactos, desconectando la unidad de control de la red eléctrica. Botón SB4 - reserva. Se puede utilizar para mejorar y ampliar la funcionalidad del bloque. En lugar de la fuente de alimentación PS-65-24 (U2) para la unidad de control de la estación de soldadura, se puede utilizar cualquier otra fuente de alimentación de conmutación o transformador que proporcione una tensión continua de 24 V estabilizada con una corriente de carga de al menos 2 A. Si utiliza una unidad como U2 que, además de la salida de voltaje de +24 V, tiene otro voltaje de +12 V con una carga permitida de al menos 300 mA, el convertidor reductor en el chip MC33063AP1 puede excluirse del dispositivo. Si se utiliza este convertidor, el chip MC33063AP1 puede reemplazarse por el MC34063AP1. El relé K1, el optoacoplador U1 y el triac VS1 están ubicados en una placa de circuito impreso separada. Esto es necesario para maximizar la eliminación de circuitos de bajo voltaje de aquellos que están energizados con 220 V. Se utilizó un relé WJ112-1A con un devanado de 12 V. En su lugar, es adecuado otro con contactos diseñados para conmutar una tensión alterna de al menos 250 V a una corriente no inferior a la consumida por la unidad de control y el calentador del secador de pelo. Si se selecciona un relé con una tensión de bobina nominal de 24 V, debe alimentarse desde una fuente de esta tensión. En lugar del optoacoplador MOC3063, puede utilizar cualquier dinistor que pueda controlar directamente un triac con una tensión admisible de al menos 600 V. Para no aumentar el nivel de interferencias creadas en la red, es recomendable elegir un optoacoplador con un nodo para controlar la transición del voltaje aplicado a su salida a través de cero. El triac BT138X-600 en caja de plástico aislada se puede sustituir por un BT138-600 similar en caja convencional TO-220 con brida metálica u otra que soporte una tensión de al menos 600 V en estado apagado y corriente de al menos 6 A en el estado encendido El triac funciona en la unidad de control sin disipador de calor. Los botones SB1, SB3-SB5 son del tipo DS-502, pero pueden ser reemplazados por otros que convengan para la instalación. El botón SB1 debe estar diseñado para una tensión alterna entre contactos abiertos de al menos 250 V y soportar la corriente de irrupción de la fuente de alimentación conmutada U2. Asegúrese de asegurarse de que la unidad seleccionada tenga un termistor que limite la corriente de entrada. En su defecto, asegúrese de instalar en serie con el botón SB1 o en la propia fuente de alimentación un termistor con una resistencia en frío de 5 ... 10 ohmios (por ejemplo, SCK-052 o SCK-101). Codificador usado ED1212S-24C24-30F - con contactos mecánicos que dan 12 pulsos por revolución y botón incorporado. Se puede utilizar otro, incluyendo un codificador óptico con las correspondientes fuentes de alimentación y generación de pulsos de salida. El indicador RL-F5610GDAW/D15 puede ser reemplazado por cualquier otro LED con cátodos comunes de los elementos de cada categoría, por ejemplo KEM-5641. Para la unidad de control se utiliza una carcasa Z-1 disponible comercialmente. Su panel frontal ha sido reemplazado por una hoja de policarbonato transparente y recortada. En el reverso, se presiona una película transparente para impresión de inyección de tinta, en la que se imprime el diseño del panel frontal. Este panel tiene botones y enchufes SB1, SB3-SB5 para conectar un soldador (X2 - DIN 41524 de cinco pines o ONTS-VG-4-5 / 16-R, también conocido como SG-5) y un secador de pelo (X3 - ocho pines DIN 45326 u ONTS-VG-5-8/16-R). Una descripción de estos conectores se puede encontrar en [4]. Detrás del panel transparente hay una placa con un indicador HG1 y LED. La apariencia del bloque junto con un soldador y un secador de pelo se muestra en la fig. 4.
Si la unidad de control de la estación de soldadura está ensamblada correctamente y el microcontrolador está programado, comienza a funcionar de inmediato, solo necesita configurar los coeficientes A0 y A1 para el soldador y el secador de cabello. Para hacer esto, inmediatamente después de aplicar energía usando el codificador, la temperatura en el indicador HG1 se establece por debajo de la temperatura ambiente. Luego, presionando el botón del codificador, se selecciona la configuración del coeficiente A0 para el soldador y, al cambiarlo, el indicador muestra la temperatura actual en la habitación. Luego, procediendo a la configuración del coeficiente A1, girando la perilla del codificador, se obtiene en el indicador su valor de 1,0. Después de eso, se fija un termopar u otro sensor de un medidor de temperatura ejemplar en la punta del soldador. Es deseable aislar la picadura con un sensor externo adjunto del entorno con algún material que no conduzca bien el calor, respetando los requisitos de seguridad contra incendios. Usando el codificador, configure una temperatura no muy alta (por ejemplo, 1 ° C) en el indicador HG100 y espere a que las lecturas del termómetro de referencia se estabilicen. Si muestra una temperatura superior al valor establecido, se debe reducir el valor del coeficiente A1, de lo contrario, se debe aumentar. Al seleccionar este coeficiente, aseguran que la diferencia entre el termómetro ejemplar medido y la temperatura establecida no supere los 5 ° C. No se debe permitir que la temperatura de la punta supere los 300 ... 400 ° C (según un termómetro estándar). Si esto sucede, debe verificar el voltaje en la salida del amplificador operacional DA1.2 y, si es necesario, seleccionar su ganancia para que a la temperatura máxima posible del soldador, el voltaje de salida del amplificador operacional no exceda el voltaje de referencia del ADC del microcontrolador. Finalmente, se recomienda configurar la temperatura de la punta a la que se supone que debe realizarse la mayoría de las soldaduras y volver a seleccionar el factor A1. Del mismo modo, se seleccionan los coeficientes A0 y A1 para el secador de pelo. En este caso, la intensidad del flujo de aire se establece en media y el sensor de temperatura del termómetro ejemplar se coloca a una distancia de 1 cm de la boquilla del secador de pelo. Después de la selección de todos los coeficientes, la estación de soldadura está lista para funcionar. Con la unidad de control descrita, puede usar cualquier soldador con un termopar incorporado y un elemento calefactor de bajo voltaje. El secador de pelo debe tener un elemento calefactor para un voltaje de 220 V y también con un termopar incorporado. También debe asegurarse de que el ventilador del secador de pelo esté diseñado para funcionar con un voltaje de 24 V. 3 no están estandarizados y pueden ser diferentes. A veces hay soldadores y secadores de pelo con termistores como sensores de temperatura. Es imposible usarlos con la unidad de control descrita sin realizar cambios significativos en su ruta de medición (nodos en el chip DA1) y ajustar el programa del microcontrolador. Una aplicación alternativa del diseño considerado puede ser un medidor de temperatura de dos canales para cualquier objeto con sensores en forma de termopares y un controlador de temperatura de un solo canal. Si no se requiere control de temperatura, luego de configurar los coeficientes A0 y A1, se puede quitar el codificador. El programa del microcontrolador de la unidad de control se puede descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/10/ps01.zip. Literatura
Autor: S. Krushnevich
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