DIY Σταθμός κόλλησης με το HAKKO 907 clone.

Το κολλητήρι είναι το βασικότερο εργαλείο για ένα ηλεκτρονικό και όχι μόνο. Υπάρχουν πολλά κολλητήρια που λειτουργούν απ' ευθείας στα 220V σε διάφορες ισχείς από 20 έως 100W και σε πολύ χαμηλές τιμές Για ξεκίνημα στο χόμπι των ηλεκτρονικών είναι πολύ καλά. Επειδή όμως η κατασκευές στα ηλεκτρονικά γίνονται όλο και πιο απαιτητικές όπως για παράδειγμα με τα SMD υλικά, χρειαζόμαστε ένα κολλητήρι στο οποίο θα μπορούμε να ρυθμίσουμε την θερμοκρασία ανάλογα με τις απαιτήσεις της κόλλησης, άλλωστε γιατί να μην έχουμε ένα ρυθμιζόμενο κολλητήρι αφού μπορούμε να το κάνουμε τόσο φτηνά.

Σε αυτό το άρθρο θα δείτε πως μπορούμε να κάνουμε ένα σταθμό κόλλησης με πολύ λίγα χρήματα με τη βοήθεια του γνωστού μας arduino και με rotary encoder για την επιλογή της θερμοκρασίας και τις υπόλοιπες ρυθμίσεις που κάνει την λειτουργία του πολύ εύχρηστη.

Η υλοποίηση του σταθμού συγκόλλησης ανήκει στον  Alexander και θα το βρείτε εδώ , στο σύνδεσμο θα βρείτε πληροφορίες και για υλοποίηση του σταθμού με διαφορετικό αισθητήρα.
Το δικό μου άρθρο είναι μια παραλλαγή του σχεδίου στο οποίο έχω αντικαταστήσει το arduino nano με σκέτο chip Atmega328P για περισσότερη οικονομία σε χρήμα και χώρο στην πλακέτα. Δείτε εδώ πως να αντικαταστήσετε το Arduino με μόνο ένα chip atmega328P μαζί με ένα κρύσταλλο και δύο πυκνωτές. Επίσης θα βρείτε και την πλακέτα της κατασκευής καθώς και τις οδηγίες χρήσης στα Ελληνικά.



Το κολλητήρι (στέλεχος) το αγοράζουμε από το e-bay σαν ανταλλακτικό για ΗΑΚΚΟ 907. Είναι πολύ φτηνό και το έχω δει μέχρι και κάτω από 2 Ευρώ. Τα κολλητήρια αυτά έχουν δύο τύπους που εξαρτάται από τον τύπο του αισθητηρίου θερμοκρασίας που ενσωματώνουν. Ο ένας είναι με θερμίστορ (Α1321) και ο άλλος είναι με thermocouple τύπου Κ (Α1322). Οπτικά δεν διαφέρουν καθόλου. Ο μόνος τρόπος για να τα ξεχωρίσετε είναι να μετρήσετε την αντίσταση του αισθητηρίου. Η αντίσταση του θερμίστορ είναι περίπου 50-60 Ωμ για θερμοκρασία περιβάλλοντος και για το αισθητήριο τύπου Κ είναι περίπου 4-8 Ωμ. Τα δύο αισθητήρια απαιτούν διαφορετικό χειρισμό από το arduino οπότε δεν είναι κατάλληλα και τα δύο για την κατασκευή μας. Εδώ θα χρησιμοποιήσουμε το κολλητήρι με θερμίστορ.

Το βύσμα που συνδέει το κολλητήρι στο σταθμό λέγεται aviation plug GX12-5 , αυτό θα σας χρειαστεί για να αγοράσετε το αντίστοιχο βύσμα για το κουτί της κατασκευής σας (αρσενικό). Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε και άλλο τύπο κολλητηριού από αυτό που δείχνω στη φωτογραφία αρκεί να καλύπτει τις απαιτήσεις 50W, 24V, και αισθητήριο με θερμίστορ.

Το σχέδιο της κατασκευής θα το βρείτε σε PDF μαζί με τα αρχεία της πλακέτας στο αρχείο ZIP.

Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτού του ελεγκτή είναι:

1. Ο αλγόριθμος PID εφαρμόζεται για τη διατήρηση της θερμοκρασίας  του κολλητηριού. Το κολλητήρι αυξάνει τη θερμοκρασία του σε περίπου 30 δευτερόλεπτα και την διατηρεί με απόκλιση 1-2 βαθμούς Κελσίου.

2. Ο ελεγκτής διατηρεί τη θερμοκρασία σε περίπτωση βαριάς χρήσης επειδή ο αλγόριθμος PID είναι πολύ ευαίσθητος και μπορεί να αυξήσει γρήγορα την παρεχόμενη ισχύ.
Κατά την διαδικασία της βαθμονόμησης  ρυθμίζουμε τρία σημεία θερμοκρασίας αναφοράς για περισσότερη ακρίβεια στην μέτρηση της θερμοκρασίας του κολλητηριού.

3. Η διαδικασία βαθμονόμησης είναι αυτοματοποιημένη με χρήση αλγορίθμου PID για τη διατήρηση της θερμοκρασίας κοντά στο σημείο αναφοράς.
Ο ελεγκτής υποστηρίζει δύο τρόπους λειτουργίας: διατηρεί τη θερμοκρασία και διατηρεί την παροχή ρεύματος.

4. Για να παραμείνει αθόρυβη η λειτουργία, οι μεταδόσεις υψηλής συχνότητας του Timer1 εφαρμόζονται στον ελεγκτή. Αυτό επιτρέπει την αύξηση της συχνότητας PWM μέχρι 31250 Hz αντί των 490 Hz με την ενσωματωμένη λειτουργία analogWrite.

5. Ο ελεγκτής χρησιμοποιεί rotary encoder για πιο εύχρηστη ρύθμιση. Όταν ο κωδικοποιητής περιστρέφεται αργά, η ρύθμιση θερμοκρασίας αλλάζει κατά 1 βαθμό. Όταν ο κωδικοποιητής περιστρέφεται γρήγορα, η ρύθμιση θερμοκρασίας αλλάζει κατά 5 βαθμούς.


Το μενού του ελεγκτή

Ο ελεγκτής έχει διάφορες λειτουργίες:

Κατάσταση αναμονής
Κύριος τρόπος λειτουργίας (Με σταθερή τη θερμοκρασία)
Λειτουργία ρεύματος (Με σταθερή παροχή ρεύματος)
Λειτουργία ρύθμισης
Λειτουργία βαθμονόμησης
Λειτουργία συντονισμού (η αρχική διαδικασία ρύθμισης)
Όταν ο ελεγκτής τεθεί σε λειτουργία, ενεργοποιείται η κατάσταση αναμονής. Σε αυτή τη λειτουργία το κολλητήρι τροφοδοτείται. Η οθόνη εμφανίζει τις ακόλουθες πληροφορίες:

Η προκαθορισμένη θερμοκρασία στην αριστερή πλευρά της πάνω γραμμής (στην επιλεγμένη μονάδα - Κελσίου ή Φαρενάιτ).
Το μήνυμα 'OFF' στη δεξιά πλευρά της πάνω γραμμής δείχνει ότι το κολλητήρι είναι σβηστό.
Η τρέχουσα θερμοκρασία του κολλητηριού στην αριστερή πλευρά της δεύτερης γραμμής.
Σε περίπτωση που το κολλητήρι δεν είναι συνδεδεμένο με τον ελεγκτή, στη δεύτερη γραμμή εμφανίζεται το μήνυμα 'no iron'. Όταν το κολλητήρι γίνει κρύο (μετά από χρήση), εμφανίζεται στη δεύτερη γραμμή το μήνυμα "cold" που δείχνει ότι είναι ασφαλές να πιάσετε το κολλητήρι.

Η προκαθορισμένη θερμοκρασία μπορεί να ρυθμιστεί περιστρέφοντας τον κωδικοποιητή ενώ το κολλητήρι είναι σβηστό. Για να τροφοδοτήσετε το κολλητήρι, πιέστε το κουμπί του κωδικοποιητή. Ο ελεγκτής θα μεταβεί στην κύρια λειτουργία. Τώρα ο ρυθμιστής διατηρεί τη θερμοκρασία του κολλητηριού κοντά στην προκαθορισμένη θερμοκρασία. Όταν το κολλητήρι χρησιμοποιείται έντονα, η θερμοκρασία μπορεί να αποκλίνει ελαφρώς από την προκαθορισμένη.

Στην κύρια λειτουργία, στην οθόνη εμφανίζονται οι ακόλουθες πληροφορίες:

Η προκαθορισμένη θερμοκρασία στην αριστερή πλευρά της επάνω γραμμής (σε επιλεγμένες μονάδες - Κελσίου ή Φαρενάιτ)
Το μήνυμα "ON" στη δεξιά πλευρά της επάνω γραμμής δείχνει ότι το κολλητήρι  είναι ενεργοποιημένο και εξακολουθεί να θερμαίνεται. Όταν το κολλητήρι φτάσει στην προκαθορισμένη θερμοκρασία, θα εμφανιστεί το μήνυμα "rdy" (έτοιμο).
Η τρέχουσα θερμοκρασία του κολλητηριού εμφανίζεται στην αριστερή πλευρά της δεύτερης γραμμής.
Η ισχύς που παρέχεται στο κολλητήρι (σε ποσοστά % της μέγιστης επιτρεπόμενης ισχύος) εμφανίζεται στη δεξιά πλευρά της κάτω σειράς της οθόνης.
Περιστρέφοντας τον κωδικοποιητή είναι δυνατή η αλλαγή της προκαθορισμένης θερμοκρασίας. Το μήνυμα «ΟΝ» θα εμφανιστεί πάλι μέχρι να φτάσει το κολλητήρι στη νέα προκαθορισμένη θερμοκρασία. Για να επιστρέψετε στην κατάσταση αναμονής (OFF), πιέστε το κουμπί του κωδικοποιητή.

Στην κύρια λειτουργία, ο ελεγκτής ελέγχει ότι το κολλητήρι λειτουργεί σωστά. Εάν σε 10 δευτερόλεπτα από την έναρξη η θερμοκρασία δεν αλλάξει, ο ελεγκτής θα απενεργοποιήσει την τροφοδοσία και το μήνυμα 'Failed' θα εμφανιστεί στην οθόνη. Σε αυτήν την περίπτωση, πιέστε το κουμπί του κωδικοποιητή για να επιστρέψετε στην κατάσταση αναμονής.

Η λειτουργία τροφοδοσίας (σταθερή παροχή ρεύματος) μπορεί να ενεργοποιηθεί πατώντας παρατεταμένα τον κωδικοποιητή ενώ βρίσκεται στην κύρια λειτουργία. Στη λειτουργία τροφοδοσίας, μπορείτε να ρυθμίσετε τη παροχή τροφοδοσίας στο κολλητήρι με το χέρι περιστρέφοντας τον κωδικοποιητή. Στη λειτουργία αυτή η οθόνη δείχνει την ισχύ που τροφοδοτείται το κολλητήρι στις εσωτερικές μονάδες (0-1023)  και τη θερμοκρασία του κολλητηριού σε μονάδες θερμοκρασίας C ή F ανάλογα την ρύθμιση. Με το πάτημα του κουμπιού του κωδικοποιητή μεταβαίνει στην κατάσταση λειτουργίας τροφοδοσίας. Με παρατεταμένο πάτημα του κουμπιού  του κωδικοποιητή θα επιστρέψετε τον ελεγκτή από τη λειτουργία τροφοδοσίας στην κύρια λειτουργία (σταθερή θερμοκρασία).

Για να μεταβείτε στις ρυθμίσεις, πατήστε παρατεταμένα το κουμπί του κωδικοποιητή από κατάσταση αναμονής (OFF). Στη λειτουργία ρύθμισης μπορούν να ρυθμιστούν οι παράμετροι διαμόρφωσης. Υπάρχουν 7 καταχωρήσεις μενού σε αυτή τη λειτουργία:

αυτόματο χρονικό όριο απενεργοποίησης (σε λεπτά)
μονάδες θερμοκρασίας (Κελσίου ή Φαρενάιτ)
η βαθμονόμηση θερμοκρασίας ('calib.')
αρχική διαδικασία εγκατάστασης ('tune')
αποθήκευση αλλαγών
ακύρωση αλλαγών
επαναφορά των προεπιλεγμένων τιμών

Περιστρέψτε το κουμπί για να επιλέξετε το στοιχείο του μενού που θέλετε να ρυθμίσετε. Για να αλλάξετε το επιλεγμένο στοιχείο, πιέστε το κουμπί του κωδικοποιητή. Αφού ρυθμίσετε την παράμετρο, πατήστε ξανά το κουμπί για να επιστρέψετε στο μενού ρύθμισης. Με το πάτημα του κουμπιού του κωδικοποιητή μπορείτε να επιστρέψετε στην κατάσταση αναμονής και να αποθηκεύσετε τις παραμέτρους στην EEPROM.

Συμβουλή: Θα πρέπει να φορτώσετε τις προεπιλεγμένες παραμέτρους πριν την πρώτη χρήση του ελεγκτή.

Βαθμονόμηση του σταθμού συγκόλλησης

Ο ελεγκτής διαβάζει τη θερμοκρασία σε μονάδες (0-1023) διαβάζοντας την τάση στον ακροδέκτη Arduino A0. Είναι πιο βολικό για εμάς να χρησιμοποιούμε μονάδες που καταλαβαίνουμε καλύτερα, όπως βαθμοί Κελσίου ή Φαρενάιτ. Ο ελεγκτής έχει προεπιλεγμένες παραμέτρους που επιτρέπουν τη μετάφραση των εσωτερικών μετρήσεων θερμοκρασίας σε μονάδες αναγνώσιμες από τον άνθρωπο. Αλλά ο αισθητήρας του κάθε κολλητηριού μπορεί να είναι διαφορετικός, οπότε πρέπει να γίνει η διαδικασία βαθμονόμησης στον ελεγκτή. Υπάρχουν τρία σημεία αναφοράς για τη βαθμονόμηση του κολλητηριού: 200, 300 και 400 βαθμούς Κελσίου. Ο ελεγκτής αποθηκεύει εσωτερικές μετρήσεις για αυτά τα τρία σημεία αναφοράς και τα χρησιμοποιεί για να μετατρέψει τη θερμοκρασία από την εσωτερική ανάγνωση σε τιμές αναγνώσιμες από τον άνθρωπο.

Επιλέξτε 'calib.' από το μενού ρυθμίσεων για να ξεκινήσει η διαδικασία βαθμονόμησης. Επιλέξτε το επιθυμητό σημείο βαθμονόμησης από τη λίστα μενού (200, 300 ή 400) και ενεργοποιήστε το κολλητήρι πατώντας το κουμπί του encoder. Το κολλητήρι αρχίζει να θερμαίνεται. Ο αλγόριθμος PID επιτρέπει την επίτευξη της επιθυμητής θερμοκρασίας σε σύντομο χρονικό διάστημα. Όταν φτάσει η θερμοκρασία του σημείου αναφοράς, ο ελεγκτής «μπιπ» δείχνει ότι είναι έτοιμος να ελέγξει τη θερμοκρασία με εξωτερικό αισθητήρα. Περιμένετε λίγο, επιτρέποντας τη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας, και στη συνέχεια ελέγξτε την πραγματική θερμοκρασία του κολλητηριού με  εξωτερικό αισθητήρα (θερμόμετρο). Στη συνέχεια, περιστρέψτε τη λαβή του κωδικοποιητή και επιλέξτε την πραγματική θερμοκρασία του κολλητηριού. Πατήστε σύντομα το κουμπί του encoder. Ο ελεγκτής αποθηκεύει την πραγματική θερμοκρασία για το σημείο αναφοράς. Επιλέξτε την επόμενη θερμοκρασία αναφοράς και επαναλάβετε τη διαδικασία. Μπορείτε να βαθμονομήσετε τη θερμοκρασία αναφοράς άλλη μια φορά επιλέγοντας το επιθυμητό σημείο αναφοράς. Μπορείτε να ρυθμίσετε οποιοδήποτε σημείο αναφοράς πολλές φορές. Κάθε φορά, αποθηκεύετε την πραγματική θερμοκρασία για το σημείο αναφοράς, ο ελεγκτής ενημερώνει τον τύπο μετάφρασης. Αυτό σας επιτρέπει να βαθμονομήσετε το κολλητήρι με μεγαλύτερη ακρίβεια. Όταν τελειώσετε τη βαθμονόμηση, πατήστε παρατεταμένα το κουμπί του encoder . Τώρα ο ελεγκτής αποθηκεύει νέες τιμές για όλες τις θερμοκρασίες αναφοράς που έχετε επιλέξει.

Αυτόματη λειτουργία απενεργοποίησης

Η λειτουργία αυτόματης απενεργοποίησης έχει εφαρμοστεί στη δεύτερη έκδοση του ελεγκτή. Ήταν μια μεγάλη πρόκληση, επειδή το στέλεχος του κολλητηριού δεν έχει αισθητήρα κραδασμών ή άλλον τρόπο για να επαληθεύσει σωστά ότι είναι σε χρήση ή απλώς είναι στη βάση του. Η βασική ιδέα ήταν να χρησιμοποιηθεί η τιμή της παρεχόμενης ενέργειας στο κολλητήρι. Στην κατάσταση αδράνειας, ο ελεγκτής μειώνει την ισχύ στην ελάχιστη τιμή για να διατηρήσει την προκαθορισμένη θερμοκρασία. Δυστυχώς, οι διασπορές μαθηματικών της θερμοκρασίας και της παρεχόμενης ισχύος δεν είναι σταθερές στην αδρανή κατάσταση και μπορούν να αποκλίνουν περιοδικά. Ο συντονισμός των παραμέτρων του αλγόριθμου PID, έχω σταθεροποιήσει τις μετρήσεις και ελαχιστοποίησα και τις δύο διασπορές. Τώρα ο ελεγκτής στην κατάσταση αναμονής διατηρεί τη διασπορά της θερμοκρασίας όσο το δυνατόν χαμηλότερη. Τα κριτήρια της χρήσης σιδήρου είναι ότι η ισχύς έχει αυξηθεί ελαφρά από τη μικρότερη καταχωρημένη τιμή. Αυτός ο αλγόριθμος δοκιμάστηκε για λίγο και αποδείχθηκε ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για αυτόματη λειτουργία απενεργοποίησης.

Αυτή η λύση δεν είναι πολύ αξιόπιστη, και γι' αυτό μπορείτε να την απενεργοποιήσετε εάν δεν λειτουργεί καλά για εσάς.

Τα αρχεία της κατασκευής θα τα βρείτε εδώ