A hurok lezárása a felületre szerelt forrasztásnál: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:45

A hőmérséklet a világon a legkönnyebben szabályozhatónak tűnik. Kapcsolja be a tűzhelyet, és állítsa be a kívánt hőmérsékletet. Reggel kapcsolja be a kemencét, és állítsa be a termosztátot. Állítsa be a hideg és meleg vizet, hogy a zuhany megfelelő legyen. Könnyen! De mi van akkor, ha a mindennapos alkalmazásokon túl is szeretné szabályozni a hőmérsékletet? Ha a normál tartományon kívüli hőmérsékletet szeretne, vagy szűk tartományban stabil hőmérsékletet szeretne, akkor többnyire egyedül van.

Az én esetemben a felületre szerelt forrasztáshoz használt főzőlap hőmérsékletét akartam szabályozni. Kezdetben impulzusszélesség -modulációt használtam a stabil hőmérséklet és kísérletileg meghatározott beállítások biztosításához a szükséges hőmérsékleti profil létrehozásához. Minderről ebben az utasításban olvashat. Ez a rendszer működik, és a hőmérséklet ilyen módon történő szabályozása minden rendben van, de vannak hiányosságai.

Hiányosságok:

• Csak a saját főzőlapomon működik. Mások hasonlóak, de nem azonosak, és kísérletek szükségesek a szükséges profilok létrehozásához szükséges beállítások és idők meghatározásához.
• Ugyanez a helyzet, ha más profilt vagy hőmérsékletet szeretnék.
• A forrasztási folyamat hosszú időt vesz igénybe, mivel a stabil hőmérsékletet lassan kell megközelíteni.

Ideális esetben megadhatnánk egy hőmérséklet-idő profilt, megnyomhatnánk egy gombot, és a vezérlő a főzőlap programozott működését okozza. Tudjuk, hogy ez lehetséges, mivel sok ipari folyamat pontosan ezt a szabályozást használja. A kérdés az, hogy ezt otthon könnyen és olcsón meg lehet csinálni?

Ahogy sejtette, mivel én írom ezt az Instructable -t, a válasz igen! Ez az útmutató megmutatja, hogyan lehet saját ipari erősségű hőmérsékletszabályozót készíteni. Különösen a felületre szerelt forrasztást célozom meg, de minden olyan folyamat, amely pontos időhőmérséklet -profilt igényel, használhatja ezt a rendszert.

Megjegyzés: Amikor az „Arduino” nevet használom, nem csak magára a (nem teljesen) szerzői joggal védett Arduino -ra gondolok, hanem a sok „Freeduino” néven ismert közkincs verzióra is. Bizonyos esetekben az „Ard/Free-duino” kifejezést használom, de ezeket a utasításokat felcserélhetőnek kell tekinteni.

Az Extreme Surface Mount Soldering Instructable-ban használt hőmérséklet-szabályozási sémát nyílt hurkú vezérlésnek nevezik. Vagyis egy olyan érték, amely a múltban a kívánt hőmérsékletet hozta létre, várhatóan ugyanazt a hőmérsékletet fogja előállítani, ha újra használják. Ez gyakran igaz, és a kívánt eredményt hozza. De ha a körülmények kissé eltérnek, mondjuk a garázs, ahol dolgozunk, sokkal hűvösebb vagy melegebb, akkor előfordulhat, hogy nem a várt eredményt kapja.

Ha van egy érzékelőnk, amely képes leolvasni a hőmérsékletet és jelenteni azt egy vezérlőnek, akkor zárt hurkú vezérlésünk van. A vezérlő képes beállítani egy kezdeti értéket a hőmérséklet növelésére, megnézni a hőmérsékletet az idő múlásával, és módosítani a beállítást, hogy a hőmérséklet magasabbra vagy alacsonyabbra csökkenjen a kívánt hőmérséklet eléréséig.

Megközelítésünk az AVRTiny2313 alapú PWM vezérlő lecserélése egy erősebb ATMega alapú vezérlőre. A programozás Arduino környezetben történik. A feldolgozást futtató PC-t (Linux-Mac-Windows) használjuk az eredmények megjelenítéséhez és a vezérlő beállításához.

Az érzékelőhöz a Harbor Freight infravörös hőmérséklet -érzékelőjét használjuk. Az infravörös érzékelő úgy lesz módosítva, hogy a hőmérsékletet soros adatfolyamként adja ki, amelyet a vezérlő tud olvasni. Ard/Free-duino-t fogunk használni vezérlőként, PC-vel (Mac-Linux-Windows) a vezérlőbe történő bemenethez. Ha mindennel végeztünk, a rendszer olyan lesz, mint a képen. (Előfordulhat azonban, hogy kevésbé vannak idegen áramkörök a kenyértáblán. Ez rendben van.)

1. lépés: Az infravörös érzékelő módosítása

Nagyon köszönöm okos barátomnak, Scott Dixonnak, hogy alapos nyomozói munkájával kitalálta, hogyan működik ez a műszer, és hogyan teheti általánosan használhatóvá egy vezérlővel a soros interfész feltárásával.

Az eszköz, amellyel kezdjük, a Harbor Freight cikkszáma: 93984-5VGA. Körülbelül 25 dollárba kerül. Ne foglalkozzon a garancia megvásárlásával.:)} Itt a link. Az 1. és 2. ábra elülső és hátsó nézeteket mutat. A 2. ábrán látható nyilak azt jelzik, hogy hol vannak azok a csavarok, amelyek együtt tartják a tokot. A 3. ábra a tok belsejét mutatja, amikor a csavarokat eltávolítják és a tokot kinyitják. A lézermutató modul valószínűleg eltávolítható és más projektekhez használható, bár ezt még nem tettem meg. A nyilak az eltávolítandó csavarokra mutatnak, ha ki akarja vinni a táblát forrasztani (ezen a képen eltávolították a csavarokat). Szintén feltüntették azt a területet, ahol kivágást kell végezni, hogy a vezetékeket ki lehessen lépni a házból. Lásd még az 5. ábrát. Vágja ki a tábla eltávolítása közben, vagy legalább a vezetékek forrasztása előtt. Így könnyebb.;)} A 4. ábrán látható, hogy hol fogják forrasztani a vezetékeket. Jegyezze fel az egyes kapcsolatok betűjelét, hogy a tok lezárásakor tudja, melyik vezeték melyik. Az 5. ábra a helyére forrasztott és a kivágáson keresztül vezetett vezetékeket mutatja. Most újra összerakhatja a tokot, és a műszernek úgy kell működnie, mint a művelet előtt. Vegye figyelembe a csatlakozókat a vezetékeken. Hosszabb vezetékeket használok a vezérlőhöz való csatlakozáshoz. Ha kisméretű vezetéket, kisméretű csatlakozót használ, és rövidre tartja a vezetékeket, akkor visszahúzhatja az egészet a tokba, ha szeretné, és a műszer változatlanul néz ki. Scott létrehozta azt a szoftvert is, amely illeszkedik az eszközhöz. Ezt a dokumentumot használta, ha részleteket szeretne. Ez az! Most van egy IR hőmérséklet -érzékelője, amely -33 és 250 C között működik.

2. lépés: Szoftver vezérléshez

Bármennyire is hasznos, az infravörös hőmérséklet -érzékelő csak a rendszer része. A hőmérséklet szabályozásához három elemre van szükség: egy hőforrásra, egy hőmérséklet -érzékelőre és egy vezérlőre, amely képes olvasni az érzékelőt és vezérelni a hőforrást. Esetünkben a főzőlap a hőforrás, az infravörös hőmérséklet-érzékelő (az utolsó lépésben módosítva) a mi érzékelőnk, és egy megfelelő szoftvert futtató Ard/Free-duino a vezérlő. Az Instructable összes szoftvere letölthető Arduino csomagként és feldolgozó csomagként.

Töltse le az IR_PID_Ard.zip fájlt. Csomagolja ki az Arduino könyvtárában (általában Saját dokumentumok/Arduino). Töltse le a PID_Plotter.zip fájlt. Csomagolja ki a feldolgozó könyvtárban (általában a Saját dokumentumok/feldolgozás). A fájlok mostantól elérhetők lesznek a megfelelő vázlatfüzetekben.

Az általunk használt szoftvert eredetileg Tim Hirzel írta. Módosítják az interfész hozzáadásával az IR érzékelőhöz (Scott Dixon szolgáltatása). A szoftver a PID algoritmus néven ismert vezérlőalgoritmust valósítja meg. A PID az arányos - integrált - származtatott kifejezést jelenti, és az ipari hőmérséklet -szabályozás szabványos algoritmusa. Ezt az algoritmust Tim Wescott kiváló cikke írja le, amelyen Tim Hirzel alapozta meg szoftverét. Olvassa el a cikket itt.

Az algoritmus hangolásához (erről az említett cikkben olvashat) és a célhőmérséklet beállításainak megváltoztatásához egy feldolgozási vázlatot fogunk használni, amelyet szintén Tim Hirzel fejlesztett ki. Kávébab pörkölésre fejlesztették ki (a hőmérséklet -szabályozás egy másik alkalmazása), és a Bare Bones Coffee Controller, vagy a BBCC nevet kapta. Nevétől eltekintve, kiválóan használható felületre szerelhető forrasztáshoz. Az eredeti verziót innen töltheti le.

A szoftver módosítása

A következőkben feltételezem, hogy ismeri az Arduino -t és a Processing -et. Ha nem, akkor nézze át az oktatóanyagokat, amíg a dolgok kezdenek értelmet nyerni. Feltétlenül írjon megjegyzéseket ehhez az utasításhoz, és megpróbálok segíteni.

A PID -szabályozót módosítani kell az Arduino/Freeduino készüléken. Az infravörös érzékelő óráját egy megszakító csaphoz kell csatlakoztatni. Egy Arduino -n ez lehet 1 vagy 0. A különböző típusú Freeduinóknál használhatja a rendelkezésre álló megszakításokat. Csatlakoztassa az érzékelőtől származó adatvezetéket egy másik közeli tűhöz (például D0 vagy D1 vagy másik tetszés szerinti tűhöz). A főzőlaphoz vezető vezérlővonal bármilyen digitális tűből származhat. A saját Freeduino klónomon (itt leírom) a D1 -et és a hozzá tartozó megszakítást (1) használtam az órához, a D0 -t az adatokhoz és a B4 -et a vezérlővonalhoz a főzőlaphoz.

A szoftver letöltése után indítsa el az Arduino környezetet, és nyissa meg az IR_PID fájlt a Fájl/Vázlatfüzet menüpontból. A pwm lapon megadhatja a HEAT_RELAY_PIN -t az Arduino vagy a Freeduino változatának megfelelően. A temp fül alatt tegye ugyanezt az IR_CLK PIN, IR_DATA PIN és IR_INT. Készen kell állnia a fordításra és a letöltésre.

Hasonlóképpen indítsa el a feldolgozási környezetet, és nyissa meg a PID_Plotter vázlatot. Állítsa be a BAUDRATE -t a megfelelő értékre, és ügyeljen arra, hogy a Serial.list () [1] -ben használt indexet a rendszerének megfelelő értékre állítsa be (a portom az 1. index).

3. lépés: Az összes összekapcsolása

A főzőlap váltakozó áramú vezérlőrendszerét a már említett Extreme Surface Mount Soldering Instructable tartalmazza, vagy megvásárolhatja saját SSR -ét (szilárdtest relé). Győződjön meg arról, hogy a főzőlap terhelését elegendő árréssel, például 20-40 wattos kapacitással tudja kezelni, mivel a kínaiak által végzett teszt kívánnivalót hagyhat maga után. Ha az Instructable főzőlapos váltakozó áramú vezérlőjét használja, akkor futtasson egy jumpert a vezérlő bemeneten lévő ellenállásról az Ard/Free-duino földre, és egy jumpert a vezérlő kimenetről (B4, vagy bármi, amit választott) a vezérlőjelre Bemenet. Lásd a vezérlő képét. A sárga jumper a vezérlőjel bemenet, a zöld jumper pedig a földre megy. Szeretek egy villogó lámpát használni (ellenállással földelve) a kimeneti tüskén, így tudom, mikor van bekapcsolva. Csatlakoztassa a jumpert a LED és a port közé az ábrán látható módon. Lásd a Teensy ++ összekapcsolási diagramját.

Most szereljen fel egy tartót, hogy az infravörös hőmérséklet -érzékelőt a főzőlap felett tartsa. A képen látszik, mit tettem. Egyszerű, de erős a szabály. Tartson távol minden gyúlékony anyagot a főzőlaptól; az érzékelő műanyag, és úgy tűnik, hogy csak 3 hüvelykkel a lemez felülete felett van. Vezesse le a vezetékeket az érzékelő csatlakozójáról az Ard/Free-duino megfelelő tűire. Az infravörös érzékelő csatlakozásait a Teensy ++ összekapcsolási diagram mutatja. Állítsa be ezeket szükség szerint az Ard/Free-duino készülékéhez.

Fontos biztonsági megjegyzés: Az infravörös érzékelő led mutatóval rendelkezik, amely segíti a célzást. Ha olyan macskái vannak, mint az enyém, imádják üldözni a ledes mutatót. Ezért takarja le a LED -et valamilyen átlátszatlan szalaggal, hogy a macskái ne ugorjanak fel a főzőlapra, amikor használják.

Mielőtt a főzőlap váltakozó áramú vezérlőjét 120 V -ra csatlakoztatná, a következőképpen tesztelheti a rendszert, és beállíthatja a hőmérséklet kezdeti célértékeit. Javaslom a 20 C -os célhőmérsékletet, hogy a fűtés ne induljon el azonnal. Ezeket az értékeket az EEPROM tárolja, és legközelebb használja, ezért ügyeljen arra, hogy mindig alacsony értéket tároljon célhőmérsékletként, amikor befejezte a forrasztást. Jó ötletnek tartom, ha a hőmérsékletszabályozót először a főzőlap kihúzott csatlakozójával indítjuk. Győződjön meg arról, hogy minden működik, mielőtt csatlakoztatja.

Csatlakoztassa a soros portot az Arduino -hoz, és kapcsolja be. Fordítsa össze az Arduino vázlatot és töltse le. Indítsa el a feldolgozási vázlatot a vezérlővel való interakcióhoz és az eredmények megjelenítéséhez. Esetenként az Arduino vázlat nem szinkronizálódik a Processing vázlattal. Amikor ez megtörténik, a „Nincs frissítés” üzenet jelenik meg a feldolgozó vázlat konzol ablakában. Egyszerűen állítsa le és indítsa újra a feldolgozási vázlatot, és minden rendben kell legyen. Ha nem, nézze meg az alábbi Hibaelhárítás részt.

Itt vannak a vezérlőhöz tartozó parancsok. A „Delta” az az összeg, amelyet egy paraméter megváltoztathat parancsra. Először állítsa be a használni kívánt delta értékét. Ezután állítsa be a kívánt paramétert a delta használatával. Például használja a + és - billentyűket a delta 10 létrehozásához. Ezután használja a T (nagybetűs „T”) billentyűt a célhőmérséklet beállításának 10 C fokkal történő növeléséhez, vagy a t (kisbetű „t”) a célhőmérséklet 10 fokkal történő csökkentéséhez.. Parancsok:

+/-: a delta beállítása tízszeresével P/p: fel/le a p erősítés beállítása delta I/i-vel: fel/le korrekció i erősítés delta D/d: fel/le korrekció d erősítés delta T/t: fel/le a beállított hőmérséklet beállítása delta h -val: a súgó képernyő be- és kikapcsolása R: értékek visszaállítása - ezt a vezérlő első futtatásakor tegye

Miután megkapta a hőmérséklet -frissítéseket, a vázlat grafikus ablakának a képen láthatónak kell lennie. Ha a képernyőn néhány szürke terület van megadva néhány leírt paranccsal, egyszerűen írja be a „h” -t a törléshez. Az első indításkor a rendszer felszólíthatja a kezdeti értékek visszaállítására. Menj, és tedd ezt. A jobb felső sarokban található értékek az aktuális értékek és beállítások. A „Cél” az aktuális célhőmérséklet, amelyet a „t” parancs módosít a fent leírtak szerint. A „Curr” az érzékelő aktuális hőmérsékleti értéke. „P”, „I” és „D” a PID szabályozó algoritmus paraméterei. Használja a „p”, „i” és „d” parancsokat azok megváltoztatásához. Egy pillanat múlva megvitatom őket. A „Pow” a tápellátás parancs a PID vezérlőtől a főzőlapra. Ez 0 (mindig kikapcsolt) és 1000 (mindig bekapcsolva) közötti érték.

Ha a kezét az érzékelő alá teszi, látnia kell, hogy a hőmérséklet (Curr) leugrik. Ha most növeli a célhőmérsékletet, látni fogja a teljesítmény (Pow) érték növekedését, és a kimeneti LED villogni kezd. Növelje a célhőmérsékletet, és a kimeneti LED tovább fog világítani. Ha a főzőlap csatlakoztatva van és működik, a célhőmérséklet növelése a főzőlap bekapcsolását eredményezi. Ahogy az aktuális hőmérséklet megközelíti a célhőmérsékletet, a bekapcsolási idő csökken, így a célhőmérsékletet minimális túllövéssel közelítik meg. Ekkor az idő pont elegendő lesz a célhőmérséklet fenntartásához.

A következőképpen állíthatja be a PID algoritmus paramétereit. Kezdheti az általam használt értékekkel. P 40, I 0,1 és D 100. A rendszerem 50 ° C -os lépést tesz meg körülbelül 30 másodperc alatt, 5 ° -nál kisebb túllépéssel. Ha a rendszer jelentősen eltérően teljesít, akkor be kell hangolni. A PID -szabályozó hangolása bonyolult lehet, de a fent hivatkozott cikk elmagyarázza, hogyan kell ezt nagyon hatékonyan csinálni.

Most itt az ideje az igazinak. Csatlakoztassa a főzőlapot a főzőlap váltakozó áramú vezérlőjéhez, az Extrém felületre szerelt forrasztás című részben leírtak szerint. Feltétlenül olvassa el az összes figyelmeztetést is. Helyezze a hőmérséklet -érzékelőt úgy, hogy körülbelül 3 hüvelyknyire legyen a főzőlap felett, és közvetlenül rá mutasson. Kapcsolja be az Ard/Free-duino-t. Győződjön meg arról, hogy minden csatlakozás megfelelő, és hogy a szoftver (a PID vezérlő és a felügyeleti program) megfelelően működik. Kezdje a 20 ° C-ra beállított célhőmérséklettel, majd növelje a célhőmérsékletet 40 ° C-ra. A főzőlapnak be kell kapcsolnia, és a hőmérsékletnek simán kell emelkednie 40 ° C +/- 2 ° C-ra. Most megpróbálhatja növelni a hőmérsékletet a teljesítmény megfigyelése közben a rendszeréből. Észre fogja venni, hogy sokkal hosszabb ideig tart a lemez kihűlése, mint a felmelegedése.

Hibaelhárítás

Ha a feldolgozási vázlat nem fut, vagy nem frissíti a hőmérsékletet, állítsa le a feldolgozási vázlatot, és indítson el egy soros terminált (például Hyperterminal a Windows rendszeren). Koppintson a szóközre, és nyomja meg a visszatérést. Az Arduino -nak válaszolnia kell az aktuális hőmérséklet -leolvasással. Módosítsa az átviteli sebesség beállításait stb., Amíg meg nem kapja a kívánt választ. Ha ez működik, a Processing vázlatnak futnia kell. Ha továbbra is problémái vannak, győződjön meg arról, hogy a tűk hozzárendelése megegyezik a fizikai kábelezéssel, és hogy a tápellátást és a földelést a hőmérséklet -érzékelő megfelelő csapjaihoz csatlakoztatta.

4. lépés: Felületre szerelt forrasztás

Az ebben az utasításban leírt hőmérsékletszabályozó rendszer használata kétféle módon javítja az extrém felületre szerelt forrasztást. Először is, a hőmérséklet -szabályozás pontosabb és jelentősen gyorsabb. Tehát ahelyett, hogy körülbelül 6 perc alatt lassú rámpát használnánk körülbelül 120 ° C -ról 180 ° C -ra, gyorsan felmehetünk 180 ° C -ra, tarthatjuk 2½ és 3 perc között, és gyorsan elmehetünk 220 ° C -ról 240 ° C -ra körülbelül egy percig. Még mindig figyelnünk kell arra a pontra, amikor a forrasztó áramlik, és le kell kapcsolni az áramot, vagy csak gyorsan le kell csökkenteni a célhőmérsékletet. Mivel a hőmérséklet nagyon lassan csökken, általában lecsúsztatom az áramköröket a főzőlapról, amint a hőmérséklet 210 ° C alá hűlt. Tegye őket egy darab deszkára vagy fára, ne fémre. A fém miatt túl gyorsan lehűlhetnek. Vegye figyelembe azt is, hogy előfordulhat, hogy a célhőmérsékletet 250 ° C fölé kell emelni (a maximális értéket az érzékelő leolvassa) ahhoz, hogy a lemez bizonyos helyeken elég meleg legyen. A lemez nem éri el egyetlen hőmérsékletet a teljes felületen, de hűvösebb lesz bizonyos területeken, mint mások. Ezt meg fogja tanulni kísérletezve.

A második fejlesztési terület a forrasztási ciklusok közötti idő csökkentése. A nyílt hurkú rendszerrel meg kellett várnom, amíg a főzőlap szobahőmérsékletre (kb. 20 ° C) lehűl, hogy új forrasztási ciklust kezdhessek. Ha ezt nem tenném meg, akkor a hőmérsékleti ciklus nem lenne helyes (a kezdeti feltételek megváltozása). Most már csak várnom kell a 100C körüli stabil hőmérsékletre, és elkezdhetem az új ciklust.

Az általam használt hőmérsékleti ciklust a fentiek tartalmazzák, de itt pontosan ez van. Kezdje 100 C -on. Tegye a táblákat a főzőlapra két -három percre, hogy felmelegedjen - hosszabb ideig a nagy alkatrészekkel. Állítsa a célhőmérsékletet 180 C -ra. Ez a hőmérséklet kevesebb, mint egy perc alatt érhető el. Tartson itt 2 ½ percig. Állítsa a célt 250C -ra. Amint az összes forrasztó áramlik, csökkentse a célhőmérsékletet körülbelül 100 ° C -ra. A tányér hőmérséklete magas marad. Amint a hőmérséklet 210 ° C -ra csökken, vagy eltelik 1 perc, csúsztassa le a táblákat a főzőlapról egy parketta vagy fa hűtőplatformra. A forrasztás megtörtént.

Ha más hőmérsékleti profilt szeretne használni, akkor nem okoz gondot ennek elérése ezzel a vezérlőrendszerrel.

Érdemes kísérletezni a hőmérséklet -érzékelő helyzetével a főzőlap felett. Azt tapasztaltam, hogy a főzőlap nem minden része éri el ugyanazt a hőmérsékletet egyszerre. Tehát attól függően, hogy hol helyezi el az érzékelőt, a forrasztáshoz szükséges idő és hőmérséklet változhat. Miután kidolgozott egy receptet, használja az érzékelő ugyanazt a pozicionálást az ismétlődő eredmények érdekében.

Boldog forrasztást!