Cilpas aizvēršana uz virsmas stiprinājuma lodēšanas: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 11:00

Šķiet, ka temperatūra pasaulē ir visvieglāk kontrolējama. Ieslēdziet plīti un iestatiet vēlamo temperatūru. No rīta ieslēdziet krāsni un iestatiet termostatu. Pielāgojiet karstu un aukstu ūdeni, lai duša būtu pareiza. Viegli! Bet ko darīt, ja vēlaties kontrolēt temperatūru ārpus šīm ikdienas lietojumprogrammām? Ja vēlaties temperatūru ārpus normālā diapazona vai stabilu temperatūru šaurā diapazonā, jūs lielākoties esat viens pats.

Manā gadījumā es gribēju kontrolēt sildvirsmas temperatūru, ko izmanto lodēšanai uz virsmas. Sākotnēji es izmantoju impulsa platuma modulāciju, lai nodrošinātu stabilu temperatūru un eksperimentāli noteiktus iestatījumus, lai izveidotu nepieciešamo temperatūras profilu. Par to visu varat izlasīt šajā pamācībā. Šī sistēma darbojas, un temperatūras kontrole šādā veidā ir laba un laba, taču tai ir trūkumi.

Trūkumi:

• Darbojas tikai manai īpašajai sildvirsmai. Citi ir līdzīgi, bet nav identiski, un ir nepieciešami eksperimenti, lai noteiktu iestatījumus un laiku, kas nepieciešams, lai izveidotu vajadzīgo profilu.
• Tāda pati situācija, ja es vēlos citu profilu vai temperatūru.
• Lodēšanas process aizņem ilgu laiku, jo stabilai temperatūrai ir jāpieiet lēni.

Ideālā gadījumā mēs varētu vienkārši norādīt temperatūras un laika profilu, nospiest pogu, un kontrolieris izraisīs sildvirsmas darbību, kā ieprogrammēts. Mēs zinām, ka tas ir iespējams, jo ir daudz rūpniecisku procesu, kuros tiek izmantota tieši šāda veida kontrole. Jautājums ir, vai mājās to var izdarīt viegli un lēti?

Kā jūs jau varētu uzminēt, tā kā es rakstu šo pamācību, atbilde ir jā! Šī pamācība parādīs, kā izveidot savu rūpnieciski izturīgo temperatūras regulatoru. Es īpaši pievērsīšos lodēšanai uz virsmas, bet šo sistēmu var izmantot jebkurš process, kam nepieciešams precīzs laika temperatūras profils.

Piezīme: Lietojot nosaukumu “Arduino”, es domāju ne tikai pašu (ne gluži) ar autortiesībām aizsargāto Arduino, bet arī daudzas publiskā domēna versijas, kas kopīgi pazīstamas kā “Freeduino”. Dažos gadījumos es izmantoju terminu “Ard/Free-duino”, taču šīs instrukcijas nolūkos termini ir jāuzskata par savstarpēji aizstājamiem.

Temperatūras kontroles shēma, ko izmanto Extreme Surface Mount Soldering Instructable, ir pazīstama kā atvērtā cikla vadība. Tas nozīmē, ka vērtība, kas iepriekš ir radījusi vēlamo temperatūru, paredz, ka tā atkal tiks izmantota tādā pašā temperatūrā. Bieži vien tā ir taisnība un dod vēlamo rezultātu. Bet, ja apstākļi ir nedaudz atšķirīgi, teiksim, ka garāža, kurā mēs strādājam, ir daudz vēsāka vai siltāka, tad, iespējams, nesaņemsiet gaidīto rezultātu.

Ja mums ir sensors, kas var nolasīt temperatūru un ziņot par to kontrolierim, tad mums ir slēgtā cikla vadība. Kontrolieris var iestatīt sākotnējo vērtību, lai paaugstinātu temperatūru, apskatīt temperatūru laika gaitā un pielāgot iestatījumu, lai temperatūra būtu augstāka vai zemāka, līdz tiek sasniegta vēlamā temperatūra.

Mūsu pieeja būs aizstāt AVRTiny2313 bāzes PWM kontrolieri ar jaudīgāku uz ATMega balstītu kontrolieri. Programmēšana tiks veikta Arduino vidē. Mēs izmantosim datoru (Linux-Mac-Windows), kurā darbojas apstrāde, lai parādītu rezultātus un pielāgotu kontrolieri.

Sensoram mēs izmantosim ostas kravu infrasarkano staru temperatūras sensoru. IR sensors tiks modificēts, lai izvadītu temperatūru kā sērijas datu plūsmu, ko kontrolieris var nolasīt. Mēs izmantosim Ard/Free-duino kā kontrolieri un datoru (Mac-Linux-Windows), lai ievadītu kontrolieri. Kad viss būs paveikts, sistēma izskatīsies kā attēlā. (Tomēr jūsu maizes dēļā var būt mazāk svešu shēmu. Tas ir labi.)

1. darbība: IR sensora modificēšana

Liels paldies manam gudrajam draugam Skotam Diksonam par rūpīgo detektīvdarbību, noskaidrojot, kā šis instruments darbojas un kā padarīt to vispārēji noderīgu, izmantojot kontrolieri, atklājot tā seriālo saskarni.

Ierīce, ar kuru mēs sāksim, ir ostas kravas daļas numurs: 93984-5VGA. Izmaksas aptuveni 25 USD. Neuztraucieties iegādāties garantiju.:)} Šeit ir saite. 1. un 2. attēlā parādīts skats no priekšpuses un aizmugures. Bultiņas 2. attēlā norāda, kur atrodas skrūves, kas satur korpusu kopā. 3. attēlā parādīta korpusa iekšpuse, kad skrūves tiek noņemtas un korpuss ir atvērts. Lāzera rādītāja moduli, iespējams, var noņemt un izmantot citiem projektiem, lai gan es to vēl neesmu izdarījis. Bultiņas norāda uz skrūvēm, kuras jānoņem, ja vēlaties izvilkt dēli pie tā lodēt (šajā attēlā ir noņemtas skrūves). Norādīta ir arī vieta, kur jāizgriež, lai elektroinstalācija izietu no korpusa. Skatiet arī 5. attēlu. Izgrieziet, kamēr plāksne ir noņemta vai vismaz pirms vadu pielodēšanas. Tā ir vieglāk.;)} 4. attēlā parādīts, kur tiks pielodēti vadi. Pievērsiet uzmanību katra savienojuma burtam, lai, aizverot korpusu, jūs zināt, kurš vads ir. 5. attēlā parādīti vadi, kas pielodēti vietā un izvadīti caur izgriezumu. Tagad jūs varat salikt lietu atpakaļ, un instrumentam jādarbojas tāpat kā pirms operācijas. Ievērojiet savienotāju uz vadiem. Es izmantoju garākus vadus, lai faktiski izveidotu savienojumu ar manu kontrolieri. Ja izmantojat mazu vadu, nelielu savienotāju un vadi ir īsi, varat to visu ievilkt atpakaļ korpusā, ja vēlaties, un instruments izskatās nemainīts. Skots ir arī izveidojis programmatūru šīs ierīces saskarnei. Viņš izmantoja šo dokumentu, ja vēlaties iegūt sīkāku informāciju. Tieši tā! Tagad jums ir IR temperatūras sensors, kas darbosies no -33 līdz 250 C.

2. darbība: programmatūra vadībai

Noderīgs IR temperatūras sensors ir tikai daļa no sistēmas. Lai kontrolētu temperatūru, nepieciešami trīs priekšmeti: siltuma avots, temperatūras sensors un regulators, kas var nolasīt sensoru un pavēlēt siltuma avotam. Mūsu gadījumā sildvirsma ir siltuma avots, IR temperatūras sensors (kā tas tika mainīts pēdējā solī) ir mūsu sensors, un kontrolieris ir Ard/Free-duino, kurā darbojas atbilstoša programmatūra. Visu šīs instrukcijas programmatūru var lejupielādēt kā Arduino pakotni un kā apstrādes pakotni.

Lejupielādējiet failu IR_PID_Ard.zip. Izsaiņojiet to savā Arduino direktorijā (parasti Mani dokumenti/Arduino). Lejupielādējiet failu PID_Plotter.zip. Izsaiņojiet to savā apstrādes direktorijā (parasti Mani dokumenti/apstrāde). Faili tagad būs pieejami atbilstošajās skiču grāmatās.

Programmatūru, kuru izmantosim, sākotnēji uzrakstīja Tims Hircels. To modificē, pievienojot interfeisu IR sensoram (nodrošina Scott Dixon). Programmatūra ievieš vadības algoritmu, kas pazīstams kā PID algoritms. PID apzīmē proporcionālo - integrālo - atvasinājumu un ir standarta algoritms, ko izmanto rūpnieciskai temperatūras kontrolei. Šis algoritms ir aprakstīts lieliskā Tima Veskota rakstā, uz kura Tims Hircels balstīja savu programmatūru. Lasiet rakstu šeit.

Lai noregulētu algoritmu (par to lasiet minētajā rakstā) un lai mainītu mērķa temperatūras iestatījumus, mēs izmantosim apstrādes skici, ko izstrādājis arī Tims Hircels. Tas tika izstrādāts kafijas pupiņu grauzdēšanai (vēl viens temperatūras kontroles pielietojums), un to sauca par Bare Bones Coffee Controller jeb BBCC. Nosaukums malā, tas lieliski darbojas uz virsmas montējamā lodēšanā. Šeit varat lejupielādēt oriģinālo versiju.

Programmatūras modificēšana

Turpmāk es pieņemu, ka esat iepazinies ar Arduino un Processing. Ja neesat, jums vajadzētu iziet apmācības, līdz lietas sāk saprast. Noteikti ievietojiet komentārus šajā pamācībā, un es centīšos palīdzēt.

Jūsu Arduino/Freeduino PID kontrolieris ir jāmaina. Pulksteņa līnija no IR sensora jāpiestiprina pie pārtraukuma tapas. Arduino tas var būt 1 vai 0. Dažādu veidu Freeduinos varat izmantot visus pieejamos pārtraukumus. Pievienojiet datu līniju no sensora citai tuvumā esošai tapai (piemēram, D0 vai D1 vai citai tapai pēc jūsu izvēles). Vadības līnija uz sildvirsmas var nākt no jebkuras digitālās tapas. Savā konkrētajā Freeduino klonā (aprakstiet šeit) es izmantoju D1 un ar to saistīto pārtraukumu (1) pulkstenim, D0 datiem un B4 vadības līnijai uz sildvirsmas.

Pēc programmatūras lejupielādes palaidiet savu Arduino vidi un atveriet IR_PID no izvēlnes Fails/Sketchbook. Cilnē pwm HEAT_RELAY_PIN varat definēt atbilstoši savam Arduino vai Freeduino variantam. Cilnē temp veiciet to pašu ar IR_CLK PIN, IR_DATA PIN un IR_INT. Jums jābūt gatavam apkopot un lejupielādēt.

Līdzīgi palaidiet apstrādes vidi un atveriet PID_Plotter skici. Pielāgojiet BAUDRATE pareizai vērtībai un noteikti iestatiet Serial.list () [1] izmantoto indeksu uz jūsu sistēmai atbilstošu vērtību (mans ports ir 1. indekss).

3. solis: sasaistiet to visu

Karstās plāksnes maiņstrāvas vadības sistēma ir sīki aprakstīta jau minētajā Extreme Surface Mount Soldering Instructable, vai arī jūs varat iegādāties savu SSR (cietvielu releju). Pārliecinieties, ka tā spēj izturēt sildvirsmas slodzi ar pietiekamu rezervi, piemēram, no 20 līdz 40 vatiem, jo ķīniešu veiktā pārbaude var atstāt vēlamo. Ja izmantojat sildvirsmas maiņstrāvas kontrolieri no mana Instructable, tad palaidiet džemperi no rezistora uz vadības ieejas līdz zemei uz Ard/Free-duino un džemperi no vadības izejas (B4 vai jebkura cita, ko izvēlējāties) līdz vadības signālam Ievadi. Skatiet kontroliera attēlu. Dzeltenais džemperis ir vadības signāla ievade, un zaļais džemperis iet uz zemes. Man patīk izmantot mirgojošu lukturi (vadīts ar rezistoru pie zemes) uz izejas tapas, lai es zinātu, kad tas ir ieslēgts. Savienojiet savu džemperi starp LED un portu, kā parādīts attēlā. Skatiet Teensy ++ savienojuma diagrammu.

Tagad uzstādiet balstu, lai turētu IR temperatūras sensoru virs sildvirsmas. Attēlā redzams, ko es darīju. Vienkāršs, bet izturīgs ir noteikums. Turiet visu uzliesmojošo labi prom no sildvirsmas; sensors ir plastmasa un šķiet labi 3 collas virs plāksnes virsmas. Izvelciet vadus no sensora savienotāja līdz atbilstošajām Ard/Free-duino tapām. Savienojumi IR sensoram ir parādīti Teensy ++ savienojuma diagrammā. Pielāgojiet tos pēc nepieciešamības savam Ard/Free-duino.

Svarīga drošības piezīme: IR sensoram ir LED rādītājs, kas palīdz to mērķēt. Ja jums ir tādi kaķi kā man, viņiem patīk dzīt vadīto rādītāju. Tāpēc pārklājiet vadu ar kādu necaurspīdīgu lenti, lai jūsu kaķi nelēktu uz sildvirsmas, kad to lietojat.

Pirms sildvirsmas maiņstrāvas regulatora pievienošanas 120 V spriegumam, lūk, kā pārbaudīt sistēmu un iestatīt sākotnējās temperatūras mērķvērtības. Es iesaku mērķa temperatūru 20 C, lai apkure nesāktos uzreiz. Šīs vērtības tiks saglabātas EEPROM un izmantotas nākamreiz, tāpēc, kad esat pabeidzis lodēšanas sesiju, vienmēr saglabājiet zemu vērtību kā mērķa temperatūru. Es uzskatu, ka sākumā ir ieteicams iedarbināt temperatūras regulatoru, kad sildvirsma nav atvienota. Pirms pievienošanas pārliecinieties, ka viss darbojas.

Pievienojiet seriālo portu savam Arduino un ieslēdziet to. Apkopojiet Arduino skici un lejupielādējiet to. Sāciet apstrādes skici, lai mijiedarbotos ar kontrolieri un parādītu rezultātus. Reizēm Arduino skice netiks sinhronizēta ar Apstrādes skici. Kad tas notiks, apstrādes skices konsoles logā redzēsit ziņojumu “Nav atjauninājuma”. Vienkārši pārtrauciet un restartējiet apstrādes skici, un viss ir kārtībā. Ja nē, apskatiet tālāk esošo problēmu novēršanas sadaļu.

Šeit ir komandas kontrolierim. “Delta” ir summa, ko parametrs mainīs, kad to pavēlēs. Vispirms iestatiet delta vērtību, kuru vēlaties izmantot. Pēc tam, izmantojot šo deltu, noregulējiet vēlamo parametru. Piemēram, izmantojiet + un -, lai izveidotu deltu 10. Pēc tam izmantojiet T (lielais burts “T”), lai palielinātu mērķa temperatūras iestatījumu par 10 ° C, vai t (mazie burti “t”), lai samazinātu mērķa temperatūru par 10 grādiem. Komandas:

+/-: noregulējiet delta koeficientu desmit P/p: uz augšu/uz leju pielāgojiet p pastiprinājumu par delta I/i: uz augšu/uz leju pielāgojiet i pieaugumu par delta D/d: uz augšu/uz leju pielāgojiet d pastiprinājumu par delta T/t: uz augšu/uz leju pielāgot iestatīto temperatūru ar delta h: ieslēgt un izslēgt palīdzības ekrānu R: atiestatīt vērtības - dariet to, pirmo reizi palaižot kontrolieri

Kad esat saņēmis temperatūras atjauninājumus, skices grafiskajam logam vajadzētu izskatīties kā attēlā. Ja ekrānā ir uzlikta liela pelēka zona ar dažām aprakstītajām komandām, vienkārši ierakstiet “h”, lai to notīrītu. Pirmoreiz startējot, jums var tikt piedāvāts atiestatīt sākotnējās vērtības. Iet uz priekšu un dari to. Augšējā labajā stūrī esošās vērtības ir pašreizējie rādījumi un iestatījumi. “Mērķis” ir pašreizējā mērķa temperatūra, un to maina komanda “t”, kā aprakstīts iepriekš. “Curr” ir sensora temperatūras rādījums no sensora. “P”, “I” un “D” ir PID kontroles algoritma parametri. Izmantojiet komandas “p”, “i” un “d”, lai tās mainītu. Pēc brīža es tos apspriedīšu. “Pow” ir barošanas komanda no PID regulatora uz sildvirsmu. Tā ir vērtība no 0 (vienmēr izslēgta) līdz 1000 (vienmēr ieslēgta).

Noliekot roku zem sensora, vajadzētu redzēt, ka temperatūras (Curr) rādījums lec uz augšu. Ja tagad paaugstināsit mērķa temperatūru, redzēsit jaudas (Pow) vērtības pieaugumu un izvades gaismas diode mirgos. Palieliniet mērķa temperatūru, un izvades gaismas diode turpinās degt ilgāk. Kad sildvirsma ir pievienota un darbojas, paaugstinot mērķa temperatūru, sildvirsma ieslēgsies. Kad pašreizējā temperatūra tuvojas mērķa temperatūrai, ieslēgšanās laiks samazināsies, lai mērķa temperatūra tiktu sasniegta ar minimālu pārfotografēšanu. Tad ar laiku būs pietiekami, lai uzturētu mērķa temperatūru.

Tālāk ir norādīts, kā iestatīt PID algoritma parametrus. Jūs varat sākt ar vērtībām, kuras es izmantoju. P 40, I 0,1 un D 100. Mana sistēma veiks 50C soli apmēram 30 sekundēs ar pārsniegumu, kas ir mazāks par 5 grādiem. Ja jūsu sistēma darbojas ievērojami atšķirīgi, jūs vēlaties to noregulēt. PID regulatora regulēšana var būt sarežģīta, taču iepriekš minētajā rakstā ir paskaidrots, kā to izdarīt ļoti efektīvi.

Tagad ir pienācis īstais laiks. Pievienojiet sildvirsmu sildvirsmas maiņstrāvas kontrolierim, kā aprakstīts sadaļā Extreme Surface Mount Lodēšana. Noteikti izlasiet arī visus brīdinājumus. Novietojiet temperatūras sensoru tā, lai tas būtu aptuveni 3 collas virs sildvirsmas un vērstu tieši uz to. Ieslēdziet savu Ard/Free-duino. Pārliecinieties, vai visi savienojumi ir pareizi un vai jūsu programmatūra (PID kontrolieris un uzraudzības programma) darbojas pareizi. Sāciet ar mērķa temperatūru, kas iestatīta uz 20 C. Pēc tam palieliniet mērķa temperatūru līdz 40 C. Sildīšanas plāksnei vajadzētu iedegties, un temperatūrai vienmērīgi jāpalielinās līdz 40 C +/- 2 C. Tagad varat novērot veiktspējas paaugstināšanu. no jūsu sistēmas. Jūs pamanīsit, ka plāksnes atdzesēšana prasa daudz ilgāku laiku nekā tās uzsildīšana.

Traucējummeklēšana

Ja Apstrādes skice nedarbojas vai neatjaunina temperatūru, pārtrauciet Apstrādes skici un sāciet sērijas termināli (piemēram, Hyperterminal operētājsistēmā Windows). Pieskarieties atstarpes taustiņam un nospiediet atgriešanās taustiņu. Arduino vajadzētu reaģēt ar pašreizējo temperatūras rādījumu. Pielāgojiet pārraides ātruma iestatījumus utt., Līdz iegūstat vēlamo atbildi. Tiklīdz tas darbojas, vajadzētu palaist apstrādes skici. Ja jums joprojām ir problēmas, pārliecinieties, ka tapu uzdevumi atbilst jūsu fiziskajiem vadiem un ka esat pievienojis strāvu un zemi atbilstošajām temperatūras sensora tapām.

4. solis: Virsmas stiprinājuma lodēšana

Izmantojot šajā pamācībā aprakstīto temperatūras kontroles sistēmu, divējādā veidā tiek uzlabota ekstrēmā virsmas stiprinājuma lodēšana. Pirmkārt, temperatūras kontrole ir precīzāka un ievērojami ātrāka. Tā vietā, lai aptuveni 6 minūšu laikā būtu lēns slīpums no aptuveni 120 ° C līdz 180 ° C, mēs varam ātri pāriet uz 180 ° C, turēt 2½ līdz 3 minūtes un ātri pāriet uz 220 ° C līdz 240 ° C apmēram minūti. Mums joprojām ir jāskatās uz brīdi, kad lodēt plūsma, un izslēdziet barošanu vai vienkārši ātri pazeminiet mērķa temperatūru. Tā kā temperatūra pazeminās ļoti lēni, es parasti izslēdzu ķēdes no sildvirsmas, tiklīdz temperatūra ir atdzisusi zem 210 ° C. Ielieciet tos uz perf plāksnes vai koka, nevis metāla. Metāls var izraisīt to pārāk ātru atdzišanu. Ņemiet vērā arī to, ka, lai plāksne dažās vietās būtu pietiekami karsta, jums, iespējams, būs jāpaaugstina mērķa temperatūra virs 250 ° C (maksimālā vērtība, ko nolasīs sensors). Plāksne nesasniegs nevienu temperatūru visā virsmā, bet dažās vietās tā būs vēsāka nekā citās. Jūs to uzzināsit, eksperimentējot.

Otra uzlabojumu joma ir laika samazināšana starp lodēšanas cikliem. Izmantojot atvērtās cilpas sistēmu, man bija jāgaida, līdz sildvirsma atdziest līdz istabas temperatūrai (apmēram 20 ° C), lai sāktu jaunu lodēšanas ciklu. Ja es to nedarītu, temperatūras cikls nebūtu pareizs (sākotnējo apstākļu maiņa). Tagad man tikai jāgaida stabila temperatūra ap 100C un varu sākt jaunu ciklu.

Temperatūras cikls, ko es tagad izmantoju, ir netieši norādīts iepriekš, bet šeit tas ir precīzi. Sāciet no 100C. Novietojiet dēlus uz sildvirsmas divas līdz trīs minūtes, lai sasildītos - ilgāk ar lielām sastāvdaļām. Iestatiet mērķa temperatūru līdz 180C. Šī temperatūra tiek sasniegta mazāk nekā minūtē. Turiet šeit 2½ minūtes. Iestatiet mērķi 250C. Tiklīdz visas lodēšanas plūsmas samazinās, samaziniet mērķa temperatūru līdz aptuveni 100 ° C. Jūsu plāksnes temperatūra saglabāsies augsta. Tiklīdz tā temperatūra pazeminās līdz 210 ° C vai ir pagājis 1 minūte, nobīdiet dēlus no sildvirsmas uz dzesēšanas platformas, kas izgatavota no plātnes vai koka. Lodēšana tiek veikta.

Ja vēlaties izmantot citu temperatūras profilu, jums nevajadzētu būt grūtībām to sasniegt, izmantojot šo vadības sistēmu.

Iespējams, vēlēsities eksperimentēt ar temperatūras sensora novietojumu virs sildvirsmas. Es atklāju, ka ne visas sildvirsmas vietas vienlaicīgi sasniedz vienādu temperatūru. Tātad atkarībā no tā, kur jūs novietojat sensoru, faktiskais laiks un temperatūra, kas nepieciešama lodēšanas plūsmai, var atšķirties. Kad esat izstrādājis recepti, atkārtojamiem rezultātiem izmantojiet to pašu sensora novietojumu.

Laimīgu lodēšanu!