www.kukata86.com

• Контолрер за SMD пещ
• Ардуино УНО
• Солид-стейт Релета
• Термо двойка тип "K"

Изделието е приставка за Ардуино. Притежава 2х16 син дисплей с бяла подсветка и възможнжст за регулиране на контраста. Две 25А релета с които мжете да управлявате до 4500 вата за всяко. Три бутона за управление, 2 светодиода показващи сатуса на процеса по запояване и звуков зумер.

Ардуино е интелигентно устроиство, чрез което със елементарни познания в прогамирането можета да извършвате много сложни софтуерни реализации. Управление на крайни устройства и следене на различни видове датчици. Повече информация за него: http://en.wikipedia.org/wiki/Arduino

SSR Релетата по нищо не се различават по функционалност от обикновенните релета, но разликата при тях е че превключващият елемент е електронен. По този начин, избягваме щракането което обикновенните релета имат при задействане, и същевременно им спестяваме амортизация при често включване/изключване тъй като в тях няма подвижен елемент. Релетата който използваме се захранват от 3-32 волта пост. напрежение и могат да управляват от 24-380 волта променливо напр. Имат светодиод който индицира кога релето работи. За повече информация посетете: http://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_relay

Темодвойката представлява два проводника от различни материали, чрез способността си да променят своето съпротивление при промяна на температурата, този вид датчик е широко разпространен при измерването на температура. Нашият тип "К" измерва до 1000 C. Повече информация за него можете да намерите: http://en.wikipedia.org/wiki/Thermocouple

Ляво Дясно

• Какво е това? - Видео
• Как става запояването в SMD пещ?
• Защо се налага калиброване на пещта?
  • Тънкости при калиброването и изводи от опити
• Софтуерът и как работи?
  
  • Софтуерът с който се програмира Ардуино
• Какво притежава контролера за SMD пещта?
• Каква Термодвоика да използваме?
• Начин на свързване на приставката
• Снимки на приставката и функционираща фурна

 Какво е това?

…ще започнем от малко по далеч....

Както всички знаем електрониката стана неразделна част от живота ни. В стремежа си да миниатюризираме електронните устройства, създателите на електронни компоненти, създадоха SMD версии на почти всеки електронен елемент. Но успоредно с това се наложи да се прибегне до друг начин на запояване, далеч по различен от всеизвестния ни начин с поялник - запояване с горещ въздух. Създадоха се елементи с много малко разстояние между крачетата където една човка на  поялник е твърде голяма за успешно запояване, например елементи с корпус 0604 са дори трудни да се държат с пинцети и се налага да се хващат с вакуум помпи като за връх се ползва медицинска игла. Истинската сложност идва когато се наложи да запояваме тези миниатюрни части едно по едно. В един от проектите ми на Интерактивното LED цвете се налага да се запояват над 350 резистора от този миниатюрен тип включително и още други видове SMD елементи. Затова се наложи да търся вариант за по лесно и качествено запояване.

…сега по същество...

Контролера за SMD пещ е устройство което е приставка за Арудуино. Ако не сте запознати какво е Ардуино можете да прочетете в уикипедия малко повече за неговата мощ. http://en.wikipedia.org/wiki/Arduino

С няколко думи, Ардуино е уникално опростено устройство което притежава мощен процесор и доста аналогови и цифрови входа или изхода. Захранва се през USB с 5 волта или с адаптор с изходно напрежение 12 волта. В нашата схема ще изплзваме именно 12-волтовото захранване от адаптер въпреки, че би работила и с захранване от USB .Софтуерът с които се програмира Ардуино  притежава много разнообразни библиотеки и можете да накарате устройството да  работи по с вашите изисквания, без сериозни познания по електроника и програмиране. Необходими са ви само малко елементарни познания в С  програмирането. До момента за Ардуино има разработени  много приставки и както споменах по рано само с няколко реда код можете да го накарате да управлява дисплеи, да следи датчици и други периферни устройства. Предлаганата от мен приставка е устройство което се слага на рейките на Ардуино УНО и с предложения от мен софтуер и леко калиброване по ваше усмотрение можете да направите пещ за SMD елементи.

Контролер за SMD пещ - Платка (Захранвана с 12 волтов адаптор)

Контролер за SMD пещ - Платка (Захранвана от USB-то на PC)

Контролер за SMD пещ - Демо Пещ (Прототип)

Как става запояването в SMD пещ?

Запояването на SMD става с тинол различен от познания ни досега. Казва се (solder paste) течен тинол които е смес от флюс и калаени топчета с определен размер. Има разнообразни видове в зависимост от целите ни, но дори с тези които се продават в китайските сайтове като www.dealextreme.com можете да постигнете учудващо добри резултати. Този тип тинол се нанася със стенсил, който можете да поръчате на фирмата която изработва платките ви.

Стенсилът е фолио с изрязани дупки само където ще има спойки на елементите. Тинолът се нанася с помощта на шпатула и стенсила пропуска тинола само през дупките си, по този начин отдолу поставената платка се покрива с тинол само на контактните площадки където трябва да има спойки. След това внимателно се поставят елементите и се слагат в пещта за същинския процес по запояването.

Защо се налага калиброване на пещта?

За да се постигне добра спойка се налага тинола да премине през няколко етапа. По долу е показана диаграма на начина на нагряване на тинола за постигане на най-добри  резултати при запояване. Аз лично ползвам малък тостер на който сложих четири реотана по 550 вата, общо 2200 вата. Фурната ми има фабрично вграден вентилатор за по добър топлообмен вътре в пещта. Вашата избрана фурна може да е друг вид с друга мощност и затова се налага докалибриране на параметрите на софтуера за да работи оптимално във вашия случай. Имайте в предвид, че твърде голяма фурна има по-голяма инертност/ бавно загрява и бавно изстива/ или  мощност различна от моята също би наложило промяна на параметрите на софтуера който за мен роботи добре. Не мога да гарантирам каква е минималната мощност с която бихте постигнали резултати, но мисля че с малко опити и ентусиазъм ще постигната нужните резултати.

Диаграма на оптимална промяна на температурата при запояване с течен тинол.

За постигане на оптимални резултати е необходимо запояването да премине през четири етапа на промяна на температурата който е заложен в софтуера за Ардуино.

• Първи етап – Претопляне (Pre-heating). Повишаване на температурата от стайна до около 150 градуса. Скоростта на повишаване не трябва да е по бързо от 2.5 градуса за секунда.
• Втори етап – Подготовка (Soak). От 150 до 180 градуса. Процеса трябва да отнеме не повече от 2-3 минути.
• Трети етап – Запояване(Reflow). Температурата трябва да се повиши рязко до 240 градуса, и след това да се охлади до 200. Този процес трябва да стане за около 1 минута.
• Четвърти етап – Охлаждане(Cool). Пещта трябва да се охлади до стайна температура. Този процес не трябва да бъде много бърз за да не образуваме студени спойки.

Тънкости при калиброването и изводи от опити

• Дори и да не се придържате идеално по по-горните условия, можете да постигнете желаните резултати. Например в моя случай процеса на Подготовка(Soak) не достига до 180 градуса а стои около 150- 155 за  около 2 минути.
• При Запояването(Reflow) тинола ми се разтапя на 208 градуса, и не ми се налага достигане на температура от 240 градуса.
• При Охлаждането(Cool) ми се налага да отворя съвсем леко вратичката за да ускоря скоростта на охлаждане на пещта до стайна температура.
• След като се охлади пещта тя не може да се стартира отново ако температурата и не е паднала под 50 градуса. Тази температура можете да промените от сорс кода #define TEMPERATURE_ROOM 50.

Софтуерът и как работи

Предлагам софтуера който постигам учудващо добри резултати. Предполагам няма да се налага драстична промяна на  параметрите при калиброването при вашата конфигурация. Ако това са налага ви съветвам да променяте първо ПИД параметрите от сорс кода.

// ******************* PID PARAMETERS *******************

// ***** PRE-HEAT STAGE *****

#define PID_KP_PREHEAT 80

#define PID_KI_PREHEAT 0.03

#define PID_KD_PREHEAT 20

// ***** SOAKING STAGE *****

#define PID_KP_SOAK 180

#define PID_KI_SOAK 0.5

#define PID_KD_SOAK 60

// ***** REFLOW STAGE *****

#define PID_KP_REFLOW 150

#define PID_KI_REFLOW 0.1

#define PID_KD_REFLOW 25

Софтуера следи температурата от термодвоика (тип К) и използва алгоритъм PID (proportional integral derivative) за изчисление и коригиране на грешки от разликата в текущото състояние и параметрите който трябва да се постигнат. PID е доста сложен алгоритъм за обяснение и ако имате желание да го разучите по подробно можете да прочетете в Укипедия http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller , имайте в предвид че за да настроите софтуера на вашата пещ не се налага да разучавате PID алгоритъма. Ще ви обясня лесни техники с  който можете да постигнете резултатите за които се стремите.

PID се състои от 3 променливи. Предлагам да променяте първо първия Kp за да постигнете достатъчно дълъг период на включване на реотаните за достигане на нужната температура. Ако мощността е твърде голяма и температурата се повишава повече от колкото се стремите, променете втория параметър Ki за да можете да влезете в норми. С третия параметър Kd извършвате фина корекция на грешката от предните два параметъра. Бъдете търпеливи, калиброването е доста деликатен момент, но след това търпението ви се отплаща.

Софтуерът с който се програмира Ардуино

Софтуерът с който се записва програмата в Ардуино, можете да изтеглите от официалния сайт на производителя.

Приложеният поект по долу е изпитан и тестван с Arduino 1.0.1, но се предполага че няма причина в бъдеще да не работи и с по новите версий на софтуера, освен ако няма драстични промени от производителя занапред.

http://arduino.cc/hu/Main/Software

Сорс кода на програмата със настроени параметри който работят най-оптимално при моята конфигурация на пещта:

Reflow_Oven_Controller_V2.zip

Библиотеките които са ви необходими за успешно компилиране на кода са:

PID_v1.zip

MAX6675.zip

PID_AutoTune_v0.zip

LiquidCrystal.zip

Паролата на всички архиви от статията е: www.kukata86.com

Те се копират в подиректория (папка) librares на софтуера на Ардуино.

Готов архив на Ардуино 1.0.1, сорс кода и необходимите библиотеки можете да изтеглите от тук:

Arduino-1.0.1_include_files.zip

Паролата на всички архиви от статията е: www.kukata86.com

Сорс кода има опция DEBUG, която ако настроите на 1 ще ви даде възможност данните на дисплея да ви се изплашат по серийния порт в аналогов прозорец на програмата на Ардуино. Така да замервате промените на температурата във времето. Това би ви улеснило при  калиброването. Не забравяйте да настроите правилната скорост на приемане на данните същата както в сорс кода, която е 57600 bps.

Какво притежава контролера за SMD пещта?

• 2х16 редов  дисплей - на който се изписва текущата температура и етапа от цялостния процес по запояването.
• 3 бутона – Първия рестартира Ардуино, втория включва и изключва процеса на запояването, а третия не се използва засега и е оставен за по нататъшни ъпргрейди на софтуера.
• 2 светодиода.- зеления мига когато показва че процеса по запояване е стартиран, червен показва че преминава следващ етап от цялостния процес.
• 1 зумер- издава звукова сигнализация при начало, край и преминаване между етапите на процеса
• 2 SSR* релета - за управлението на реотаните и вентилатора по 25A всяко = максимум 4500 вата за реле
• 1 вход за термодвойка тип “К”

SSR релето е реле с електронно управление, без механични контакти. С използването на такова реле избягваме неприятното щракане когато се налага да се включват и изключват реотаните начесто за да поддържаме подходящата температура. Релетата се управляват от 3 до 36 волта и така можем да  управляваме лесно 220 волтовата верига от 5 волтовия изход на Ардуино. Предвидено е място за монтирането на радиатор от долната страна на платката под релетата, ако се налага да използвате фурната постоянно и на прага на релетата.

Каква Термодвойка да използваме?

Необходимо е използването на термодвойка тип “К”.По разпространените от 0-400 градуса вършат чудесна работа за целта, въпреки че има и термодвойки с по широк температурен диапазон, в нашия случай това не се налага. Нашата максимална температура която се стремим в пещта е 240 градуса.Съветвам ви да изкарате металния кожух (ако има такъв) на термодвойката за да може тя да реагира по бързо на промяната на температурата в пещта. Спазвайте поляритета на термодвайката, няма да бъде пагубно  за котролера дори и да сгрешите посоката на термозвойката, но при повишаването на температурата в пещта устройството ще регистрира намаляване на температурата и аналогично обратно. 

Начин на свързване на приставката

Приставката се свързва с Ардуино посредством изведените рейки от задната и страна. Принципно Ардуино е така проектиран, да бъде с нестандартна стъпка между рейките от двете си страни. По този начен се предотвратява евентуалното погрешно (обратно) включване на приставката в него. Въпреки това погледнете снимките в галерията къде точно се включва приставката към рейктите на Ардуино. Пиновете който се използват са отбелязани в червено, другите по 2 броя от лявана страна на снимката остават неизползваеми.

След като свържете приставката и Ардуино остава да ги закачите да управляват вашата фурна. Свързването става като последователно на загряващите елементи и вентилатора (ако има такъв) се свържат SSR релетата.(Ако нямате вентилатор в фурната може да направите SSR FAN да управлява лампа вътре във фурната или да го оставите неизползваемо. Ако промените сорс кода по ваш избор можете да го накарате да работи за каквато и да е друга цел за каквато се сещате). Захранването на фурната става от мрежовото напрежение а управлението и се захранва посредством 12 волтов стабилизиран адаптор който захранва Ардуиното от буксата си. Приставката се захранва сама от пиновете на Ардуино, т.е не се налага отделно захранване за нея.

Насищане на платката