Silmus sulgemine pinnakinnituse jootmisel: 4 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:51

Tundub, et temperatuuri on maailmas kõige lihtsam kontrollida. Lülitage ahi sisse ja seadke soovitud temperatuur. Lülitage ahi hommikul sisse ja seadke termostaat. Reguleerige kuuma ja külma vett, et dušš oleks õige. Lihtne! Aga mis siis, kui soovite temperatuuri reguleerida väljaspool neid igapäevaseid rakendusi? Kui soovite temperatuuri väljaspool tavapäraseid vahemikke või stabiilset temperatuuri kitsas vahemikus, olete enamasti omaette.

Minu puhul tahtsin kontrollida pinnale paigaldatud jootmiseks kasutatava kuumutusplaadi temperatuuri. Esialgu kasutasin vajalike temperatuuriprofiilide loomiseks impulsside laiuse modulatsiooni, et pakkuda stabiilseid temperatuure ja eksperimentaalselt määratud seadeid. Kõike seda saate lugeda käesolevast juhendist. See süsteem töötab ja temperatuuri reguleerimine sel viisil on kõik korras, kuid sellel on puudusi.

Puudused:

• Töötab ainult minu konkreetse kuumutusplaadi puhul. Teised on sarnased, kuid mitte identsed ning nõutava profiili loomiseks vajalike seadete ja aja määramiseks on vaja katseid.
• Sama olukord, kui soovin erinevat profiili või temperatuuri.
• Jootmisprotsess võtab kaua aega, kuna stabiilsetele temperatuuridele tuleb läheneda aeglaselt.

Ideaalis võiksime lihtsalt määrata temperatuuri-aja profiili, vajutada nuppu ja kontroller paneks pliidiplaadi toimima nagu programmeeritud. Me teame, et see on võimalik, kuna on palju tööstusprotsesse, mis kasutavad täpselt sellist juhtimist. Küsimus on selles, kas seda saab kodus hõlpsalt ja odavalt teha?

Nagu võisite arvata, on vastus jaatav, kuna kirjutan seda juhendit. See juhend juhendab teile, kuidas luua oma tööstusliku tugevusega temperatuuriregulaator. Ma sihin eriti pinnapealset jootmist, kuid seda protsessi saab kasutada iga protsess, mis nõuab täpset ajatemperatuuri profiili.

Märkus: Kui kasutan nime „Arduino”, ei pea ma silmas mitte ainult (mitte päris) autoriõigusega kaitstud Arduinot ennast, vaid ka paljusid avaliku omandi versioone, mida koondnimetusega nimetatakse „Freeduino”. Mõnel juhul kasutan terminit “Ard/Free-duino”, kuid käesolevas juhendis tuleks neid mõisteid lugeda omavahel asendatavateks.

Extreme Surface Mount Soldering Instructable'is kasutatavat temperatuuri reguleerimise skeemi nimetatakse avatud ahela juhtimiseks. See tähendab, et väärtus, mis on varem toonud soovitud temperatuuri, eeldab, et uuesti kasutamisel tekib sama temperatuur. Sageli on see tõsi ja annab soovitud tulemuse. Aga kui tingimused on veidi erinevad, ütleme, et garaaž, kus me töötame, on palju jahedam või soojem, ei pruugi te oodatud tulemust saada.

Kui meil on andur, mis saab temperatuuri lugeda ja sellest kontrollerile aru anda, siis on meil suletud ahela juhtimine. Kontroller saab määrata temperatuuri tõstmiseks algväärtuse, vaadata temperatuuri aja möödudes ja reguleerida seadistust nii, et temperatuur tõuseks või langeks soovitud temperatuurini.

Meie lähenemisviis on asendada AVRTiny2313-põhine PWM-kontroller võimsama ATMega-põhise kontrolleriga. Programmeerimine toimub Arduino keskkonnas. Tulemuste kuvamiseks ja kontrolleri reguleerimiseks kasutame arvutit (Linux-Mac-Windows), kus töötab töötlemine.

Anduri jaoks kasutame sadamakauba infrapuna temperatuuriandurit. IR -andurit muudetakse, et väljastada temperatuur jadaandmevoona, mida kontroller saab lugeda. Kasutame kontrollerina Ard/Free-duino ja kontrolleri sisendiks arvutit (Mac-Linux-Windows). Kui oleme kõik valmis, näeb süsteem välja nagu pildil. (Teie leivalaual võib siiski olla vähem kõrvalisi vooluringi. See on OK.)

Samm: IR -anduri muutmine

Suur tänu minu nutikale sõbrale Scott Dixonile tema hoolika detektiivitöö eest, et välja selgitada, kuidas see instrument töötab ja kuidas see jadaliidese abil paljundajaga üldiselt kasulikuks muuta.

Seade, millega alustame, on sadamakauba osa number: 93984-5VGA. Maksab umbes 25 dollarit. Ärge viitsige osta garantiid.:)} Siin on link. Joonistel 1 ja 2 on kujutatud esi- ja tagavaateid. Nooled joonisel 2 näitavad, kus on kruvid, mis hoiavad korpust koos. Joonis 3 näitab korpuse sisemust, kui kruvid eemaldatakse ja korpus avatakse. Laserpointeri moodulit saab ilmselt eemaldada ja kasutada teiste projektide jaoks, kuigi ma pole seda veel teinud. Nooled osutavad kruvidele, mida eemaldada, kui soovite plaadi välja jootma (sellel pildil on kruvid eemaldatud). Samuti on näidatud piirkond, kus tuleks teha väljalõige, et juhtmestik korpusest väljuda. Vaata ka joonist 5. Lõika välja plaadi eemaldamise ajal või vähemalt enne juhtmete jootmist. Nii on lihtsam.;)} Joonisel 4 on näidatud, kus juhtmed joodetakse. Pange tähele iga ühenduse tähte, nii et saate teada, milline juhe on, kui korpuse sulgete. Joonisel 5 on kujutatud juhtmed, mis on joodetud kohale ja juhitud läbi väljalõike. Nüüd saate korpuse uuesti kokku panna ja seade peaks toimima nagu enne operatsiooni. Pange tähele juhtmete pistikut. Kontrolleriga tegelikult ühendamiseks kasutan pikemaid juhtmeid. Kui kasutate väikest traati, väikest pistikut ja hoiate juhtmed lühikesed, saate soovi korral selle kõik korpuses tagasi tõmmata ja instrument näeb välja modifitseerimata. Scott on loonud ka tarkvara selle seadmega liidestamiseks. Ta kasutas seda dokumenti, kui soovite üksikasju. See on kõik! Nüüd on teil IR -temperatuuriandur, mis töötab vahemikus -33 kuni 250 C.

Samm 2: Tarkvara juhtimiseks

Nii kasulik kui see on, on infrapuna temperatuuriandur vaid osa süsteemist. Temperatuuri reguleerimiseks on vaja kolme elementi: soojusallikat, temperatuuriandurit ja kontrollerit, mis suudavad andurit lugeda ja soojusallikat käsutada. Meie puhul on kuumutusplaat soojusallikas, IR-temperatuuriandur (viimases etapis muudetud kujul) on meie andur ja Ard/Free-duino, mis töötab sobiva tarkvaraga, on kontroller. Kogu selle Instructable'i tarkvara saab alla laadida Arduino paketina ja töötluspaketina.

Laadige alla fail IR_PID_Ard.zip. Pakkige see oma Arduino kataloogist lahti (tavaliselt Minu dokumendid/Arduino). Laadige alla fail PID_Plotter.zip. Pakkige see oma töötlemise kataloogis lahti (tavaliselt Minu dokumendid/Töötlemine). Failid on nüüd saadaval asjakohastes visandiraamatutes.

Tarkvara, mida me kasutame, kirjutas algselt Tim Hirzel. Seda muudetakse, lisades liidese IR -andurile (pakub Scott Dixon). Tarkvara rakendab PID -algoritmina tuntud juhtimisalgoritmi. PID tähistab proportsionaalset - integreeritud - tuletist ja on standardne algoritm, mida kasutatakse tööstusliku temperatuuri reguleerimiseks. Seda algoritmi kirjeldab suurepärane Tim Wescotti artikkel, millele Tim Hirzel oma tarkvara tugines. Loe artiklit siit.

Algoritmi häälestamiseks (loe selle kohta mainitud artiklist) ja sihttemperatuuri seadete muutmiseks kasutame töötlemise eskiisi, mille on välja töötanud ka Tim Hirzel. See töötati välja kohviubade röstimiseks (veel üks temperatuuri reguleerimise rakendus) ja selle nimi oli Bare Bones Coffee Controller ehk BBCC. Kui nimi kõrvale jätta, sobib see suurepäraselt pinnapealse jootmise jaoks. Siit saate alla laadida algse versiooni.

Tarkvara muutmine

Järgnevalt eeldan, et olete Arduino ja Processinguga tuttav. Kui te seda ei tee, peaksite õppematerjale läbi vaatama, kuni asjad hakkavad mõtestama. Postitage kindlasti selle juhendi kommentaarid ja proovin teid aidata.

PID -kontrollerit tuleb teie Arduino/Freeduino jaoks muuta. IR -anduri kellajoon tuleb kinnitada katkestustihvti külge. Arduino puhul võib see olla 1 või 0. Erinevat tüüpi Freeduinos saate kasutada kõiki saadaolevaid katkestusi. Kinnitage andmesideühendus teise läheduses oleva tihvtiga (näiteks D0 või D1 või muu teie valitud tihvt). Juhtliin kuumutusplaadile võib pärineda mis tahes digitaalsest tihvtist. Oma konkreetsel Freeduino kloonil (kirjeldage siin) kasutasin D1 ja sellega seotud katkestust (1) kella jaoks, D0 andmete jaoks ja B4 juhtplaadi jaoks kuumutusplaadile.

Pärast tarkvara allalaadimist käivitage oma Arduino keskkond ja avage menüükäsuga Fail/visandiraamat IR_PID. Vahekaardil pwm saate määrata HEAT_RELAY_PIN teie Arduino või Freeduino variandi jaoks sobivaks. Tehke vahekaardi temp all sama toiminguga IR_CLK PIN, IR_DATA PIN ja IR_INT. Peaksite olema valmis kompileerimiseks ja allalaadimiseks.

Samamoodi käivitage oma töötlemiskeskkond ja avage PID_Plotteri visand. Reguleerige BAUDRATE õigele väärtusele ja määrake kindlasti Serial.list () [1] kasutatud indeks teie süsteemi jaoks õigeks väärtuseks (minu port on indeks 1).

3. samm: ühendage see kõik üles

Kuumutusplaadi vahelduvvoolu juhtimissüsteem on üksikasjalikult kirjeldatud juba mainitud Extreme Surface Mount Soldering Instructable'is või võite osta oma SSR -i (tahkisrelee). Veenduge, et see talub kuumutusplaadi koormust piisava varuga, näiteks 20–40 vatti, sest hiinlaste tehtud test võib jätta soovida. Kui kasutate minu Instructable'i kuumutusplaadi vahelduvvoolu kontrollerit, käivitage juhtimissisendi takisti hüppaja Ard/Free-duino maandusele ja juhtväljundi hüppaja (B4 või mis iganes te valisite) juhtimissignaalile Sisend. Vaata pilti kontrollerist. Kollane hüppaja on juhtsignaali sisend ja roheline hüppaja läheb maapinnale. Mulle meeldib kasutada välklambil vilkurit (mis on takistiga maandatud), nii et ma tean, millal see on sisse lülitatud. Ühendage oma hüppaja LED -i ja pordi vahele, nagu näidatud. Vaadake Teensy ++ ühendusskeemi.

Nüüd paigaldage tugi IR -temperatuurianduri hoidmiseks kuumutusplaadi kohal. Pilt näitab, mida ma tegin. Lihtne, kuid vastupidav on reegel. Hoidke kõik tuleohtlikud plaadid eemal; andur on plastist ja tundub, et see on kenasti 3 tolli plaadi pinnast kõrgemal. Viige juhtmed anduri pistikust kuni Ard/Free-duino vastavate tihvtideni. Infrapunaanduri ühendused on näidatud Teensy ++ ühendusskeemil. Kohandage neid oma Ard/Free-duino jaoks vastavalt vajadusele.

Oluline ohutusalane märkus: IR -anduril on LED -osuti, mis aitab seda sihtida. Kui teil on minuga sarnaseid kasse, armastavad nad juhtida kursorit. Nii et katke valgusdiood mõne läbipaistmatu teibiga, et teie kassid selle kasutamise ajal kuumutusplaadile ei hüppaks.

Enne kuumutusplaadi vahelduvvoolu regulaatori ühendamist 120 V vooluvõrku, tehke järgmist, kuidas süsteemi testida ja temperatuuri esialgsed sihtväärtused määrata. Soovitan soovitud temperatuuri 20 ° C, nii et kuumutamine ei alga kohe. Need väärtused salvestatakse EEPROM -is ja neid kasutatakse järgmisel korral, nii et jootmisseansi lõppedes salvestage alati sihttemperatuurina madal väärtus. Leian, et on hea mõte käivitada temperatuuriregulaator, kui pliidiplaat on alguses vooluvõrgust lahti ühendatud. Enne ühendamist veenduge, et kõik töötab.

Ühendage oma jadaport Arduinoga ja lülitage see sisse. Koostage Arduino visand ja laadige see alla. Käivitage töötlemise visand, et suhelda kontrolleriga ja kuvada tulemusi. Mõnikord ei sünkroonita Arduino visandit töötlemise visandiga. Kui see juhtub, näete töötlemise visandi konsoolaknas teadet „No Update”. Lihtsalt peatage ja taaskäivitage töötlemise visand ja asjad peaksid olema korras. Kui ei, siis vaadake allolevat jaotist Tõrkeotsing.

Siin on kontrolleri käsud. "Delta" on summa, mida parameeter käsu muutmisel muudab. Esmalt määrake delta väärtus, mida soovite kasutada. Seejärel reguleerige soovitud parameetrit selle delta abil. Näiteks kasutage + ja -, et teha delta 10. Seejärel kasutage klahvi T (suurtäht „T”), et suurendada soovitud temperatuuri seadistust 10 ° C võrra, või t (väiketäht “t”), et vähendada soovitud temperatuuri 10 kraadi võrra.. Käsud:

+/-: kolmnurga reguleerimine kümme korda P/p: üles/alla reguleerige võimendust delta I/i abil: üles/alla reguleerige i võimendust delta võrra D/d: üles/alla reguleerige d võimendust delta T/t võrra: üles/alla reguleerige seatud temperatuuri delta abil h: lülitage abiekraan sisse ja välja R: lähtestage väärtused - tehke seda kontrolleri esmakordsel käivitamisel

Kui olete temperatuuri värskendusi saanud, peaks visandi graafiline aken välja nägema nagu pildil. Kui ekraanile on mõne kirjeldatud käsuga määratud suur hall ala, sisestage selle kustutamiseks lihtsalt „h”. Esmakordsel käivitamisel võidakse teil paluda lähtestada algväärtused. Minge edasi ja tehke seda. Paremas ülanurgas olevad väärtused on praegused näidud ja seaded. „Eesmärk” on praegune sihttemperatuur ja seda muudetakse käsuga „t”, nagu eespool kirjeldatud. "Curr" on anduri praegune temperatuuri näit. “P”, “I” ja “D” on PID -kontrolli algoritmi parameetrid. Nende muutmiseks kasutage käske “p”, “i” ja “d”. Arutan neid hetke pärast. “Pow” on PID -regulaatori toitejuhe kuumutusplaadile. See on vahemikus 0 (alati väljas) kuni 1000 (alati sisse lülitatud).

Kui panete käe anduri alla, peaksite nägema temperatuuri (Curr) näitu hüppama. Kui nüüd tõstate sihttemperatuuri, näete võimsuse (Pow) väärtuse tõusu ja väljunddiood vilgub. Suurendage sihttemperatuuri ja väljunddiood põleb kauem. Kui kuumutusplaat on ühendatud ja töötab, põhjustab soovitud temperatuuri tõstmine kuumutusplaadi sisselülitamise. Kui praegune temperatuur läheneb sihttemperatuurile, väheneb sisselülitamisaeg nii, et sihttemperatuur saavutatakse minimaalse ülevõtmisega. Siis piisab õigeaegsest ajast soovitud temperatuuri hoidmiseks.

Siit saate teada, kuidas määrata PID -algoritmi parameetrid. Võite alustada väärtustest, mida ma kasutan. P 40, I 0,1 ja D 100. Minu süsteem teeb 50C sammu umbes 30 sekundi jooksul, ületades alla 5 kraadi. Kui teie süsteem toimib oluliselt erinevalt, siis soovite seda häälestada. PID -regulaatori häälestamine võib olla keeruline, kuid eespool viidatud artiklis selgitatakse, kuidas seda väga tõhusalt teha.

Nüüd on õige asja tegemise aeg. Ühendage kuumutusplaat kuumutusplaadi vahelduvvoolu regulaatoriga, nagu on kirjeldatud jaotises Extreme Surface Mount Soldering. Lugege kindlasti ka kõiki seal olevaid ettevaatusabinõusid. Paigutage temperatuuriandur nii, et see oleks umbes 3 tolli pliidiplaadist kõrgemal ja osutaks otse sellele. Lülitage Ard/Free-duino sisse. Veenduge, et kõik ühendused oleksid õiged ja teie tarkvara (PID -kontroller ja jälgimisprogramm) töötaks korralikult. Alustage sihttemperatuuriks 20 ° C. Seejärel tõstke sihttemperatuur 40 ° C-ni. Kuumutusplaat peaks sisse lülituma ja temperatuur tõuseb sujuvalt 40 ° C-ni. teie süsteemist. Märkate, et plaadi jahtumiseks kulub palju kauem aega kui selle soojendamiseks.

Tõrkeotsing

Kui töötlemise visand ei tööta või ei uuenda temperatuuri, peatage töötlemise visand ja käivitage jadaterminal (näiteks Windowsis Hyperterminal). Puudutage tühikut ja vajutage tagasitulekut. Arduino peaks reageerima praeguse temperatuurinäiduga. Reguleerige edastuskiiruse sätteid jne, kuni saate soovitud vastuse. Kui see töötab, peaks töötlemise visand käivituma. Kui teil on endiselt probleeme, veenduge, et teie tihvtide ülesanded vastavad teie füüsilisele juhtmestikule ja et olete toite ja maanduse ühendanud temperatuurianduri vastavate kontaktidega.

4. samm: pinnakinnituse jootmine

Selles juhendis kirjeldatud temperatuuri reguleerimissüsteemi kasutamine parandab äärmuslikku pinnapealset jootmist kahel viisil. Esiteks on temperatuuri reguleerimine täpsem ja oluliselt kiirem. Nii et selle asemel, et umbes 6 minuti jooksul oleks aeglane tõus umbes 120 ° C kuni 180 ° C, võime kiiresti tõusta temperatuurini 180 ° C, hoida seda 2½ kuni 3 minutit ja minna kiiresti temperatuurini 220 ° C kuni 240 ° C umbes minut. Peame ikkagi jälgima, millal jootma voolab, ja lülitage toide välja või lihtsalt langetage soovitud temperatuur kiiresti. Kuna temperatuur langeb väga aeglaselt, libistan tavaliselt oma ahelad pliidiplaadilt maha niipea, kui temperatuur on jahtunud alla 210 ° C. Pange need perf -plaadile või puidust, mitte metallist. Metall võib põhjustada nende liiga kiire jahtumise. Pange tähele, et plaadi teatud piirkondades piisavalt kuumaks saamiseks peate võib -olla tõstma sihttemperatuuri üle 250 ° C (maksimaalne, mida andur loeb). Plaat ei saavuta kogu pinnal üht temperatuuri, kuid on teatud piirkondades jahedam kui teised. Seda saate teada katsetades.

Teine parandusvaldkond on jootmistsüklite vahelise aja lühendamine. Avatud ahelaga süsteemiga pidin uue jootmistsükli alustamiseks ootama, kuni kuumutusplaat jahtub toatemperatuurini (umbes 20 ° C). Kui ma seda ei teeks, poleks temperatuuritsükkel õige (esialgsete tingimuste muutmine). Nüüd on mul oodata ainult stabiilset temperatuuri umbes 100 ° C ja saan alustada uut tsüklit.

Temperatuuritsükkel, mida ma praegu kasutan, on ülaltoodud, kuid siin on see täpselt. Alusta temperatuuril 100 ° C. Pange oma plaadid soojenemiseks kaheks -kolmeks minutiks pliidiplaadile - pikemaks ajaks suurte komponentidega. Seadke soovitud temperatuur 180C. See temperatuur saavutatakse vähem kui minutiga. Hoidke siin 2 ½ minutit. Seadke sihtmärgiks 250 ° C. Niipea kui kõik joodised voolavad, vähendage sihttemperatuuri umbes 100 ° C -ni. Teie plaadi temperatuur jääb kõrgeks. Niipea kui temperatuur langeb temperatuurini 210 ° C või on möödunud 1 minut, libistage oma plaadid kuumutusplaadilt eemale plaadist või puidust jahutusplatvormile. Jootmine on tehtud.

Kui soovite kasutada teistsugust temperatuuriprofiili, ei tohiks teil selle juhtimissüsteemi abil selle saavutamisega probleeme olla.

Võimalik, et soovite katsetada temperatuurianduri positsiooni kuumutusplaadi kohal. Leidsin, et mitte kõik pliidiplaadi alad ei saavuta sama temperatuuri samal ajal. Nii et sõltuvalt sellest, kuhu anduri asetate, võib jootmisvoolu tegemiseks vajalik tegelik aeg ja temperatuur varieeruda. Kui olete retsepti välja töötanud, kasutage korratavate tulemuste saamiseks anduri sama positsioneerimist.

Head jootmist!