Silmukan sulkeminen pintaliitosjuotos: 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:05

Lämpötila tuntuu olevan maailman helpoin hallittava asia. Kytke liesi päälle ja aseta haluamasi lämpötila. Kytke uuni päälle aamulla ja aseta termostaatti. Säädä kuumaa ja kylmää vettä niin, että suihku on juuri oikea. Helppo! Mutta entä jos haluat hallita lämpötilaa näiden jokapäiväisten sovellusten ulkopuolella? Jos haluat lämpötilan normaalien rajojen ulkopuolelle tai vakaan lämpötilan kapealle alueelle, olet enimmäkseen yksin.

Minun tapauksessani halusin hallita pintaliitosjuotossa käytettävän keittolevyn lämpötilaa. Aluksi käytin pulssileveysmodulaatiota vakaiden lämpötilojen ja kokeellisesti määritettyjen asetusten luomiseksi tarvittavan lämpötilaprofiilin luomiseksi. Voit lukea kaiken tästä opetusohjelmasta. Tämä järjestelmä toimii ja lämpötilan säätö tällä tavalla on kaikki hyvin, mutta siinä on puutteita.

Puutteet:

• Toimii vain omalla keittolevylläni. Muut ovat samankaltaisia, mutta eivät identtisiä, ja vaaditun kokeen määrittämiseksi tarvittavien asetusten ja ajan määrittämiseksi tarvitaan kokeiluja.
• Sama tilanne, jos haluan toisen profiilin tai lämpötilan.
• Juotosprosessi kestää kauan, koska vakaita lämpötiloja on lähestyttävä hitaasti.

Ihannetapauksessa voisimme vain määrittää lämpötila-aikaprofiilin, painaa painiketta ja ohjain saa keittolevyn toimimaan ohjelmoidusti. Tiedämme, että tämä on mahdollista, koska monet teolliset prosessit käyttävät täsmälleen tällaista ohjausta. Kysymys kuuluu, voidaanko tämä tehdä helposti ja edullisesti kotona?

Kuten olet ehkä arvannut, koska kirjoitan tämän ohjeen, vastaus on kyllä! Tämä opastettava opastaa sinua rakentamaan oman teollisuuslujuuden lämpötilansäätimen. Kohdistan erityisesti pintaliitosjuottamisen, mutta mikä tahansa prosessi, joka vaatii tarkkaa aikalämpötilaprofiilia, voi käyttää tätä järjestelmää.

Huomautus: Kun käytän nimeä "Arduino", tarkoitan paitsi (ei aivan) tekijänoikeudella suojattua Arduinoa, vaan myös monia julkisia versioita, jotka tunnetaan yhdessä nimellä "Freeduino". Joissakin tapauksissa käytän termiä "Ard/Free-duino", mutta termejä on pidettävä keskenään vaihdettavissa tässä ohjeessa.

Extreme Surface Mount Soldering Instructable -laitteessa käytettyä lämpötilan säätömallia kutsutaan avoimen silmukan ohjaukseksi. Toisin sanoen arvon, joka on aikaisemmin tuottanut halutun lämpötilan, odotetaan tuottavan saman lämpötilan, kun sitä käytetään uudelleen. Usein tämä on totta ja tuottaa halutun tuloksen. Mutta jos olosuhteet ovat hieman erilaiset, esimerkiksi autotalli, jossa työskentelemme, on paljon viileämpi tai lämpimämpi, et ehkä saa odotettua tulosta.

Jos meillä on anturi, joka voi lukea lämpötilan ja raportoida sen säätimelle, meillä on suljetun silmukan ohjaus. Säädin voi asettaa alkuarvon lämpötilan nostamiseksi, katsoa lämpötilaa ajan kuluessa ja säätää asetusta niin, että lämpötila nousee tai laskee, kunnes haluttu lämpötila saavutetaan.

Lähestymistapamme on korvata AVRTiny2313-pohjainen PWM-ohjain tehokkaammalla ATMega-pohjaisella ohjaimella. Ohjelmointi suoritetaan Arduino -ympäristössä. Käytämme prosessointia käyttävää tietokonetta (Linux-Mac-Windows) tulosten näyttämiseen ja ohjaimen säätämiseen.

Anturissa käytämme Harbor Freightin infrapunalämpötila -anturia. Infrapuna -anturia muutetaan antamaan lämpötila sarjatiedoksi, jonka ohjain voi lukea. Käytämme ohjaimena Ard/Free-duinoa, ja ohjaimelle syötetään PC (Mac-Linux-Windows). Kun olemme kaikki valmiita, järjestelmä näyttää kuvan mukaiselta. (Leipälaudallasi voi kuitenkin olla vähemmän vieraita piirejä. Ei hätää.)

Vaihe 1: IR -anturin muuttaminen

Paljon kiitoksia älykkäälle ystävälleni Scott Dixonille hänen huolellisesta etsivätöstään selvittääkseen, miten tämä instrumentti toimii ja miten siitä voidaan tehdä yleisesti hyödyllinen ohjaimen kanssa paljastamalla sen sarjaliitäntä.

Aloittamamme laite on Harbour Freight Part Number: 93984-5VGA. Kustannukset noin 25 dollaria. Älä vaivaudu ostamaan takuuta.:)} Tässä linkki. Kuvissa 1 ja 2 esitetään edestä ja takaa. Kuvan 2 nuolet osoittavat, missä ruuvit pitävät koteloa yhdessä. Kuva 3 esittää kotelon sisäpuolen, kun ruuvit irrotetaan ja kotelo avataan. Laserosoitinmoduuli voidaan todennäköisesti poistaa ja käyttää muihin projekteihin, vaikka en ole vielä tehnyt tätä. Nuolet osoittavat irrotettavia ruuveja, jos haluat viedä levyn juottamaan siihen (ruuvit irrotettu tässä kuvassa). Ilmoitetaan myös alue, jossa on tehtävä katkaisu, jotta johdot poistuvat kotelosta. Katso myös kuva 5. Tee leikkaus, kun levy on irrotettu tai ainakin ennen johtojen juottamista. Se on helpompaa näin.;)} Kuva 4 näyttää, mihin johdot juotetaan. Huomaa jokaisen yhteyden kirjain, jotta tiedät, mikä johto on mikä, kun suljet kotelon. Kuva 5 esittää johdot, jotka on juotettu paikoilleen ja jotka on vedetty katkaisun läpi. Voit nyt laittaa kotelon takaisin yhteen ja laitteen pitäisi toimia kuten ennenkin. Huomaa johtimien liitin. Käytän pidempiä johtoja kytkeäkseni ohjaimen. Jos käytät pientä johtoa, pientä liitintä ja pidät johdot lyhyinä, voit halutessasi vetää sen takaisin koteloon ja laite näyttää muuttumattomalta. Scott on myös luonut ohjelmiston tämän laitteen liitäntään. Hän käytti tätä asiakirjaa, jos haluat yksityiskohtia. Se siitä! Sinulla on nyt IR -lämpötila -anturi, joka toimii -33 -250 C.

Vaihe 2: Ohjelmisto ohjaukseen

Hyödyllinen, IR -lämpötila -anturi on vain osa järjestelmää. Lämpötilan säätämiseen tarvitaan kolme kohdetta: lämmönlähde, lämpötila -anturi ja ohjain, joka voi lukea anturin ja ohjata lämmönlähdettä. Meidän tapauksessamme kuumennuslevy on lämmönlähde, infrapunalämpötila-anturi (muutettuna viimeisessä vaiheessa) on anturimme ja Ard/Free-duino, jossa on asianmukainen ohjelmisto, on ohjain. Kaikki tämän Instructable -ohjelmiston ohjelmistot voidaan ladata Arduino -paketina ja käsittelypakettina.

Lataa tiedosto IR_PID_Ard.zip. Pura se Arduino -hakemistoosi (yleensä Omat asiakirjat/Arduino). Lataa tiedosto PID_Plotter.zip. Pura se Käsittely -hakemistoosi (yleensä Omat asiakirjat/Käsittely). Tiedostot ovat nyt saatavilla sopivissa luonnoskirjoissa.

Käyttämämme ohjelmisto on alun perin kirjoittanut Tim Hirzel. Sitä muutetaan lisäämällä liitäntä IR -anturiin (toimittanut Scott Dixon). Ohjelmisto toteuttaa ohjausalgoritmin, joka tunnetaan nimellä PID -algoritmi. PID tarkoittaa suhteellista - integroitua - johdannaista ja on standardialgoritmi, jota käytetään teollisessa lämpötilan säätämisessä. Tätä algoritmia kuvataan Tim Wescottin erinomaisessa artikkelissa, johon Tim Hirzel perusti ohjelmistonsa. Lue artikkeli täältä.

Virittääksemme algoritmin (lue tästä mainitussa artikkelissa) ja muuttaaksesi tavoitelämpötila -asetuksia, käytämme käsittelyluonnosta, jonka on myös kehittänyt Tim Hirzel. Se kehitettiin kahvipapujen paahtamiseen (toinen lämpötilan säätösovellus), ja sitä kutsuttiin Bare Bones Coffee Controlleriksi tai BBCC: ksi. Nimen lisäksi se toimii erinomaisesti pintakiinnityksessä. Voit ladata alkuperäisen version täältä.

Ohjelmiston muokkaaminen

Seuraavassa oletan, että tunnet Arduinon ja Processingin. Jos et ole, sinun tulee käydä läpi opetusohjelmat, kunnes asiat alkavat olla järkeviä. Muista lähettää kommentteja tähän opetusohjelmaan, ja yritän auttaa.

PID -säädintä on muutettava Arduino/Freeduino -laitteellesi. IR -anturin kellolinja on kiinnitettävä keskeytystappiin. Arduinolla tämä voi olla 1 tai 0. Erilaisilla Freeduinoilla voit käyttää mitä tahansa keskeytyksiä. Kiinnitä datajohto anturista toiseen lähellä olevaan nastaan (kuten D0 tai D1 tai muu valitsemasi tappi). Ohjauslinja kuumennuslevylle voi tulla mistä tahansa digitaalisesta nastasta. Erityisessä Freeduino -kloonissani (kuvaile tässä) käytin kelloa D1 ja siihen liittyvää keskeytystä (1), dataa D0 ja keittolevyn ohjauslinjaa B4.

Kun olet ladannut ohjelmiston, käynnistä Arduino -ympäristö ja avaa IR_PID Tiedosto/Luonnoskirja -valikkokohdasta. Pwm -välilehdessä voit määrittää HEAT_RELAY_PIN -arvon sopiviksi Arduino- tai Freeduino -versiollesi. Tee sama välilehdessä IR_CLK PIN, IR_DATA PIN ja IR_INT. Sinun pitäisi olla valmis kääntämään ja lataamaan.

Samalla tavalla käynnistä Processing -ympäristö ja avaa PID_Plotter -luonnos. Säädä BAUDRATE oikeaan arvoon ja muista asettaa Serial.list () [1] -hakemistossa oikea järjestelmäsi arvo (porttini on indeksi 1).

Vaihe 3: Yhdistä kaikki

Lämpölevyn AC -ohjausjärjestelmä on kuvattu yksityiskohtaisesti jo mainitussa Extreme Surface Mount Soldering Instructable -ohjelmassa, tai voit ostaa oman SSR: n (SSD -rele). Varmista, että se kestää kuumennuslevyn kuormituksen riittävän marginaalilla, esimerkiksi 20-40 watin teholla, koska kiinalaisten tekemät testit voivat jättää toivomisen varaa. Jos käytät Instructable-laitteen kuumalevyn AC-ohjainta, suorita hyppyjohdin ohjaustulon vastuksesta maahan Ard/Free-duino-laitteeseen ja hyppyjohto ohjauslähdöstä (B4 tai mikä tahansa valitsemasi) ohjaussignaaliin Syöttö. Katso ohjaimen kuva. Keltainen hyppyjohdin on ohjaussignaalin tulo ja vihreä hyppääjä menee maahan. Haluan käyttää vilkkuvaloa (johti vastuksen kanssa maahan) ulostulonapissa, joten tiedän milloin se on päällä. Liitä hyppyjohdin ledin ja portin väliin kuvan osoittamalla tavalla. Katso Teensy ++ -liitäntäkaavio.

Asenna nyt tuki, joka pitää infrapunalämpötila -anturin keittolevyn päällä. Kuvassa näkyy mitä tein. Yksinkertainen mutta tukeva on sääntö. Pidä kaikki syttyvät aineet kaukana keittolevystä; anturi on muovia ja näyttää olevan hieno 3 tuumaa levyn pinnan yläpuolella. Vedä johdot anturin liittimestä Ard/Free-duino-laitteen sopiviin nastoihin. IR -anturin liitännät näkyvät Teensy ++ -liitäntäkaaviossa. Mukauta näitä tarpeen mukaan Ard/Free-duinoosi.

Tärkeä turvallisuushuomautus: IR -anturissa on led -osoitin, joka auttaa sen kohdistamisessa. Jos sinulla on minun kaltaisia kissoja, he rakastavat jahdata led -osoitinta. Peitä siis LED -valo läpinäkymättömällä teipillä, jotta kissasi eivät hyppää kuumalle levylle, kun käytät sitä.

Ennen kuin kytket lämpölevyn AC -säätimen 120 V: n jännitteeseen, voit testata järjestelmän ja asettaa lämpötilan alkuarvot. Ehdotan tavoitelämpötilaa 20 C, joten lämmitys ei käynnisty heti. Nämä arvot tallennetaan EEPROM -järjestelmään ja niitä käytetään seuraavan kerran, joten muista aina tallentaa matala arvo tavoitelämpötilaksi, kun olet lopettanut juotosistunnon. Minusta on hyvä idea käynnistää lämpötilansäädin ensin, kun keittolevy on irrotettu pistorasiasta. Varmista, että kaikki toimii, ennen kuin liität sen pistorasiaan.

Liitä sarjaportti Arduinoosi ja käynnistä se. Kokoa Arduino -luonnos ja lataa se. Aloita prosessiluonnos vuorovaikutuksessa ohjaimen kanssa ja näytä tulokset. Joskus Arduino -luonnos ei synkronoidu käsittelyluonnoksen kanssa. Kun näin tapahtuu, näet käsittelyn luonnoksen konsoli -ikkunassa viestin "Ei päivitystä". Pysäytä ja käynnistä käsittelyluonnos uudelleen ja asiat pitäisi olla kunnossa. Jos ei, katso alla olevaa Vianmääritys -osiota.

Tässä ovat ohjaimen komennot. "Delta" on määrä, jonka parametri muuttuu komennossa. Aseta ensin käytettävä delta -arvo. Säädä sitten haluttu parametri käyttämällä tätä deltaa. Käytä esimerkiksi + ja - tehdäksesi delta 10. Käytä sitten T (isot kirjaimet "T") nostaaksesi tavoitelämpötilan asetusta 10 ° C tai t (pienet kirjaimet "t") laskeaksesi tavoitelämpötilaa 10 astetta. Komennot:

+/-: säädä deltaa kymmenen kertoimella P/p: ylös/alas säädä p-vahvistus delta I/i: ylös/alas säädä i-vahvistus delta D/d: ylös/alas säädä d-vahvistus delta T/t: llä: ylös/alas säädä asetettua lämpötilaa delta h: kytke ohjenäyttö päälle ja pois R: nollaa arvot - tee tämä ensimmäisen kerran, kun käytät ohjainta

Kun saat lämpötilapäivityksiä, luonnoksen graafisen ikkunan pitäisi näyttää kuvalta. Jos ruudulle on asetettu suuri harmaa alue, jossa on joitain kuvattuja komentoja, tyhjennä se kirjoittamalla”h”. Kun käynnistät ensimmäisen kerran, sinua saatetaan pyytää nollaamaan alkuarvot. Mene eteenpäin ja tee se. Oikeassa yläkulmassa olevat arvot ovat nykyiset lukemat ja asetukset. "Tavoite" on nykyinen tavoitelämpötila ja se muutetaan "t" -komennolla yllä kuvatulla tavalla. "Curr" on anturin nykyinen lämpötilalukema. "P", "I" ja "D" ovat PID -ohjausalgoritmin parametrit. Käytä komentoja”p”, “i” ja “d” muuttaaksesi niitä. Keskustelen niistä hetken kuluttua. "Pow" on PID -säätimen virtalähde kuumennuslevylle. Arvo on välillä 0 (aina pois) ja 1000 (aina päällä).

Jos laitat kätesi anturin alle, lämpötilan (Curr) lukeman pitäisi nousta ylös. Jos nostat nyt tavoitelämpötilaa, näet tehon (Pow) arvon nousevan ja lähtövalo vilkkuu. Nosta tavoitelämpötilaa ja lähtövalo palaa pidempään. Kun keittolevy on kytketty ja toimii, tavoitelämpötilan nostaminen saa keittolevyn käynnistymään. Kun nykyinen lämpötila lähestyy tavoitelämpötilaa, käynnistysaika lyhenee niin, että tavoitelämpötilaa lähestytään minimaalisella ylikuumenemisella. Tällöin oikea aika riittää ylläpitämään tavoitelämpötilan.

Näin määrität PID -algoritmin parametrit. Voit aloittaa käyttämistäni arvoista. P 40, I 0,1 ja D 100. Järjestelmäni suorittaa 50 asteen askeleen noin 30 sekunnissa alle 5 asteen ylityksen. Jos järjestelmäsi toimii merkittävästi eri tavalla, haluat virittää sitä. PID -säätimen virittäminen voi olla hankalaa, mutta edellä mainittu artikkeli selittää kuinka se tehdään erittäin tehokkaasti.

Nyt on todellisen asian aika. Kytke kuumennuslevy kuumennuslevyn AC -säätimeen kohdassa Extreme Surface Mount Soldering kuvatulla tavalla. Muista lukea myös kaikki varoitukset. Sijoita lämpötila -anturi niin, että se on noin 3 tuumaa keittolevyn yläpuolella ja osoittaa suoraan sitä kohti. Käynnistä Ard/Free-duino. Varmista, että kaikki liitännät ovat oikein ja että ohjelmisto (PID -säädin ja valvontaohjelma) toimii oikein. Aloita tavoitelämpötilaksi, joka on asetettu 20 C: een. Korota sitten tavoitelämpötila 40 C. järjestelmästäsi. Huomaat, että levyn jäähtyminen kestää paljon kauemmin kuin sen lämmittäminen.

Ongelmien karttoittaminen

Jos Processing -luonnos ei toimi tai ei päivitä lämpötilaa, lopeta Processing -luonnos ja käynnistä sarjapääte (esimerkiksi Hyperterminal Windowsissa). Napauta välilyöntiä ja paina paluuta. Arduinon pitäisi vastata nykyisen lämpötilan lukemalla. Säädä siirtonopeuden jne. Asetuksia, kunnes saat halutun vastauksen. Kun tämä toimii, käsittelyluonnoksen pitäisi toimia. Jos sinulla on edelleen ongelmia, varmista, että nastamääritykset vastaavat fyysistä johdotustasi ja että olet kytkenyt virran ja maadoituksen lämpötila -anturin asianmukaisiin nastoihin.

Vaihe 4: Pintaliitosjuotos

Tässä ohjeessa kuvatun lämpötilan säätöjärjestelmän käyttäminen parantaa Extreme Surface Mount -juottoa kahdella tavalla. Ensinnäkin lämpötilan säätö on tarkempaa ja huomattavasti nopeampaa. Joten sen sijaan, että meillä olisi hidas ramppi noin 120 ° C: sta 180 ° C: seen noin 6 minuutin ajan, voimme siirtyä nopeasti 180 ° C: seen, pitää 2½ - 3 minuuttia ja siirtyä nopeasti 220 ° C - 240 ° C: seen noin minuutin ajan. Meidän on edelleen tarkkailtava pistettä, jolloin juote virtaa, ja katkaise virta tai alenna nopeasti tavoitelämpötilaa. Koska lämpötila laskee hyvin hitaasti, liu'utan yleensä piirini pois keittolevyltä heti, kun lämpötila on jäähtynyt alle 210C. Aseta ne palalevylle tai puulle, älä metallille. Metalli voi aiheuttaa niiden jäähtymisen liian nopeasti. Huomaa myös, että sinun on ehkä nostettava tavoitelämpötila yli 250 ° C (maksimiarvo, jonka anturi lukee) saadaksesi levyn tarpeeksi kuumaksi tietyillä alueilla. Levy ei saavuta yhtä lämpötilaa koko pinnalla, mutta se on viileämpi tietyillä alueilla kuin muut. Tämän oppii kokeilemalla.

Toinen parantamisen alue on lyhentää juotosjaksojen välistä aikaa. Avoimen silmukan järjestelmässä jouduin odottamaan keittolevyn jäähtymistä huoneenlämpötilaan (noin 20 ° C) aloittaakseni uuden juotosjakson. Jos en tekisi tätä, lämpötila ei olisi oikea (alkuolosuhteiden muutos). Nyt minun tarvitsee vain odottaa vakaata 100 asteen lämpötilaa ja voin aloittaa uuden syklin.

Nyt käyttämäni lämpötilajakso on implisiittinen edellä, mutta tässä se on täsmälleen. Aloita 100C. Lauta levyt keittolevylle 2-3 minuutiksi lämmetäksesi - pidempään suurilla komponenteilla. Aseta tavoitelämpötila 180C. Tämä lämpötila saavutetaan alle minuutissa. Pidä tässä 2½ minuuttia. Aseta tavoitteeksi 250C. Heti kun kaikki juotokset virtaavat, laske tavoitelämpötila noin 100 ° C: seen. Lautasen lämpötila pysyy korkeana. Heti kun lämpötila laskee 210 ° C: seen tai 1 minuutti on kulunut, liu'uta levyt pois keittolevyltä jäähdytyslevylle, joka on valmistettu parketista tai puusta. Juotos suoritetaan.

Jos haluat käyttää eri lämpötilaprofiilia, tämän ohjausjärjestelmän kanssa ei pitäisi olla vaikeuksia saavuttaa se.

Voit kokeilla lämpötila -anturin asentoa keittolevyn yläpuolella. Huomasin, että kaikki keittolevyn alueet eivät saavuta samaa lämpötilaa samanaikaisesti. Joten riippuen siitä, mihin sijoitat anturin, todellinen juotosvirtauksen aika ja lämpötila voivat vaihdella. Kun olet laatinut reseptin, käytä samaa anturin asentoa toistettavien tulosten saamiseksi.

Hyvää juottamista!