Yüzeye Monte Lehimlemede Döngüyü Kapatma: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:22

Sıcaklık, kontrol edilmesi dünyanın en kolay şeyi gibi görünüyor. Ocağı açın ve istediğiniz sıcaklığı ayarlayın. Sabah fırını açın ve termostatı ayarlayın. Duşu doğru yapmak için sıcak ve soğuk suyu ayarlayın. Kolay! Peki ya bu günlük uygulamaların ötesinde sıcaklığı kontrol etmek istiyorsanız? Normal aralıkların dışında sıcaklıklar istiyorsanız veya dar bir aralıkta sabit sıcaklık istiyorsanız, çoğunlukla kendi başınızasınız.

Benim durumumda, yüzeye monte lehimleme için kullanılan bir sıcak plakanın sıcaklığını kontrol etmek istedim. Başlangıçta, gerekli sıcaklık profilini oluşturmak için kararlı sıcaklıklar ve deneysel olarak belirlenmiş ayarlar sağlamak için darbe genişlik modülasyonunu kullandım. Bununla ilgili her şeyi bu Eğitilebilir Kitapta okuyabilirsiniz. Bu sistem çalışır ve bu şekilde sıcaklık kontrolü iyi ve iyidir, ancak eksiklikleri vardır.

eksiklikler:

• Sadece benim özel sıcak tabağım için çalışıyor. Diğerleri benzerdir, ancak aynı değildir ve istenen profili oluşturmak için gereken ayarları ve süreleri belirlemek için deneyler gereklidir.
• Farklı bir profil veya sıcaklık istersem aynı durum.
• Sabit sıcaklıklara yavaş yaklaşılması gerektiğinden lehimleme işlemi uzun zaman alır.

İdeal olarak, sadece bir sıcaklık-zaman profili belirleyebiliriz, bir düğmeye basarız ve kontrolör, sıcak plakanın programlandığı gibi çalışmasına neden olur. Tam olarak bu tür kontrolleri kullanan birçok endüstriyel süreç olduğundan bunun mümkün olduğunu biliyoruz. Soru şu ki, bu evde kolayca ve ucuza yapılabilir mi?

Tahmin edebileceğiniz gibi, bu Eğitilebilir Yazıyı yazdığımdan beri, cevap evet! Bu Eğitilebilir Tablo size kendi endüstriyel güç sıcaklık kontrol cihazınızı nasıl oluşturacağınızı gösterecektir. Özellikle yüzey montajlı lehimlemeyi hedefleyeceğim, ancak kesin zaman sıcaklık profili gerektiren herhangi bir işlem bu sistemi kullanabilir.

Not: "Arduino" adını kullandığımda, yalnızca (tam olarak değil) telif hakkıyla korunan Arduino'nun kendisini değil, aynı zamanda toplu olarak "Freeduino" olarak bilinen birçok kamu malı sürümünü kastediyorum. Bazı durumlarda “Ard/Free-duino” terimini kullanıyorum, ancak bu Talimatın amaçları doğrultusunda terimler değiştirilebilir olarak kabul edilmelidir.

Extreme Surface Mount Lehimleme Talimatında kullanılan sıcaklık kontrol şeması, açık döngü kontrolü olarak bilinir. Yani geçmişte istenilen sıcaklığı üreten bir değerin tekrar kullanıldığında aynı sıcaklığı üretmesi beklenir. Çoğu zaman bu doğrudur ve istenen sonucu verir. Ancak koşullar biraz farklıysa, çalıştığımız garajın çok daha soğuk veya daha sıcak olduğunu söyleyin, o zaman beklenen sonucu alamayabilirsiniz.

Sıcaklığı okuyabilen ve bir kontrolöre geri bildirebilen bir sensörümüz varsa, o zaman kapalı döngü kontrolümüz var. Kontrolör, sıcaklığı artırmak için bir başlangıç değeri ayarlayabilir, zaman geçtikçe sıcaklığa bakabilir ve istenen sıcaklığa ulaşılana kadar sıcaklığın daha yüksek veya daha düşük olmasını sağlamak için ayarı ayarlayabilir.

Yaklaşımımız, AVRTiny2313 tabanlı PWM denetleyicisini daha güçlü bir ATMega tabanlı denetleyiciyle değiştirmek olacaktır. Arduino ortamında programlama yapılacaktır. Sonuçları görüntülemek ve denetleyiciyi ayarlamak için İşleme çalıştıran bir bilgisayar (Linux-Mac-Windows) kullanacağız.

Sensör için Harbour Freight'ten bir Kızılötesi Sıcaklık Sensörü kullanacağız. IR sensörü, sıcaklığı kontrol cihazının okuyabileceği bir seri veri akışı olarak verecek şekilde değiştirilecektir. Denetleyiciye giriş için bir PC (Mac – Linux – Windows) ile denetleyici olarak bir Ard/Free-duino kullanacağız. Hepimiz bittiğinde, sistem resimdeki gibi görünecek. (Bununla birlikte, breadboard'unuzda daha az yabancı devre olabilir. Sorun değil.)

Adım 1: IR Sensörünü Değiştirme

Zeki arkadaşım Scott Dixon'a, bu cihazın nasıl çalıştığını ve seri arayüzünü açığa çıkararak bir kontrolör ile genel olarak nasıl kullanışlı hale getirilebileceğini bulmaktaki dikkatli dedektif çalışması için çok teşekkürler.

Başlayacağımız cihaz Harbour Freight Parça Numarası: 93984-5VGA. Maliyeti yaklaşık 25 dolar. Garantiyi satın almakla uğraşmayın.:)} İşte bağlantı. Şekil 1 ve 2, Önden ve Arkadan Görünümleri göstermektedir. Şekil 2'deki oklar, kasayı bir arada tutan vidaların nerede olduğunu gösterir. Şekil 3, vidalar çıkarıldığında ve kasa açıldığında kasanın içini göstermektedir. Lazer işaretçi modülü, henüz bunu yapmamış olmama rağmen, muhtemelen çıkarılabilir ve başka projeler için kullanılabilir. Tahtayı lehimlemek için çıkarmak istiyorsanız, oklar çıkarılacak vidaları gösterir (vidalar bu resimde çıkarılmıştır). Ayrıca, kablolamanızın kasadan çıkması için bir kesim yapılması gereken alan da belirtilmiştir. Ayrıca Şekil 5'e bakın. Kesimi, kart çıkarılmış durumdayken veya en azından kabloları lehimlemeden önce yapın. Bu şekilde daha kolay.;)} Şekil 4, tellerin nereye lehimleneceğini göstermektedir. Her bağlantının harfini not edin, böylece kasayı kapattığınızda hangi kablonun hangisi olduğunu bilirsiniz. Şekil 5, yerinde lehimlenmiş ve kesikten yönlendirilmiş telleri göstermektedir. Artık kasayı tekrar bir araya getirebilirsiniz ve cihaz, işleminizden önceki gibi çalışmalıdır. Kablolardaki konektöre dikkat edin. Kontrol cihazıma gerçekten bağlanmak için daha uzun kablolar kullanıyorum. Küçük bir kablo, küçük bir konektör kullanırsanız ve kabloları kısa tutarsanız, dilerseniz hepsini kutuya geri koyabilirsiniz ve enstrüman değiştirilmemiş gibi görünür. Scott ayrıca bu cihaza arayüz sağlayacak yazılımı da oluşturmuştur. Ayrıntıları isterseniz bu belgeyi kullandı. Bu kadar! Artık -33 ila 250 C arasında çalışacak bir IR sıcaklık sensörünüz var.

2. Adım: Kontrol Yazılımı

Kullanışlı olduğu gibi, IR sıcaklık sensörü sistemin yalnızca bir parçasıdır. Sıcaklığı kontrol etmek için üç öğe gereklidir: bir ısı kaynağı, bir sıcaklık sensörü ve sensörü okuyabilen ve ısı kaynağına komut verebilen bir kontrolör. Bizim durumumuzda, sıcak plaka ısı kaynağıdır, IR sıcaklık sensörü (son adımda değiştirildiği gibi) bizim sensörümüzdür ve uygun yazılımı çalıştıran bir Ard/Free-duino kontrolördür. Bu Eğitilebilir Dosya için tüm yazılımlar bir Arduino paketi ve bir İşleme paketi olarak indirilebilir.

IR_PID_Ard.zip dosyasını indirin. Arduino dizininizde açın (genellikle Belgelerim/Arduino). PID_Plotter.zip dosyasını indirin. İşleme dizininizde açın (genellikle Belgelerim/İşleme). Dosyalar artık uygun eskiz defterlerinde mevcut olacaktır.

Kullanacağımız yazılım orijinal olarak Tim Hirzel tarafından yazılmıştır. IR sensörüne arayüz eklenerek değiştirilir (Scott Dixon tarafından sağlanır). Yazılım, PID algoritması olarak bilinen bir kontrol algoritması uygular. PID, Orantılı – İntegral – Türev anlamına gelir ve endüstriyel sıcaklık kontrolü için kullanılan standart algoritmadır. Bu algoritma, Tim Hirzel'in yazılımını temel aldığı Tim Wescott'un mükemmel bir makalesinde açıklanmıştır. Buradaki makaleyi okuyun.

Algoritmayı ayarlamak (bu konuda bahsedilen makalede okuyun) ve hedef sıcaklık ayarlarını değiştirmek için yine Tim Hirzel tarafından geliştirilen bir İşleme taslağı kullanacağız. Kahve çekirdeklerini (sıcaklık kontrolünün başka bir uygulaması) kavurmak için geliştirildi ve Bare Bones Coffee Controller veya BBCC olarak adlandırıldı. İsim bir yana, yüzeye monte lehimleme için harika çalışıyor. Orijinal sürümü buradan indirebilirsiniz.

Yazılımı değiştirme

Aşağıda, Arduino ve Processing'e aşina olduğunuzu varsayıyorum. Eğer değilseniz, o zaman her şey mantıklı gelmeye başlayana kadar öğreticilerden geçmelisiniz. Bu Eğitilebilir Tabloya Yorumlar gönderdiğinizden emin olun, ben de yardım etmeye çalışacağım.

Arduino/Freeduino'nuz için PID denetleyicisi değiştirilmelidir. IR sensöründen gelen saat hattı bir kesme pimine bağlanmalıdır. Bir Arduino'da bu, 1 veya 0 olabilir. Çeşitli türlerdeki Freeduino'larda, mevcut herhangi bir kesmeyi kullanabilirsiniz. Sensörden gelen veri hattını yakındaki başka bir pime (D0 veya D1 veya seçtiğiniz başka bir pim gibi) bağlayın. Sıcak plakaya giden kontrol hattı herhangi bir dijital pinden gelebilir. Özel Freeduino klonumda (burada açıklayın), saat için D1'i ve ilişkili kesmeyi (1), veri için D0'ı ve sıcak plakaya giden kontrol hattı için B4'ü kullandım.

Yazılımı indirdikten sonra Arduino ortamınızı başlatın ve File/Sketchbook menü öğesinden IR_PID'i açın. Pwm sekmesi altında, Arduino veya Freeduino varyantınız için HEAT_RELAY_PIN'i uygun şekilde tanımlayabilirsiniz. Temp sekmesi altında IR_CLK PIN, IR_DATA PIN ve IR_INT için aynı şeyi yapın. Derlemeye ve indirmeye hazır olmalısınız.

Benzer şekilde, İşleme ortamınızı başlatın ve PID_Plotter çizimini açın. BAUDRATE değerini doğru değere ayarlayın ve Serial.list()[1] içinde kullanılan dizini sisteminiz için doğru değere ayarladığınızdan emin olun (portum dizin 1'dir).

Adım 3: Her Şeyi Asmak

Sıcak plaka AC kontrol sistemi, daha önce bahsedilen Aşırı Yüzey Montajlı Lehimleme Talimatında ayrıntılı olarak açıklanmıştır veya kendi SSR'nizi (katı hal rölesi) satın alabilirsiniz. Çinliler tarafından yapılan testler arzulanan bir şey bırakabileceğinden, sıcak plaka yükünü yeterli marjla, örneğin 20 ila 40 watt'lık bir değerle kaldırabildiğinden emin olun. Instructable'ımdan sıcak plaka AC kontrol cihazını kullanırsanız, kontrol girişindeki dirençten Ard/Free-duino'daki toprağa bir jumper ve kontrol çıkışından (B4, veya ne seçerseniz seçin) Kontrol Sinyaline bir jumper çalıştırın. Giriş. Kontrolörün resmine bakın. Sarı jumper Kontrol Sinyali Girişidir ve yeşil jumper Ground'a gider. Çıkış piminde bir yanıp sönen ışık (toprağa dirençli bir led) kullanmayı seviyorum, böylece ne zaman açık olduğunu biliyorum. Jumper'ınızı gösterildiği gibi led ve port arasına bağlayın. Teensy++ Bağlantı Şemasına bakın.

Şimdi IR sıcaklık sensörünü sıcak plakanızın üzerinde tutmak için bir destek hazırlayın. Resim ne yaptığımı gösteriyor. Basit ama sağlam kuraldır. Yanıcı her şeyi sıcak plakadan uzak tutun; sensör plastik ve plaka yüzeyinin sadece 3 inç üzerinde görünüyor. Sensörünüzdeki konektörden Ard/Free-duino'nuzdaki uygun pinlere giden kabloları çalıştırın. Kızılötesi sensörü bağlantıları, Teensy++ Bağlantı Şeması'nda gösterilmiştir. Bunları Ard/Free-duino'nuz için gerektiği gibi uyarlayın.

Önemli Güvenlik Notu: Kızılötesi sensörü, onu hedeflemeye yardımcı olan bir led işaretçiye sahiptir. Benimki gibi kedileriniz varsa, led işaretçiyi kovalamayı severler. Bu nedenle, kullanırken kedilerinizin sıcak plakanın üzerine atlamasını önlemek için led'i bir miktar opak bantla kapatın.

Sıcak plaka AC kontrol cihazını 120V'a takmadan önce, sistemin nasıl test edileceği ve sıcaklık için ilk hedef değerlerin nasıl ayarlanacağı aşağıda açıklanmıştır. Isıtmanın hemen başlamaması için 20 C'lik bir hedef sıcaklık öneriyorum. Bu değerler EEPROM'da saklanacak ve bir dahaki sefere kullanılacaktır, bu nedenle bir lehimleme seansını bitirdiğinizde hedef sıcaklık olarak her zaman düşük bir değer kaydettiğinizden emin olun. Sıcaklık kontrol cihazını ilk başta sıcak plaka takılı değilken çalıştırmayı iyi bir fikir olarak görüyorum. Fişe takmadan önce her şeyin çalıştığından emin olun.

Seri portunuzu Arduino'nuza bağlayın ve açın. Arduino taslağını derleyin ve indirin. Denetleyiciyle etkileşim kurmak ve sonuçları görüntülemek için İşleme çizimini başlatın. Bazen Arduino taslağı, İşleme taslağı ile senkronize olmaz. Bu olduğunda, İşleme çiziminin konsol penceresinde “Güncelleme Yok” mesajını göreceksiniz. İşleme taslağını durdurup yeniden başlatmanız yeterlidir; her şey yolunda olmalıdır. Değilse, aşağıdaki Sorun Giderme bölümüne bakın.

İşte kontrolör için komutlar. “Delta”, komut verildiğinde bir parametrenin değişeceği miktardır. İlk önce kullanmak istediğiniz delta değerini ayarlayın. Ardından bu deltayı kullanarak istediğiniz parametreyi ayarlayın. Örneğin, delta 10 yapmak için + ve – tuşlarını kullanın. Ardından hedef sıcaklık ayarını 10 derece C artırmak için T (büyük “T”) veya hedef sıcaklığı 10 derece azaltmak için t (küçük harf “t”) kullanın.. Komutlar:

+/-: deltayı on kat ayarla P/p: yukarı/aşağı p kazancı deltaya göre ayarla I/i: yukarı/aşağı ayarla i deltaya göre ayarla D/d: yukarı/aşağı ayarla d deltaya göre ayarla T/t: yukarı/aşağı ayarlanan sıcaklığı delta ile ayarla h: yardım ekranını açar ve kapatır R: değerleri sıfırlar – bunu denetleyiciyi ilk çalıştırdığınızda yapın

Sıcaklık güncellemelerini aldığınızda, çizimin grafik penceresi resimdeki gibi görünmelidir. Açıklanan bazı komutlarla ekrana dayatılan büyük bir gri alanınız varsa, temizlemek için “h” yazmanız yeterlidir. İlk kez başlattığınızda, başlangıç değerlerini sıfırlamanız istenebilir. Devam et ve bunu yap. Sağ üst köşedeki değerler mevcut okumalar ve ayarlardır. “Hedef” mevcut hedef sıcaklıktır ve yukarıda açıklandığı gibi “t” komutu ile değiştirilir. "Curr", sensörden okunan mevcut sıcaklıktır. “P”, “I” ve “D”, PID kontrol algoritmasının parametreleridir. Bunları değiştirmek için “p”, “i” ve “d” komutlarını kullanın. Onları birazdan tartışacağım. "Pow", PID denetleyicisinden sıcak plakaya giden güç komutudur. 0 (her zaman kapalı) ile 1000 (her zaman açık) arasında bir değerdir.

Elinizi sensörün altına koyarsanız, sıcaklık (Curr) okumasının yükseldiğini görmelisiniz. Şimdi hedef sıcaklığı arttırırsanız, güç (Pow) değerinin arttığını göreceksiniz ve çıkış ledi yanıp sönecektir. Hedef sıcaklığı arttırın ve çıkış ledi daha uzun süre açık kalacaktır. Sıcak plaka bağlıyken ve çalışırken, hedef sıcaklığın arttırılması, sıcak plakanın açılmasına neden olacaktır. Mevcut sıcaklık hedef sıcaklığa yaklaştıkça, hedef sıcaklığa minimum aşırı atışla yaklaşılacak şekilde açık kalma süresi azalacaktır. Ardından, hedef sıcaklığı korumak için zamanında yeterli olacaktır.

PID algoritması için parametreleri nasıl ayarlayacağınız aşağıda açıklanmıştır. Kullandığım değerlerle başlayabilirsiniz. P of 40, I of 0.1 ve D of 100. Sistemim, 5 dereceden daha az bir aşma ile yaklaşık 30 saniyede 50C'lik bir adım yapacak. Sisteminiz önemli ölçüde farklı performans gösteriyorsa, onu ayarlamak isteyeceksiniz. Bir PID denetleyicisini ayarlamak zor olabilir, ancak yukarıda atıfta bulunulan makale, bunun nasıl çok etkili bir şekilde yapılacağını açıklar.

Şimdi gerçek şeyin zamanı geldi. Aşırı Yüzey Montajlı Lehimleme bölümünde açıklandığı gibi sıcak plakayı sıcak plaka AC kontrolörüne takın. Oradaki tüm uyarıları da okuduğunuzdan emin olun. Sıcaklık sensörünüzü, sıcak plakanızın yaklaşık 3 inç üzerinde olacak ve doğrudan ona bakacak şekilde konumlandırın. Ard/Free-duino'nuzu güçlendirin. Tüm bağlantıların doğru olduğundan ve yazılımınızın (PID denetleyicisi ve izleme programı) düzgün çalıştığından emin olun. Hedef sıcaklığı 20 C'ye ayarlayarak başlayın. Ardından hedef sıcaklığı 40 C'ye yükseltin. Sıcak plaka yanmalı ve sıcaklık 40 C +/- 2 C'ye sorunsuz bir şekilde yükselmelidir. Şimdi performansı gözlemlerken sıcaklığı artırmayı deneyebilirsiniz. sisteminizin. Plakanın soğumasının ısınmasından çok daha uzun sürdüğünü fark edeceksiniz.

Sorun giderme

İşleme çizimi çalışmıyorsa veya sıcaklığı güncellemiyorsa, İşleme çizimini durdurun ve bir seri terminal başlatın (örneğin, Windows'ta Hyperterminal). Boşluk çubuğuna dokunun ve geri dönün. Arduino, mevcut sıcaklık okumasıyla yanıt vermelidir. İstediğiniz yanıtı alana kadar baud hızı vb. ayarlarını yapın. Bu işe yaradığında, İşleme çizimi çalışmalıdır. Hala sorun yaşıyorsanız, pin atamalarınızın fiziksel kablolamanızla uyumlu olduğundan ve güç ve topraklamayı sıcaklık sensörünün uygun pinlerine bağladığınızdan emin olun.

Adım 4: Yüzey Montajlı Lehimleme

Bu Talimatta açıklanan sıcaklık kontrol sisteminin kullanılması, Aşırı Yüzey Montajlı Lehimlemeyi iki şekilde iyileştirir. İlk olarak, sıcaklık kontrolü daha doğru ve önemli ölçüde daha hızlıdır. Böylece, yaklaşık 6 dakika içinde yaklaşık 120C'den 180C'ye yavaş bir rampa yapmak yerine, hızla 180C'ye gidebilir, 2 ½ ila 3 dakika tutabilir ve yaklaşık bir dakika boyunca hızlıca 220C ila 240C'ye gidebiliriz. Lehimin aktığı ve gücü kapattığı veya hedef sıcaklığı hızla düşürdüğü noktayı hala izlemeliyiz. Sıcaklık çok yavaş düştüğü için, genellikle sıcaklık 210C'nin altına düşer düşmez devrelerimi sıcak plakadan kaydırırım. Onları metal değil, bir tahta veya tahta parçasına koyun. Metal, çok hızlı soğumalarına neden olabilir. Plakayı belirli alanlarda yeterince ısıtmak için hedef sıcaklığı 250C'nin (sensörün okuyacağı maksimum değer) üzerine çıkarmanız gerekebileceğini de unutmayın. Plaka, tüm yüzey üzerinde tek bir sıcaklığa ulaşmayacak, ancak belirli alanlarda diğerlerinden daha soğuk olacaktır. Bunu deneyerek öğreneceksiniz.

İkinci iyileştirme alanı, lehimleme döngüleri arasındaki sürede bir azalmadır. Açık döngü sistemiyle, yeni bir lehimleme döngüsüne başlamak için sıcak plakanın oda sıcaklığına (yaklaşık 20C) soğumasını beklemek zorunda kaldım. Bunu yapmasaydım, sıcaklık döngüsü doğru olmazdı (başlangıç koşullarının değişmesi). Şimdi sadece 100C civarında sabit bir sıcaklık beklemem gerekiyor ve yeni bir döngü başlatabilirim.

Şimdi kullandığım sıcaklık döngüsü yukarıda ima ediliyor, ama işte tam olarak burada. 100C'de başlayın. Tahtalarınızı ısınmak için iki ila üç dakika sıcak plakaya koyun - büyük bileşenlerle daha uzun süre. Hedef sıcaklığı 180C'ye ayarlayın. Bu sıcaklığa bir dakikadan daha kısa sürede ulaşılır. Burada 2 ½ dakika tutun. Hedefinizi 250C'ye ayarlayın. Tüm lehim aktığında, hedef sıcaklığı yaklaşık 100C'ye düşürün. Tabağınızın sıcaklığı yüksek kalacaktır. 210C'ye düştüğünde veya 1 dakikalık süre geçtiğinde, tahtalarınızı sıcak plakadan bir perfboard veya ahşap soğutma platformuna kaydırın. Lehimleme yapılır.

Farklı bir sıcaklık profili kullanmak isterseniz, bu kontrol sistemi ile bunu başarmakta hiçbir sorun yaşamazsınız.

Sıcak plakanızın üzerindeki sıcaklık sensörünün konumunu denemek isteyebilirsiniz. Sıcak plakanın tüm alanlarının aynı anda aynı sıcaklığa ulaşmadığını buldum. Bu nedenle, sensörünüzü nereye yerleştirdiğinize bağlı olarak, lehim akışını sağlamak için gereken gerçek süre ve sıcaklık değişebilir. Bir tarif hazırladığınızda, tekrarlanabilir sonuçlar için sensörün aynı konumunu kullanın.

Mutlu Lehimleme!