Steuern eines Toaster mit einem PICAXE - Teil 1

SO druckst du dir krasse Motive aufs Toast! (Juli 2019).

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Anonim

Steuern eines Toaster mit einem PICAXE - Teil 1


Umfang des Projekts

Der Übergang von durchkontaktierten Komponenten zu oberflächenmontierten Bauelementen (SMD) scheint unerbittlich zu sein, und obwohl die Änderung in vielerlei Hinsicht positiv ist, verursacht sie für elektronische Hobbyisten etwas Kummer.

Das Löten ist besonders mühsam; Die Komponenten sind schwieriger auf einer Leiterplatte (Leiterplatte) zu positionieren und mühsam manuell zu löten. Glücklicherweise gibt es eine kostengünstige Lösung für das Lötdilemma: Verwenden Sie einen handelsüblichen Toaster, um Lötpaste "aufzulöten" und so elektrisch und mechanisch sichere Verbindungen zwischen der Leiterplatte und den Bauteilen zu bilden.

Das Reflow-Löten ist nicht so komplex wie es zuerst erscheint. Im Wesentlichen gibt es nur vier Schritte: Zuerst Lötpaste auf die PCB-Pads auftragen; Zweitens, legen Sie die Komponenten auf die Pads; drittens, erhitze die PCB und die Komponenten auf die erforderliche Temperatur, damit die Lötpaste die Kontaktstellen und die Komponentenverbindungspunkte verflüssigen und fließen kann; und schließlich, lassen Sie die Baugruppe abkühlen. Die Kontrolle der Heizrate und in geringerem Maße der Abkühlgeschwindigkeit ist der Schlüssel, um gute Lötstellen zu erhalten und Bauteile nicht zu beschädigen. Dieser Prozess kann mit einem einfachen Toaster und einem Mikrocontroller gesteuert werden. Dieser zweiteilige Artikel bietet eine vollständige Anleitung zum Erstellen und Verwenden eines solchen Systems … und das zu relativ geringen Kosten.

Das wahre Ziel

Natürlich ist ein Reflow-Lötsystem nur ein Werkzeug, und wie alle Werkzeuge ist es ein Mittel zum Zweck. In diesem Fall ist das Ende, auf das Sie hoffen, eine Leiterplatte mit einem gut gelöteten Satz von oberflächenmontierten Komponenten. Bevor Sie also diesen ganzen Artikel lesen, scheint es nur fair zu sein, Ihnen die Qualität der Ausgabe zu zeigen, die Sie erwarten können. Das zusammengesetzte Bild unten zeigt (auf der linken Seite) eine blanke Platine mit allen sichtbaren Pads, (in der Mitte) die gleiche Platine aus dem Reflow-Ofen, die in diesem Projekt verwendet wurde, und (auf der rechten Seite) die gleiche Platine nach eine schnelle Reinigung mit Isopropylalkohol und ein wenig Handretusche. Und ja, es funktionierte perfekt beim ersten Einschalten.

Wenn Sie sich die Unterschiede ansehen, beachten Sie, dass die Lötpaste von Hand aufgetragen wurde, was für die auf der Leiterplatte verstreuten Lötflecken verantwortlich ist; Eine Schablone hätte all dies und die meisten (wenn nicht alle) der Lötbrücken an J1 und U1 verhindert. Klicken Sie auf das Bild für einen genaueren Blick.

Angenommen, Sie mögen, was Sie sehen, lesen Sie weiter.

Die Temperatur lesen

Die Kontrolle der Temperatur ist für das Reflow-Löten absolut notwendig, und das genaue Ablesen der Temperaturen ist eine Voraussetzung für deren Steuerung. Eine gebräuchliche Art, Temperaturen in Heizgeräten abzulesen, ist ein Thermoelement. Dieser Artikel erläutert diesen Prozess und enthält Anweisungen zur Verwendung eines Thermoelements, eines PICAXE-Mikrocontrollers und eines integrierten Schaltkreises MAX31855. Die hier vorgestellte Hardware und Software ist eine Erweiterung des Designs in diesem Artikel. Wenn Sie es nicht gelesen haben oder sich nicht klar daran erinnern, lesen Sie es bitte, bevor Sie mit diesem Projekt fortfahren.

Löt-Reflow-Profile

Lötmittel gibt es in verschiedenen Formulierungen, die jeweils aus einer unterschiedlichen Mischung von Metallen bestehen. Zwei der am einfachsten zu verwendenden sind Sn63Pb37 (63% Zinn und 37% Blei) und Sn62Pb36Ag02 (62% Zinn, 36% Blei und 2% Silber). Beide haben das gleiche Reflow-Profil und sind das in diesem Artikel wiedergegebene Profil. Eine Internetsuche nach "Reflow-Profil" -Bildern wird so viele Graphen erzeugen, dass es verblüffend ist, so dass hier kein Graph dargestellt wird. Eine Aufzählungsliste genügt, um die vier Stufen des Reflow-Lötens zu definieren. (Alle Temperaturen sind ungefähre Werte, sollten aber +/- 5 ° C betragen.)

  • Die Vorwärmung besteht darin, die Leiterplatte (einschließlich ihrer oberflächenmontierten Komponenten und der Lötpaste) von Raumtemperatur (Raumtemperatur) auf 150 ° C zu bringen. Die Zeit für diese Stufe ist nicht kritisch, solange sie nicht weniger als etwa 90 Sekunden beträgt.
  • Das Einweichen besteht darin, die Temperatur von 150 ° C auf 180 ° C zu erhöhen. Diese Phase sollte 60 bis 120 Sekunden dauern. (Beachten Sie, dass einige Profildiagramme die Einweichphase als Teil der Vorwärmphase zeigen, aber das führt einfach zu unnötiger Verwirrung; in diesem Artikel wird jede der vier Stufen als getrennt von den anderen betrachtet.)
  • Das Wiederauffließen ist der Schritt, bei dem sich das Lötmittel verflüssigt, und besteht darin, die Temperatur in etwa 30 Sekunden von 180 ° C auf 215 ° C zu erhöhen und in weiteren 30 Sekunden von 215 ° C auf 180 ° C zu verringern.
  • Die Kühlung besteht darin, dass die Temperatur von 180 ° C zurück in die Umgebung sinkt. Die Zeit für dieses Stadium ist nicht kritisch, solange es schrittweise durchgeführt wird.

In einer Produktionsumgebung können genauere Temperaturen und ein genaueres Timing erforderlich sein, aber das Vorhergehende wird für die meisten Hobbyisten gut funktionieren. Unterschiedliche Lote (besonders bleifrei) erfordern Änderungen an den vorhergehenden Informationen, aber zu Beginn sollten Sie das Lot und das oben empfohlene Timing in Betracht ziehen. Sobald Sie etwas Erfahrung gesammelt haben, können Sie die Änderungen vornehmen, die Sie für angemessen halten.

Einen Toaster wählen

Einfacher ist in der Regel besser, wenn Sie einen Toaster für den Reflow-Lötprozess wählen. Manuelle Kontrollen werden gegenüber elektronischen Kontrollen bevorzugt, und ein kleiner Ofen wird gegenüber einem großen bevorzugt.

Der Ofen in diesem Artikel, ein Toastmaster TOV320, wurde in einem Secondhand-Laden für US $ 7 gekauft und ist oben gezeigt. Es erforderte nur eine sehr einfache Änderung (mehr dazu später), aber ein ähnlicher Ofen kann gemacht werden, um zu arbeiten. Hier ist was zu suchen.

  • Zwei Quarzheizelemente - ein oberes und ein unteres
  • Eine Metallabschirmung zwischen jedem Heizelement und dem Kochbereich
  • 1200 Watt (oder etwas mehr)
  • Ein "Bleib dran" -Funktion
  • Ein "Einschalt" -Anzeiger
  • Eine Glastür
  • Eine abnehmbare Metallschale mit separatem Grill

Der Rest der Hardware

Der Schaltplan und die lötfreie Steckbaugruppe für den MAX31855 PICAXE-08M2 Thermocontroller sind unten abgebildet. Beachten Sie, dass die in der schematischen Darstellung gezeigten Drahtfarben mit den Drähten auf dem lötfreien Steckbrett übereinstimmen.

Ein Vergleich dieser Schaltung mit der Schaltung im vorherigen Artikel zeigt einige Zusätze, die alle hinzugefügt wurden, um den Ofen gemäß der Anweisung der PICAXE-08M2 ein- und auszuschalten. Beachten Sie, dass zu PinC.0 eine neue Verbindung hinzugefügt wurde, die immer als serieller Ausgangs-Pin für die Kommunikation mit dem PC verwendet wird. Ursprünglich sollte diese neue Verbindung ein Halbleiterrelais (SSR) direkt ansteuern, indem 3.3V ein- und ausgeschaltet wurden.

Der FOTEK SSR-40 DA, der auf dem Foto unten zu sehen ist, wurde für den Betrieb mit einem Eingang von 3 bis 32 VDC markiert; Leider würde es nicht am 3.3V Ausgang von PinC.0 der PICAXE arbeiten. Das Datenblatt spezifiziert einen minimalen Eingang von 4V.

Als Ergebnis war es notwendig, eine zusätzliche Schaltstufe hinzuzufügen, um eine erhöhte Spannung für das SSR bereitzustellen; R3, R4 und Q1 (ein BS170-N-Kanal-MOSFET) stellen diese Funktion bereit. Wie in der schematischen Darstellung gezeigt, wird + + V kontinuierlich an den SSR geliefert und Masse wird durch Q1 geschaltet, wenn sein Gate durch den PinC.0 des PICAXE-08M2 auf einen hohen Pegel gebracht wird. R5 und LED1 werden verwendet, um eine visuelle Anzeige zu liefern, wenn Q1 eingeschaltet wird.

Die Verwendung von pinC.0 zur Steuerung von Q1 sowie die Funktion als serieller Ausgangs-Pin vom 08M2 verursacht nur ein kleines Problem. Wenn ein Programm auf den PICAXE heruntergeladen wird, wird der Ausgang von pinC.0 Q1 schnell schalten und LED1 flackern. Aus diesem Grund sollte der Ofen beim Herunterladen eines Programms vom SSR getrennt (ausgesteckt) werden.

Nächstes Mal

In Teil 2 dieses Projekts wird der Betrieb der SSR beschrieben und Details und Sicherheitsbedenken für den Anschluss an die Netzspannung werden behandelt. Die Software für die PICAXE-08M2 wird bei Bedarf vorgestellt und erläutert. "Tuning" der Code auf die Eigenschaften Ihres Toaster Ofens wird ebenfalls abgedeckt werden.

Nächster Artikel in der Serie: Steuerung eines Toaster mit PICAXE - Teil 2

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