Паяльная станция на микроконтроллере ( Цифровой ПИД регулятор температуры )

Цифровая паяльная станция на микроконтроллере представляет собой по сути ПИД ( Пропорционально - Интегрально - Дифференциальный ) регулятор температуры жала паяльника. Для оптимизации скорости выхода на режим уставки температуры и стабилизации температуры применен ПИД закон регулирования мощности на нагревательном элементе паяльника.
Установка заданной температуры производится кнопками Больше/Меньше, расположенными на передней панели устройства. После установки температуры у ставки, устройство автоматически переходит в режим измерения температуры, отображая реальную температуру паяльника. Так же в устройстве предусмотрен режим программирования коэффициентов П. И. Д., по отдельности, для адаптации устройства под различные типы паяльников.

Для перехода в режим программирования коэффициентов, достаточно вынуть штекер термопары. Устройство самостоятельно отслеживает потерю контакта с термопарой и выходит на режим программирования. В режиме программирования существуют 3 настройки - это коэффициенты P (пропорциональный), I (интегральный) и D (дифференциальный). Как только устройство обнаруживает потерю контакта с термопарой по истечению 1-3х секунд, устройство переходит в режим программирования P (пропорционального) коэффициента, установка значения пропорциональной составляющей осуществляется кнопками "Больше" и «Меньше» соответственно (в пределах от 0 до 255). Для перехода к настройке следующего коэффициента достаточно кратковременно нажать обе кнопки одновременно. После чего устройство переходит в режим программирования I(интегральной) составляющей. Установка требуемого коэффициента (В пределах от 0 до 999) осуществляется таким же образом, как и при установке пропорциональной составляющей (т.е. кнопками "Больше" и "Меньше"). Переход в режим программирования D( дифференциальной ) составляющей осуществляется также одновременным нажатием на обе кнопки. Предел изменения дифференциальной составляющей от 0 до 255. Все установки сделаны циклическим образом, т.е. если текущее значение пропорционального коэффициента - 0, при последующем нажатии на кнопку "Меньше", то значение будет - 255. Для того , чтобы закончить программирование и выйти на режим регулировка/измерение температуры, достаточно вставить назад штекер термопары. Причем все программные установки коэффициентов не теряются, при выключении питания устройства, потому, что они сохраняются в энергонезависимой памяти контроллера.
Устройство питается от напряжения сети 220В, Выходное напряжение ~220В. В качестве термодатчика была использована термопара 4мВ/100*C (от Китайского тестера). Паяльная станция оборудована светодиодным индикатором, что обеспечивает качественный контроль температуры, даже в слабо освещенных местах.
Принципиальная схема Паяльной Станции

Желательно таким образом доработать управляющую цепочку данного устройства. При доработке, появится гальваническая развязка высоковольтной части от части схемы с низковольтным потенциалом (процессорной).
Доработка управляющей части принципиальной схемы

Доработка паяльной станции и адаптация для работы с термопечью
Теоретически возможно адаптация данного устройства для работы с термопечью. Для этого нужно внести некоторые изменения в схему. Во первых это подобрать симистор, в зависимости от мощности термопечи (желательно брать симистор с запасом по мощности) возможно придется в дальнейшем поставить на него радиатор охлаждения. Вторая задача состоит в том, чтобы без изменения кода прошивки станции и без добавления дополнительных сегментов индикатора температуры расширить температурный диапазон.
Для этого надо подобрать коэффициент усиления операционника подстроечным резистором R9. В настроенном устройстве сопротивление резистора должно быть в 10 раз меньше (около 12кОм). Далее следует отторировать устройство. Для этого термопару надо кинуть в кипящую воду и выставить резистором R9 на индикаторе значение "10", что будет соответствовать температуре в 100 градусов Цельсия. Естественно это нужно будет учитывать при последующих измерениях температуры (значение индикатора "57"=570 градусов Цельсия, также как и "120"= 1200 градусов Цельсия). Так как на таких высоких температурах (более 1000 градусов Цельсия) погрешностью в 10-20 градусов можно пренебречь, тем более что наименьшая чувствительность индикатора составляет "10" градусов (соответствует показанию "1" на индикаторе), возможно исключение из схемы аналогового термодатчика "ТС1048". Вместо него нужно поставить простой делитель на резисторах с выходным напряжением 0,7 вольта, что соответствует измеренной температуре 20 градусов Цельсия (средняя температура в помещении).
 
Дополнительные материалы по теме:
Документация на примененный в данной схеме симистор «BT137» (.pdf) - 0.04Mb
Документация на опто-симистор, примененный в доработке (.pdf) - 0.31Mb мос3021
Печатная плата паяльной станции (.lay) - 0.05 Mb
Прошивка микроконтроллера паяльной станции (.hex) - 0.015Mb
Все в одном архиве

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR