Uždaryti kilpą ant paviršiaus tvirtinimo litavimo: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:51

Temperatūra atrodo lengviausiai valdoma pasaulyje. Įjunkite viryklę ir nustatykite norimą temperatūrą. Ryte įjunkite krosnį ir nustatykite termostatą. Sureguliuokite karštą ir šaltą vandenį, kad dušas būtų tinkamas. Lengva! Bet ką daryti, jei norite kontroliuoti temperatūrą ne tik šiose kasdienėse programose? Jei norite, kad temperatūra būtų už įprastų ribų, arba norite stabilios temperatūros siauroje diapazone, dažniausiai esate vienas.

Mano atveju norėjau kontroliuoti kaitlentės temperatūrą, naudojamą ant paviršiaus montuojamam litavimui. Iš pradžių aš naudoju impulsų pločio moduliaciją, kad užtikrintų stabilią temperatūrą ir eksperimentiškai nustatytus nustatymus, kad sukurtų reikiamą temperatūros profilį. Visa tai galite perskaityti šioje instrukcijoje. Ši sistema veikia ir tokiu būdu kontroliuojama temperatūra yra gerai, tačiau ji turi trūkumų.

Trūkumai:

• Veikia tik mano konkrečioje kaitvietėje. Kiti yra panašūs, bet ne identiški, o norint nustatyti nustatymus ir laiką, reikalingą norint gauti reikiamą profilį, reikia atlikti eksperimentus.
• Ta pati situacija, jei noriu kitokio profilio ar temperatūros.
• Litavimo procesas užtrunka ilgai, nes prie stabilios temperatūros reikia artėti lėtai.

Idealiu atveju galėtume tiesiog nurodyti temperatūros ir laiko profilį, paspausti mygtuką ir valdiklis privers kaitvietę veikti taip, kaip užprogramuota. Mes žinome, kad tai įmanoma, nes yra daug pramoninių procesų, kuriuose naudojama būtent tokia kontrolė. Kyla klausimas, ar tai galima padaryti lengvai ir nebrangiai namuose?

Kaip jau spėjote atspėti, kadangi rašau šią instrukciją, atsakymas yra „taip“! Ši instrukcija parodys, kaip sukurti savo pramoninio stiprumo temperatūros reguliatorių. Ypač daug dėmesio skirsiu litavimui ant paviršiaus, tačiau bet kokia procedūra, kuriai reikalingas tikslus laiko temperatūros profilis, gali naudoti šią sistemą.

Pastaba: kai aš naudoju pavadinimą „Arduino“, turiu omenyje ne tik patį (ne visai) autorių teisių saugomą „Arduino“, bet ir daugybę viešojo versijų, bendrai vadinamų „Freeduino“. Kai kuriais atvejais aš naudoju terminą „Ard/Free-duino“, tačiau šios instrukcijos tikslais terminai turėtų būti laikomi tarpusavyje keičiamais.

Temperatūros valdymo schema, naudojama „Extreme Surface Mount Soldering Instructable“, yra žinoma kaip atviro ciklo valdymas. Tai reiškia, kad vertė, kuri anksčiau sukėlė norimą temperatūrą, tikimasi, kad pakartotinai naudojant bus pagaminta ta pati temperatūra. Dažnai tai tiesa ir duoda norimą rezultatą. Bet jei sąlygos šiek tiek skiriasi, tarkime, kad garažas, kuriame mes dirbame, yra daug vėsesnis ar šiltesnis, gali būti, kad nesulauksite laukto rezultato.

Jei mes turime jutiklį, kuris gali nuskaityti temperatūrą ir pranešti apie tai valdikliui, tada mes turime uždaro ciklo valdymą. Valdiklis gali nustatyti pradinę vertę, kad padidintų temperatūrą, pažvelgti į temperatūrą laikui bėgant ir pakoreguoti nustatymą, kad temperatūra pakiltų arba sumažėtų, kol bus pasiekta norima temperatūra.

Mūsų požiūris bus pakeisti AVRTiny2313 pagrindu pagamintą PWM valdiklį į galingesnį ATMega valdiklį. Programavimas bus atliekamas „Arduino“aplinkoje. Rezultatams rodyti ir valdikliui koreguoti naudosime kompiuterį („Linux-Mac-Windows“), kuriame veikia „Processing“.

Jutikliui naudosime „Harbour Freight“infraraudonųjų spindulių temperatūros jutiklį. IR jutiklis bus modifikuotas taip, kad išvestų temperatūrą kaip nuoseklų duomenų srautą, kurį valdiklis gali nuskaityti. Kaip valdiklį naudosime „Ard“/„Free-duino“, įvesdami valdiklį prie kompiuterio („Mac“-„Linux“-„Windows“). Kai viskas bus baigta, sistema atrodys kaip paveikslėlyje. (Tačiau jūsų duonos lentoje gali būti mažiau pašalinių grandinių. Tai gerai.)

1 žingsnis: IR jutiklio keitimas

Labai ačiū mano protingam draugui Scottui Dixonui už kruopštų detektyvinį darbą išsiaiškinant, kaip šis instrumentas veikia ir kaip padaryti jį apskritai naudingą valdikliui atskleidžiant jo nuosekliąją sąsają.

Įrenginys, nuo kurio pradėsime, yra uosto krovinių dalies numeris: 93984-5VGA. Kainuoja apie 25 USD. Nesivaržykite pirkti garantijos.:)} Štai nuoroda. 1 ir 2 paveikslai rodo priekinį ir galinį vaizdus. Rodyklės 2 paveiksle rodo, kur yra varžtai, laikantys dėklą kartu. 3 paveiksle parodyta korpuso vidus, kai varžtai yra nuimami ir korpusas atidaromas. Lazerinio žymeklio modulį tikriausiai galima nuimti ir naudoti kitiems projektams, nors to dar nepadariau. Rodyklės rodo varžtus, kuriuos reikia nuimti, jei norite išimti plokštę prie jos lituoti (šiame paveikslėlyje nuimti varžtai). Taip pat nurodyta sritis, kurioje reikia iškirpti, kad jūsų laidai galėtų išeiti iš korpuso. Taip pat žiūrėkite 5 paveikslą. Iškirpkite, kol plokštė yra nuimta arba bent jau prieš lituojant laidus. Taip lengviau.;)} 4 paveiksle parodyta, kur laidai bus lituojami. Atkreipkite dėmesį į kiekvieno ryšio raidę, kad uždarę dėklą žinotumėte, kuris laidas. 5 paveiksle pavaizduoti laidai, prilituoti vietoje ir nutiesti per išpjovą. Dabar galite vėl sudėti dėklą ir prietaisas turėtų veikti taip, kaip prieš operaciją. Atkreipkite dėmesį į laidų jungtį. Aš naudoju ilgesnius laidus, kad iš tikrųjų prisijungčiau prie valdiklio. Jei naudojate mažą laidą, mažą jungtį ir laikote trumpus laidus, galite viską sugrąžinti į dėklą, jei norite, ir instrumentas atrodo nepakeistas. Scottas taip pat sukūrė programinę įrangą, skirtą sąsajai su šiuo įrenginiu. Jis naudojo šį dokumentą, jei norite išsamesnės informacijos. Viskas! Dabar turite IR temperatūros jutiklį, kuris veiks nuo -33 iki 250 C.

2 žingsnis: programinė įranga valdymui

Kaip naudinga, IR temperatūros jutiklis yra tik sistemos dalis. Norint valdyti temperatūrą, reikalingi trys elementai: šilumos šaltinis, temperatūros jutiklis ir valdiklis, galintis nuskaityti jutiklį ir valdyti šilumos šaltinį. Mūsų atveju kaitvietė yra šilumos šaltinis, IR temperatūros jutiklis (pakeistas paskutiniame etape) yra mūsų jutiklis, o „Ard/Free-duino“, kuriame veikia atitinkama programinė įranga. Visą „Instructable“programinę įrangą galima atsisiųsti kaip „Arduino“paketą ir kaip apdorojimo paketą.

Atsisiųskite failą IR_PID_Ard.zip. Išpakuokite jį savo „Arduino“kataloge (dažniausiai „Mano dokumentai“/„Arduino“). Atsisiųskite failą PID_Plotter.zip. Išpakuokite jį savo apdorojimo kataloge (paprastai Mano dokumentai/apdorojimas). Dabar failai bus prieinami atitinkamose eskizų knygelėse.

Programinę įrangą, kurią naudosime, iš pradžių parašė Timas Hirzelis. Jis modifikuojamas pridedant sąsają prie IR jutiklio (pateikė Scott Dixon). Programinė įranga įgyvendina valdymo algoritmą, žinomą kaip PID algoritmas. PID reiškia proporcinį - integralų - išvestinį ir yra standartinis algoritmas, naudojamas pramoniniam temperatūros valdymui. Šis algoritmas aprašytas puikiame Tim Wescott straipsnyje, kuriuo Timas Hirzelis grindė savo programinę įrangą. Straipsnį skaitykite čia.

Norėdami sureguliuoti algoritmą (apie tai skaitykite minėtame straipsnyje) ir pakeisti tikslinės temperatūros nustatymus, naudosime apdorojimo eskizą, kurį taip pat sukūrė Timas Hirzelis. Jis buvo sukurtas kavos pupelėms skrudinti (dar viena temperatūros kontrolės programa) ir buvo vadinamas „Bare Bones Coffee Controller“arba BBCC. Be pavadinimo, jis puikiai tinka lituoti ant paviršiaus. Čia galite atsisiųsti originalią versiją.

Programinės įrangos modifikavimas

Toliau darau prielaidą, kad esate susipažinęs su „Arduino“ir „Processing“. Jei nesate, tuomet turėtumėte eiti per pamokas, kol viskas pradės prasmę. Būtinai paskelbkite komentarus šioje instrukcijoje ir aš pabandysiu jums padėti.

PID valdiklis turi būti pakeistas jūsų „Arduino“/„Freeduino“. Laikrodžio linija iš IR jutiklio turi būti pritvirtinta prie pertraukimo kaiščio. „Arduino“tai gali būti 1 arba 0. Įvairių rūšių „Freeduinos“galite naudoti bet kokius galimus pertraukimus. Prijunkite duomenų liniją nuo jutiklio prie kito netoliese esančio kaiščio (pvz., D0 arba D1 ar kito jūsų pasirinkto kaiščio). Valdymo linija prie kaitlentės gali būti iš bet kurio skaitmeninio kaiščio. Savo konkrečiame Freeduino klone (aprašykite čia) aš naudoju D1 ir susijusį pertraukimą (1) laikrodžiui, D0 duomenims ir B4 valdymo linijai prie kaitlentės.

Atsisiuntę programinę įrangą, paleiskite „Arduino“aplinką ir meniu Failas/eskizų knyga atidarykite IR_PID. Skirtuke pwm galite apibrėžti HEAT_RELAY_PIN, atitinkantį jūsų „Arduino“ar „Freeduino“variantą. Skirtuke temp padarykite tą patį su IR_CLK PIN, IR_DATA PIN ir IR_INT. Turėtumėte būti pasirengę kompiliuoti ir atsisiųsti.

Panašiai paleiskite apdorojimo aplinką ir atidarykite PID_Plotter eskizą. Sureguliuokite BAUDRATE teisingą vertę ir būtinai nustatykite Serial.list () [1] naudojamą indeksą į teisingą jūsų sistemos vertę (mano prievadas yra 1 indeksas).

3 žingsnis: visa tai užkabinkite

Šildymo plokštės kintamosios srovės valdymo sistema išsamiai aprašyta jau minėtame „Extreme Surface Mount Soldering Instructable“, arba galite nusipirkti savo SSR (kietojo kūno relę). Įsitikinkite, kad jis gali pakankamai įveikti kaitinimo plokštės apkrovą, tarkime, nuo 20 iki 40 vatų galios, nes kinų atlikti bandymai gali palikti ką nors norimo. Jei naudojate kaitinimo plokštės kintamosios srovės valdiklį iš mano „Instructable“, tada paleiskite trumpiklį nuo rezistoriaus, esančio valdymo įvestyje, į žemę „Ard“/„Free-duino“ir trumpiklį nuo valdymo išvesties (B4, arba bet ką, ką pasirinkote) iki valdymo signalo Įvestis. Žiūrėkite valdiklio paveikslėlį. Geltonas trumpiklis yra valdymo signalo įvestis, o žalias - ant žemės. Man patinka naudoti mirksėjimo lemputę (su rezistoriumi įžeminta) ant išvesties kaiščio, todėl žinau, kada ji įjungta. Prijunkite trumpiklį tarp šviesos diodo ir prievado, kaip parodyta. Žr. „Teensy ++“prijungimo schemą.

Dabar sumontuokite atramą, kad laikytumėte IR temperatūros jutiklį virš kaitvietės. Nuotraukoje parodyta, ką aš padariau. Paprasta, bet tvirta taisyklė. Nuo kaitlentės laikykite viską, kas yra degi; jutiklis yra plastikinis ir atrodo gerai 3 colius virš plokštės paviršiaus. Perveskite laidus nuo jutiklio jungties iki atitinkamų „Ard/Free-duino“kaiščių. IR jutiklio jungtys parodytos „Teensy ++“prijungimo diagramoje. Pritaikykite juos pagal poreikį savo „Ard“/„Free-duino“.

Svarbi saugos pastaba: IR jutiklis turi rodyklę, kuri padeda jį nukreipti. Jei turite tokių kačių kaip mano, jos mėgsta persekioti rodomą rodyklę. Taigi uždenkite šviesos diodą nepermatoma juosta, kad jūsų katės nešokinėtų ant kaitvietės, kai ją naudojate.

Prieš prijungdami kaitlentės kintamosios srovės valdiklį prie 120 V, štai kaip išbandyti sistemą ir nustatyti pradines tikslines temperatūros vertes. Siūlau 20 C tikslinę temperatūrą, kad šildymas prasidėtų ne iš karto. Šios vertės bus saugomos EEPROM ir bus naudojamos kitą kartą, todėl, kai baigsite litavimo seansą, įsitikinkite, kad visada laikote žemą vertę kaip tikslinę temperatūrą. Manau, kad gera idėja paleisti temperatūros reguliatorių, kai kaitlentė išjungta. Prieš prijungdami, įsitikinkite, kad viskas veikia.

Prijunkite nuoseklųjį prievadą prie „Arduino“ir įjunkite. Sudarykite „Arduino“eskizą ir atsisiųskite jį. Pradėkite apdorojimo eskizą, kad galėtumėte sąveikauti su valdikliu ir parodyti rezultatus. Kartais „Arduino“eskizas nebus sinchronizuojamas su apdorojimo eskizu. Kai tai atsitiks, apdorojimo eskizo konsolės lange pamatysite pranešimą „Nėra atnaujinimo“. Tiesiog sustabdykite ir iš naujo paleiskite apdorojimo eskizą ir viskas turėtų būti gerai. Jei ne, pažvelkite į žemiau esantį skyrių Trikčių šalinimas.

Čia yra valdiklio komandos. „Delta“yra suma, kurią parametras pakeis, kai bus nurodyta. Pirmiausia nustatykite norimą naudoti delta vertę. Tada sureguliuokite norimą parametrą naudodami tą delta. Pavyzdžiui, naudokite + ir -, kad padarytumėte delta 10. Tada naudokite T (didžioji raidė „T“), kad padidintumėte tikslinę temperatūros nuostatą 10 laipsnių C, arba t (mažoji raidė „t“), kad sumažintumėte tikslinę temperatūrą 10 laipsnių.. Komandos:

+/-: sureguliuoti trikampį dešimt kartų P/p: aukštyn/žemyn koreguoti p padidėjimą delta I/i: aukštyn/žemyn reguliuoti i padidėjimą delta D/d: aukštyn/žemyn koreguoti d padidėjimą delta T/t: aukštyn/žemyn reguliuoti nustatytą temperatūrą delta h: įjungti ir išjungti pagalbos ekraną R: iš naujo nustatyti vertes - darykite tai pirmą kartą paleisdami valdiklį

Kai gausite temperatūros atnaujinimus, eskizo grafinis langas turėtų atrodyti kaip paveikslėlyje. Jei ekrane rodoma didelė pilka sritis ir aprašytos kai kurios komandos, tiesiog įveskite „h“, kad ją išvalytumėte. Kai pirmą kartą paleidžiate, jūsų gali būti paprašyta iš naujo nustatyti pradines vertes. Pirmyn ir daryk tai. Viršutiniame dešiniajame kampe esančios vertės yra dabartiniai rodmenys ir nustatymai. „Tikslas“yra dabartinė tikslinė temperatūra ir pakeičiama „t“komanda, kaip aprašyta aukščiau. „Curr“yra dabartinė jutiklio rodmenys. „P“, „I“ir „D“yra PID valdymo algoritmo parametrai. Norėdami juos pakeisti, naudokite komandas „p“, „i“ir „d“. Akimirksniu aptarsiu juos. „Pow“yra maitinimo komanda iš PID valdiklio į kaitvietę. Tai vertė nuo 0 (visada išjungta) iki 1000 (visada įjungta).

Jei pakišate ranką po jutikliu, turėtumėte pamatyti, kaip temperatūros (Curr) rodmuo šokteli aukštyn. Jei dabar padidinsite tikslinę temperatūrą, pamatysite galios (Pow) vertės padidėjimą ir išvesties lemputė mirksės. Padidinkite tikslinę temperatūrą, o išėjimo lemputė ilgiau degs. Kai kaitlentė prijungta ir veikia, padidinus tikslinę temperatūrą, kaitvietė įsijungs. Esamai temperatūrai priartėjus prie tikslinės temperatūros, įjungimo laikas sutrumpės, kad būtų pasiekta tikslinė temperatūra su minimaliu fotografavimu. Tada reikiamo laiko pakaks norimai temperatūrai palaikyti.

Štai kaip nustatyti PID algoritmo parametrus. Galite pradėti nuo mano naudojamų verčių. P 40, I 0,1 ir D 100. Mano sistema 50C žingsnį atliks maždaug per 30 sekundžių, kai perviršis bus mažesnis nei 5 laipsniai. Jei jūsų sistema veikia žymiai kitaip, norėsite ją sureguliuoti. PID valdiklio derinimas gali būti sudėtingas, tačiau aukščiau nurodytame straipsnyje paaiškinta, kaip tai padaryti labai efektyviai.

Dabar atėjo laikas tikram dalykui. Prijunkite kaitlentę prie kaitlentės kintamosios srovės valdiklio, kaip aprašyta skyriuje „Extreme Surface Mount Litation“. Būtinai perskaitykite visus ten esančius įspėjimus. Padėkite temperatūros jutiklį taip, kad jis būtų maždaug 3 colius virš kaitvietės ir nukreiptų tiesiai į jį. Įjunkite „Ard“/„Free-duino“. Įsitikinkite, kad visos jungtys yra teisingos ir ar jūsų programinė įranga (PID valdiklis ir stebėjimo programa) veikia tinkamai. Pradėkite nustatydami tikslinę temperatūrą iki 20 C. Tada padidinkite tikslinę temperatūrą iki 40 C. Įkaitimo plokštė turi įsijungti ir temperatūra turi sklandžiai pakilti iki 40 ° C +/- 2 C. Dabar galite pabandyti padidinti temperatūrą stebėdami veikimą jūsų sistemos. Pastebėsite, kad lėkštė atvėsta daug ilgiau, nei įkaista.

Problemų sprendimas

Jei apdorojimo eskizas neveikia arba neatnaujina temperatūros, sustabdykite apdorojimo eskizą ir paleiskite nuoseklųjį terminalą (pvz., „Hyperterminal“sistemoje „Windows“). Bakstelėkite tarpo klavišą ir paspauskite grįžti. „Arduino“turėtų reaguoti į esamą temperatūros rodmenį. Koreguokite duomenų perdavimo spartos nustatymus ir pan., Kol gausite norimą atsakymą. Kai tai pavyks, turėtų būti paleistas apdorojimo eskizas. Jei vis tiek kyla problemų, įsitikinkite, kad kaiščių priskyrimas atitinka jūsų fizinius laidus ir ar prijungėte maitinimą ir įžeminimą prie atitinkamų temperatūros jutiklio kaiščių.

4 žingsnis: Lituoti ant paviršiaus

Naudojant šioje instrukcijoje aprašytą temperatūros reguliavimo sistemą, „Extreme Surface Mount“litavimas pagerinamas dviem būdais. Pirma, temperatūros valdymas yra tikslesnis ir žymiai greitesnis. Taigi, užuot lėtai pakilę nuo maždaug 120 ° C iki 180 ° C per 6 minutes, galime greitai pakilti iki 180 ° C, palaikyti 2½–3 minutes ir greitai per minutę pakilti iki 220–240 ° C. Mes vis dar turime stebėti momentą, kai lydmetalis teka, ir išjungti maitinimą arba tiesiog greitai sumažinti tikslinę temperatūrą. Kadangi temperatūra krenta labai lėtai, aš paprastai nuleidžiu savo grandines nuo kaitlentės, kai tik temperatūra nukrinta žemiau 210C. Padėkite juos ant perforatoriaus ar medžio, o ne metalo. Dėl metalo jie gali per greitai atvėsti. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad norint, kad plokštė būtų pakankamai įkaitusi tam tikrose vietose, gali tekti pakelti tikslinę temperatūrą daugiau nei 250 ° C (maksimali jutiklio nuskaityta temperatūra). Plokštė nepasieks vienos temperatūros visame paviršiuje, tačiau tam tikrose vietose ji bus vėsesnė nei kitos. Tai sužinosite eksperimentuodami.

Antroji tobulinimo sritis yra laiko tarp litavimo ciklų sutrumpinimas. Naudojant atviros kilpos sistemą, reikėjo palaukti, kol kaitlentė atvės iki kambario temperatūros (apie 20 ° C), kad pradėčiau naują litavimo ciklą. Jei to nepadaryčiau, temperatūros ciklas nebūtų teisingas (pradinių sąlygų pasikeitimas). Dabar man reikia tik palaukti, kol temperatūra bus stabili apie 100 ° C, ir galėsiu pradėti naują ciklą.

Temperatūros ciklas, kurį dabar naudoju, yra numanomas aukščiau, bet čia jis yra tiksliai. Pradėkite nuo 100C. Padėkite lentas ant kaitvietės dvi ar tris minutes, kad sušiltų - ilgiau su dideliais komponentais. Nustatykite tikslinę temperatūrą iki 180C. Ši temperatūra pasiekiama per mažiau nei minutę. Palaikykite čia 2½ minutės. Nustatykite tikslą iki 250C. Kai tik visas lydmetalis tekės, sumažinkite tikslinę temperatūrą iki maždaug 100 ° C. Jūsų lėkštės temperatūra išliks aukšta. Kai tik temperatūra nukris iki 210 ° C arba praeis 1 minutė, nuleiskite plokštes nuo kaitlentės ant aušinimo platformos iš perforatoriaus ar medžio. Litavimas atliekamas.

Jei norite naudoti kitokį temperatūros profilį, jums neturėtų būti sunku tai pasiekti naudojant šią valdymo sistemą.

Galbūt norėsite eksperimentuoti su temperatūros jutiklio padėtimi virš kaitvietės. Radau, kad ne visos kaitvietės sritys vienu metu pasiekia tą pačią temperatūrą. Taigi, priklausomai nuo to, kur pastatysite jutiklį, faktinis laikas ir temperatūra, reikalinga lituoklio srautui, gali skirtis. Sukūrę receptą, pakartokite rezultatus naudodami tą pačią jutiklio padėtį.

Laimingo litavimo!