Ик паяльная станция на arduino. общие вопросы.

На стенде проведена серия тестов по вычислению зависимости температуры стабилизации на поверхности ТЭНов при подаче фиксированных значений мощности. Условия тестов, а также результаты для каждого теста из серии, приведены в архиве.
@geleos27 построил итоговую картину, почти линейное изменение получилось, но важно учесть, что это только до 20% мощности проверено, т.е. 1/5 диапазона. Мы, для попадания в профиль, специально делаем профиль нелинейным с помощью этапа преднагрев НИ фикс. мощностью (есть в ветке v1.3.x) и далее через ПИД. Тесты показали, что 20% способны разогреть плату, в месте пайки, на датчике у чипа, до 195°С, но! Сколько времени на это ушло!? Вот и делаем мы форсаж вначале, где нужно выиграть время, а затем с помощью ПИД пытаемся попасть в график .

 

Провёл тестирование очередной версии скетча ветки v1.3.x в режиме пайка по профилю. Профиль, конечно импровизированный, ВИ не настраивался почти, однако визуализация тестов будет полезна для развития контроллеров и устранения замеченных недочётов.
Параметры тестов сведены в таблицу.
1.

2.

3.

4.

5.

параметры:

 

Попытался использовать в ветке v1.3.x рампу для НИ так, как это реализовано у @SNMar4enko в редакции @Dmitrysh -

Но, что-то недоглядел, и по итогам первых тестов получил явное кратное превышение рампы над заданным значением для неё в меню.
Прошу подсказок, как исправить.

 

Ещё одна неудача пока с введением в ветку v1.3.x рампы НИ по версии от @Dmitrysh. Здесь меню изменено соответствующим образом, можно в меню задавать длительность "полочки" на уставке НИ, есть возможность добавить температуру НИ "горячими клавишами", после выхода его на уставку, Столкнулся с тем, что при заданной уставке НИ в 300°С, контроллер ведёт нагрев до ~225°С и резко отключает нагрев НИ, хотя ещё продолжает находиться в режиме пайки ... Наверчено, конечно . В начале скетча немного пояснений есть. Так же прошу подсказок.

 

В наших проектах пока не используются OLED-дисплеи. Для тех, кто всё же интересуется интеграцией таких дисплеев, предлагаю посмотреть видео с прототипом меню.

Спойлер: Создание меню на OLED-дисплее и трёх кнопках.

 

Собственно, откуда появилась у меня мысль ввести рампу для НИ в ветку v1.3.x?
Результаты тестов моей стендовой сборки станции с керамическими ТЭНами в НИ, показали, что классический ПИД (таки действительно! ) сначала жарит на максимальной мощности (точнее - ограниченном максимуме, заданном в меню) на П-составляющей, и лишь при приближении к заданной температуре уставки (удержания), в дело вступают составляющие И и Д.
Это на керамических излучателях проявляется в виде существенного перебега температуры под центром платы, относительно заданной в меню. По мере приближения к уставке, под центром платы температура не спеша снижается. Однако, при расположенном НА ПЛАТЕ СКРАЮ датчике НИ, разница температур между нижней и верхней плоскостью платы оказывается недопустимо большой, в момент достижения уставки по данным датчика НИ, в центре на плате иногда переваливало за температуру плавления бессинцовых припоев...
Выход тут видится один - снижать и постоянно мониторить скорость роста температуры НИ - т.е. введение рампы для НИ.
Если посмотреть на конструкции промышленных станций, старых моделей и дешевого сегмента китайских производителей, то там часто, при достаточно слабых НИ, платы фиксируют очень высоко над ними, и иногда ещё и стеклокерамику ставят между ТЭНами и платой. Можно предположить, что таким способом производители стараются отсечь конвекцию в попытке использовать максимально ИК-составляющую излучения.
Теоретически, это может работать - сам видел цех, в котором нет общего отопления из-за мощной вентиляции, но сотрудники-операторы работают в белых халатах и не мерзнут зимой, т.к. за спиной каждого оператора, на расстоянии в пару метров установлена стойка с кварцевым обогревателем. Такой обогреватель не греет воздух - я свободно ходил между ним и креслом оператора и тепло чувствовалось только при попадании света от обогревателя на открытые участки тела.
Почему же я обратил внимание именно на рампу? Физика утверждает, что

Иными словами, при увеличении расстояния от излучателя в 2 раза, интенсивность излучения уменьшится в 4 раза.
Что-то внутри меня выступает против использования электроплитки на 2,6 кВт для нагрева стакана с водой на расстоянии в 10 см от этой плитки...
Тут озадачиваешься поиском более энергоэффективных решений и материалов!
Предлагаю порассуждать на эту тему.

 

Напомню снова о реализации станции на основе arduino UNO/NANO и дисплея LCD 2004 (без i2c), которую создал, в том числе и после моих приглашений его в наши темы, автор сайта и ютуб-канала RadioTexnik.

Спойлер: ссылка на его материалы.

https://radio-tehnik.ru/arduino-bga-station/

Версия 2.1 получила новые возможности и меню можно теперь выбрать дефайном для 4-строчного, или же для 2-строчного дисплея.
Возможно, кому-то его идеи помогут определиться в возникающих по мере постройки собственной станции вопросах.
Если у вас есть материалы, или ссылки, по теме управления ИК станцией с помощью доступных микроконтроллеров AVR, не важно, русскоязычные это ресурсы, или нет, прошу всех постить их в этой теме, польза будет для всего сообщества, к тому же, собрание материалов в одном месте сильно экономит время потенциальных станциестроителей и участников нашего форума!

 

Участники наверняка помнят статью hominidae "Самодельная инфракрасная паяльная станция. Бюджетный ремонт ноутбука своими руками.".
Именно на основе кода ПО на Delphi из этой статьи, @Dmitrysh написал программу irsp, которая не только строит графики температура/время, выводит текущие мощности в своем окне и сохраняет лог профиля по закрытии своего окна, но и позволяет управлять станцией с ПК при использовании с его версиями скетчей. У версии станции из статьи hominidae нашлось довольно много последователей, среди них, кстати, и известный видеоблогер Mafiya67.
Недавно наткнулся на ещё одно видео с версией такой станции на канале Time To Repair [TTR]. Обратите внимание на используемый автором видео микроконтроллер. Также автор видео ссылается на идею реализации штатива для ВИ от не менее известного видеоблогера Виктора.

 

Про оборудование бесконтактной пайки длинноволновым тепловым излучением, используемое Виктором (VIK-on, VIK-off) распишу ещё несколько строчек. Думаю, упрекнуть Виктора в непрофессионализме, не так просто .
В первой версии для управления ВИ использовалась связка "REX-C100 + симисторный китайский регулятор + китайский черный керамический квадрат 80*80 450W". Вторая версия уже освободилась от мозгов, обретя одежду и поводок.
Ещё в 2014 году у меня была постоянно в работе подобная конфигурация станции, положившей начало моим экспериментам в этой области...
Жаль, что SashaTX удалил видео о внутреннем мире его станции и не смог заново их опубликовать, там отличие лишь в использовании линейных галогенок под стеклокерамикой и капсульных галогенок в верхнем излучателе, также под стеклокерамикой. Контроль за температурой у чипа производился визуально-ручным способом при помощи китайского цифрового термометра с выносной термопарой K-Type, либо с помощью китайского мультиметра М838 в режиме измерения температуры.
На данный момент моя старушка вновь обрела первозданный вид в силу разных обстоятельств. Управление четырьмя керамическими 240*60 650W черными нагревателями, коммутируемыми посредством клавишных переключателей по схеме "0, 2 центр., дальний + 2 центр., ближний + 2 центр., дальний + 2 центр. + ближний", производит REX-C700. Термопара свободно перемещается в нужную область станции. Верхний излучатель из кварцевых трубок управляется симисторным регулятором, расположенным на одной плате с самодельным аналогом твердотельного реле. Ручка потенциометра регулятора выведена на переднюю панель станции, там же находятся переключатели секций НИ, панель управления REX-C700 и провод термодатчика. Схему и рисунок печатной платы силового модуля прилагаю, в качестве охладителя был использован радиатор со штатным кулером для процессоров AMD на сокете АМ2, впоследствии вентилятор, и схема управления его оборотами в зависимости от температуры, был убран за ненадобностью, схема регулятора прилагается, термистор взят из мертвого компьютерного бп.

 

REX-C700 имеет на борту две настраиваемые функции тревоги, с выходом на электромагнитные реле. Это позволило, на очередном этапе, модифицировать управление верхним излучателем, как это предложил участник тем про самодельные станции на rom.by и monitor.espec.ws, с ником @Krievs. По его же предложению была реализована пауза для НИ - в момент, когда срабатывает первая тревога в REX-C700, включается реле времени с регулируемой выдержкой до 60 секунд, которое разрывает цепь между основным управляющим выходом REX-C700 и его каналом силовой платы. Такая пауза благотворно сказывается на характеристике разогрева платы, т.к. инерционные керамические нагреватели при управлении ПИД по классике, т.е. "нагреть любой ценой и держать", в начале роста температуры получают слишком большой импульс, тормозить который нечем. Одновременно с паузой включается первая ступень разогрева ВИ - разогрева малой мощностью. Немного подробнее об алгоритме работы можно посмотреть в файле.
В таком виде станция была настроена, некоторое время эксплуатировалась, а затем я её продал парням ремонтникам. Блок-схема усовершенствованного варианта станции представлена на фото. Спустя несколько лет они мне эту станцию, со своими переделками, подарили, закрыв мастерскую, а я её разобрал и долгое время не использовал, лишь недавно она стала испытательным стендом для веток v1.3.x и v1.4.

P.S.: У меня, почему-то, файл "фрагмент.pdf" скачивается всегда без расширения ".pdf". То же самое происходит, если этот файл я прикрепляю в zip-архиве. Проблема решается самостоятельным добавлением расширения ".pdf" к скачанному файлу.

 

Фото станции и держателя плат в теперешнем виде. Ручку регулятора кошки заиграли, ищем её теперь вместе

 

@ESP32IsMyLife Приветствую! Отличная идея! В данный момент экспериментами с ESP занимается уважаемый @Watashi .
Одним из векторов экспериментов может стать и перенос его имеющегося проекта на платформу ESP32 и, если управление с тремя датчиками его всё же заинтересует, то попытка создать новый проект по мотивам @geleos27 . Напомню, у @geleos27 проект, на момент создания, был вполне успешной попыткой сотворить систему управления, схожую с оной у известной и популярной станции Российского производства, контроллер не был оснащён дисплеем и управление полностью было задумано с ПК (для начала). На ютуб-канале @Watashi вы могли видеть, что он использовал собственное приложение для android-смартфона. Также приложение для android-смартфона написал и @JagerLipton . Так что задел есть!

 

Подобный эксперимент, только для ВИ, с замерами возле чипа, я описывал ранее. А ссылки на расчеты расстояния от нагревателя но нагреваемого объекта, для получения равномерного поля нагрева, приводил немного позже.

У Андрея Железнякова интересный фазовый регулятор есть.
Вот два видео его: Первое и Второе.
Андрей не поделился программой для ПК, но скетч на Github доступен по ссылке под вторым видео.

Вообще же, для компенсации локального перегрева под центром платы можно использовать такое расположение нагревательных элементов, при котором под центром платы их не будет, например, что-то подобное реализовано в некоторых промышленных станциях (Scotle HR 460C, Jovy Systems Jetronix-Eco, ACHI IR12000). А можно вообще, вот так, как arturSS Polevoy поступить .