用平底锅和 Arduino 自制回流焊接台

MAKER:ThomasVDD/译:趣无尽 Cherry(转载请注明出处)

焊接微小的SMD元件是很具有挑战的,但这个过程也是可以自动完成的。 它可以通过在(回流)烤箱或电热板上(就像厨房中的烹饪板一样)填加焊膏并将其烘烤完成。 在网络上,我见过很多DIY回流炉的,在我看来它们都有一个很大的缺点——它们都太占空间。 因此,我决定打造一个迷你款的电炉。
此款加热台是完全可以编程的,可以添加任何回流物件, 回流过程完全自动化。让我们一起来建造吧!

步骤1:所需的零件和工具




零件部分

  • 加热盘 × 1
  • 固体继电器(SSR) × 1
  • 电源线 × 1
  • USB电源插头 × 1
  • LCD × 1
  • 洞洞板 × 1
  • Arduino nano × 1
  • 排母 × 若干
  • K型热电偶 + MAX 6675功率放大器 × 1
  • 按钮 × 1
  • USB转mini USB线 × 1

所需工具

  • 线夹 × 若干
  • 木胶水 × 1
  • 激光切割机 × 1
  • 钻头 × 若干
  • 烙铁 × 1

步骤2:电炉的制作



这款回流焊接电炉有两种制作方法,怎么选择完全取决于你的电炉。 第一个选择是修改现有的外壳,如果它足够大可以容纳SSR、LCD等,就可以。但是如果像我做的这一款没有足够的空间,就不得不设计一个新的电炉。

此款电炉是由中密度纤维板(MDF)激光切割制成。由于活动铰链,这种设计只能在激光切割机上进行,MDF上的小切口使其能够弯曲。这些做好的小部件可以像拼图一样粘在一起,只需使用足够的夹子即可。最后用加热板固定到位(我的底部用螺丝固定)。
另外需要钻一些额外的孔:一个用于电源线,一个用于按钮,另一个用于LCD。 然后将LCD与按钮一起安装到位。

热电偶应牢固地按压在加热板上。 钻一个洞并让热电偶穿过。 接下来,它应该按压在MDF上。 我使用了一个小锡条,但你也可以使用胶带或拉链(在热电偶孔旁边钻两个孔,然后穿过它们将拉链穿过)。

需要注意的事情:你可能认为将MDF与250°C的加热台组合起来是个不错的主意。 一般情况不是这样,但我已经这样做了,并不是很危险。
MDF部件只接触电炉底板,它比电炉顶部温度要低的多(最高60°C)。 另外,MDF和加热台之间还间隔一小段空隙。 由于空气是一种非常好的绝缘体,MDF根本不会升温,更不用说着火了。 此外,高温只会维持几分钟,因此底部永远不会达到与顶部相同的温度(永远不会达到稳定状态)。
我添加了Fusion 360文件,以便你可以根据自己的需求进行调整。在调整你自己设计的电炉时,请牢记上述警告。文件在本项目文件库可下载。

步骤3:添加电路部分





添加电子部分非常简单,我们只需要连接一些模块。Arduino从热电偶获取温度,其信号由MAX6675放大,然后在LCD上显示温度,并根据需要切换固态继电器(SSR)。所有一切都在图表中显示。

低压部分
由于它们并不耗电,我们可以简单地将所有东西连接到Arduino引脚,并配置所需的电源和接地引脚。
由于空间限制,它并没有像我想象中的那样整洁。我将所有东西都安装在一块小板上,焊接在LCD屏幕的背面。用一些双面胶带将MAX6675粘在背面。
Arduino通过mini USB端口供电,所以我们通过USB电缆将它连接到电源。 在开始下一步之前,建议先做测试。

高压部分
现在我们可以连接电炉了。由于这是市电接线,所以我们应该非常小心!

a.如果出现任何问题,我们应该断开电炉防止触电。 剥离电源线并将黄色/绿色接地线牢固地固定到外壳上。
b.我们将通过SSR将加热台两个端口连接到电源。 将火线(颜色代码取决于你所在的国家/地区)连接到SSR的一侧。 通过短导线将SSR的另一侧连接到加热台(与电源电缆相同的仪表/直径)。 加热台的另一端连接中性线。
在将加热台安装到外壳上之前,我添加了一个接线图。
c.连接电源适配器:将火线连接到一个终端,中性线连接到另一个终端。

步骤4:编程



编程是把一个普通的锅变成智能回流炉的过程。它能够使我们精确控制温度并添加自定义回流曲线。

回流曲线
回流焊并不像打开加热器那样简单,需要等待,然后再次关闭。 温度需要遵循特定的曲线,即所谓的回流曲线。 点击这里你可以了解更多,或者在互联网上的其他地方查询。

该代码包含了多个配置文件以满足不同的需求(主要是含铅或无铅焊料)。 通过简单的按钮来切换它们。它们被添加在Times_profile和Temps_profile中,它们都是4列矢量。 第一列用于预热阶段,第二列用于浸泡阶段,然后上升并最终回流阶段。

控制加热台
跟随这个轨迹来驱动加热台并不是理所当然的。这背后的科学原理被称为控制理论。我们可以在这里深入研究并设计出完美的控制器,但我们会尽可能保持简单,同时保证良好的效果。我们系统的输入是SSR,它打开或关闭,输出的是温度,我们可以测量。通过打开或关闭SSR,基于这个温度反馈,我们就可以控制温度。我会尽可能直观地描述这个过程,并解释如何描述特定的加热台来编码。

我们都知道,打开加热器时,它不会立即变热。开启(动作)和变热(反应)之间有一段延迟。所以当我们想要达到250°C的温度时,我们应该在此之前关闭电炉。可以通过打开加热台并测量打开之间的时间和温度变化来测量延迟。假设延迟是20秒。填入变量“timeDelay”。

另一种方法如下:如果我们在250°C时关闭加热器,它将达到一个更高的值,例如270°C,然后开始稍微降温。在这种情况下温度差为20°C。 填入变量“overShoot”。

总结:要想达到250°C,我们在230°C时就关闭电炉,并等待20秒让电炉达到这个温度。
当温度下降后,电炉应再次打开。 等待20°C的温度下降的结果不太确定,因此使用不同的阈值。 这称为滞后控制(打开和关闭不同的值)。 最多加热10秒来维持温度。

测量
为了验证控制器,我通过 Putty 将数据记录到了Excel文件中。 正如你所看到的,所产生的回流曲线数据很全面。使用便宜的电炒锅就可以啦!

步骤5:测试和享受成果



Done!现在我们已经把一个旧锅变成了回流焊接炉!
插上回流焊炉,选择回流曲线并让机器完成工作。几分钟后,焊料开始熔化并将所有组件焊接到位。在触摸它之前,确保所有东西都冷却下来。或者,它也可以用作预热器,这对于超大面积的电路板来说也非常的方便。

我希望你喜欢这个项目,并找到灵感来制作类似的东西!

本项目所需的资源可在项目文件库中找到:
http://maker.quwj.com/project/50
via

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