Контроллер паяльника Hakko 907 — DIY блок питания на Arduino с LED-дисплеем

Компоненты и материалы

Паяльник Hakko 907	×1
Блок питания 24В	×1
DC-DC преобразователь	×1
Arduino Nano R3	×1
Контроллер LED-матрицы MAX7219	×1
Конденсатор 10 мкФ	×1
Конденсатор 100 нФ	×4
Зуммер	×1
Резистор 50 кОм	×1
Резистор 1 кОм	×1
Резистор 100 Ом	×2
Резистор 10 кОм	×1
Резистор 2.21 кОм	×1
МОП-транзистор IRFZ44N	×1
Ротационный энкодер с кнопкой	×1
LED-шкала с 10 красными светодиодами	×1
7-сегментный LED-индикатор	×1
Ферритовое кольцо	×1
Диод 1N5408	×1
Авиационный разъем GX16-5 (5-контактный, 16мм)	×1
Провода DuPont (female-female)	×1

Необходимые инструменты

• Паяльник (обычный)

Программное обеспечение и онлайн-сервисы

• Arduino IDE

О проекте

Заявление об отказе от ответственности

Это вторая версия программного обеспечения контроллера. Исправлены некоторые ошибки, добавлено новое меню. Этот контроллер больше не поддерживается. Для тех, кто собирается строить собственный контроллер паяльной станции с нуля, настоятельно рекомендуется собрать другую версию, доступную здесь. Если вы собрали контроллер по первой версии этой статьи, обновите прошивку. После обновления необходимо повторно выполнить процедуру калибровки.

От идеи к реализации

В поисках интересных проектов в интернете я наткнулся на самодельную паяльную станцию. Проект был хорошо документирован, не слишком сложен и очень полезен. Я использовал обычный паяльник без контроллера и не мог представить разницу. Так возникла идея создать собственный контроллер, чтобы испытать её на практике.

Первая проблема — разъем на ручке паяльника. Он был настолько редким, что я не нашел подходящего гнезда, поэтому использовал авиационный разъем GX16-5, указанный в списке компонентов. Получив все детали, я приступил к сборке.

Ключевые особенности контроллера

• Реализован ПИД-регулятор для поддержания температуры. Паяльник нагревается за ~30 секунд и удерживает температуру с точностью ±3°C.
• Контроллер сохраняет температуру при интенсивной работе благодаря чувствительному ПИД-алгоритму, быстро увеличивающему мощность.
• Два режима работы: поддержание температуры и поддержание постоянной мощности.
• Ускоренный ротационный энкодер: медленное вращение меняет температуру на 1°C, быстрое — на 5°C.
• Температура сохраняется в EEPROM Arduino после использования, если настройки менялись.
• В EEPROM хранятся две пользовательские настройки: яркость дисплея и единицы измерения (°C/°F).
• Реализовано кольцевое буферизирование записей в EEPROM для увеличения ресурса перезаписи.
• Режим калибровки помогает настроить переменный резистор и откалибровать температуру.

Меню контроллера

Контроллер имеет несколько режимов:

• Режим ожидания (Standby)
• Основной рабочий режим (поддержание температуры)
• Режим мощности (поддержание постоянной мощности)
• Режим настройки (Setup)
• Режим калибровки (Tune)

Режим ожидания

При включении активируется режим ожидания. Паяльник выключен, на дисплее «OFF». Иногда отображается заданная температура (символ «t.»). Температуру можно менять энкодером. Если паяльник использовался ранее, индикатор анимирует процесс остывания, а LED-шкала показывает остаточный тепловой запас. Когда паяльник остывает, появляется сообщение «C0Ld».

Основной рабочий режим

Короткое нажатие энкодера включает паяльник. Контроллер удерживает температуру рядом с заданной. Вращением энкодера меняется уставка. На дисплее чередуются заданная температура («t.») и текущая. LED-шкала показывает подаваемую мощность. Короткое нажатие возвращает в режим ожидания.

Режим мощности

Долгое нажатие энкодера в основном режиме переключает в режим мощности. Энкодером напрямую регулируется мощность. На дисплее — температура паяльника, на шкале — мощность. Долгое нажатие возвращает в основной режим.

Режим настройки

Долгое нажатие в режиме ожидания входит в меню настройки (5 пунктов):

• Единицы температуры («Un. C/F»)
• Яркость дисплея («br. [0-15]»)
• Калибровка паяльника («tunE»)
• Сохранить изменения («APLy»)
• Отменить изменения («CACL»)

Вращение энкодера выбирает пункт, короткое нажатие — редактирует, повторное — подтверждает. Долгое нажатие или выбор «APLy» сохраняет в EEPROM и выходит в ожидание. Через 30 секунд неактивности или выбор «CACL» отменяет изменения.

Изменение схемы считывания датчика

В ручке Hakko 907 используется терморезистор, а не термопара. Поэтому схема измерения температуры изменена:

Сопротивление датчика: ~50 Ом в холодном состоянии, до ~200 Ом при 400°C. Для универсальности используется переменный резистор для настройки усилителя LM358N. Настройка: при горячем паяльнике выходное напряжение должно быть ~4 В (значение АЦП A0 ≈ 700).

Примечание ко второй версии: Усилитель LM358N недостаточно точен, показания могут дрожать. Для новых сборок рекомендуется использовать другую аппаратную версию или заменить усилитель на более точный (AD822, LT1013, LMC6462).

Для упрощения калибровки реализован режим Tune.

Режим калибровки (Tune Mode)

Для калибровки необходим внешний термометр.

В скетче предполагается рабочий диапазон 180–400°C (можно изменить константами). Меню Tune:

• Настройка верхней температуры (верхний квадрат слева)
• Настройка нижней температуры (нижний квадрат слева)
• Запись значений по умолчанию («dEFt»)
• Сохранить калибровку («APLy»)
• Вернуться без изменений («CACL»)

Цифры в первых двух пунктах — показания АЦП для верхней и нижней температур (изначально 0).

Процедура:

1. Активируйте Tune. Контроллер показывает внутренние показания АЦП.
2. Настройте максимальную температуру (400°C). Энкодером регулируйте мощность (начните с максимума для быстрого нагрева, затем снизьте для удержания 400°C по внешнему термометру).
3. Вращением переменного резистора добейтесь показаний ~700–750, затем верните к ~700. Важно: контроллер должен измерять температуру выше максимальной.
4. Короткое нажатие энкодера — переход к настройке минимума (180°C).
5. Снизьте мощность энкодером до удержания 180°C. Долгое нажатие или выбор «APLy» сохраняет калибровку. Контроллер запоминает внутренние значения для 400°C и 180°C для пересчета в °C/°F.

Мелкая схематическая правка нагревательного элемента

Друг предложил добавить индуктивность для защиты конденсаторов блока питания от пиковых токов при включении MOSFET:

L1 — ферритовое кольцо ~2 см диаметром, 12 витков провода 1 мм. Диод 1N5408 отводит энергию дросселя при закрытии MOSFET. Дроссель можно заменить перемычкой.

Заключение

Управляемый паяльник — это удовольствие. Он быстро нагревается и точно держит температуру.

Код

Исходный код контроллера

GitHub репозиторий

Схемы