DIY SMD-ремонтная станция: профессиональный контроллер热风枪 на Arduino

Компоненты и материалы

Компонент	Количество	Примечание
Arduino Pro Mini 328 5V/16MHz	1	Мозг контроллера
LCD 16x2 + I2C-модуль	1	Адрес 0x27
Ротари энкодер с кнопкой	1	Управление
Ручка热风枪 (совместимая с 858D)	1	K-термопара, нагреватель 700Вт 230В, вентилятор 24В
Триак BTA12-600B	1	Управление нагревателем
MOSFET IRFZ44	1	ПWM вентилятора
Операционник MCP602	1	Усилитель термопары
Оптопара MOC3052 (диак)	1	Управление триаком
Оптопара 4N25	1	Синхронизация с сетью
Диодный мост	1	Питание логики
Диод FR107 (быстрый)	1	Снятие питания с нагревателя
Конденсаторы, резисторы, потенциометры, зуммер	-	См. полный список в исходнике

Инструменты и ПО

• Паяльница, припой, флюс, мультиметр, осциллограф (желательно).
• Arduino IDE, Autodesk Eagle (для PCB).
• Библиотеки: CommonControls, Time (Paul Stoffregen), Wire, SPI, EEPROM, Adafruit_GFX, Adafruit_SSD1306 (для I2C LCD — LiquidCrystal_I2C).

О проекте

Контроллер для промышленной熱風槍 (hot air gun) с PID-регулировкой температуры. Использует ручку типа 858D (K-термопара, нагреватель 230В 700Вт, вентилятор 24В). Управление нагревателем — через триак с опторазвязкой (управление количеством полуволн), вентилятор — PWM через MOSFET. Интерфейс: I2C LCD + ротари энкодер.

Принцип работы

• PID-алгоритм вычисляет мощность (кол-во полуволн в секунде) для поддержания заданной температуры.
• Синхронизация с сетью через 4N25 (нулевой переход) — точное управление фазой.
• Энкодер: вращение — уставка температуры/скорости вентилятора; короткое нажатие — переключение параметра; длинное (в выкл. состоянии) — меню настройки.
• Режим работы: ручка в держателе -> выкл. Подняли -> нагрев до уставки -> писк «Ready». Поставили -> выкл нагрева, вентилятор дует до остывания (<50°C) -> писк «Cold».

Меню настройки (Setup mode)

• Calibrate — калибровка по 3 точкам (200, 300, 400°C) с внешним термометром.
• Tune — первичная настройка усилителя термопары: нагреть до 400°C, подстроить 500к потенциометр чтобы ADC ~900.
• Save / Cancel / Reset Config — работа с EEPROM.

Этапы сборки

1. Схемотехника: 3 блока — интерфейс (LCD+энкодер), датчики (термопара+реед-ключ), силовая часть (триак+MOSFET).
2. PCB: схема сложная, рекомендуется заказать PCB (JLCPCB, EasyEDA проект: harws1-1).
3. Прошивка: загрузить скетч (Firmware 1.4) через Arduino IDE (Pro Mini, 5V, 16MHz). Важно: не подключайте к сети 220В во время прошивки! Неизолированное питание вентилятора может убить USB/ноутбук.
4. Настройка (Tune -> Calibrate -> Save).

Код (Firmware 1.4, основные классы)

Полный скетч большой (~1500 строк), доступен на GitHub: ManojBR105/ARDUINO-SMD-REWORK-STATION. Ниже — ключевые фрагменты архитектуры.

Конфигурация (EEPROM)

struct cfg {
  uint32_t calibration; // упакованные 3 точки калибровки (по 10 бит)
  uint16_t temp;        // уставка температуры (внутренние единицы)
  uint8_t fan;          // уставка вентилятора 0-255
  uint8_t off_timeout;  // таймаут автоотключения
};
class CONFIG { /* чтение/запись в EEPROM с контрольной суммой и кольцевым буфером */ };
class HOTGUN_CFG : public CONFIG { /* перевод внутренних единиц <-> °C, калибровка */ };

PID-регулятор

class PID {
  // Итеративная формула: Un = Un-1 + Kp*(Xn-1-Xn) + Ki*(Xs-Xn) + Kd*(Xn-2+Xn-2*Xn-1)
  // Коэффициенты (подобраны экспериментально): Kp=50, Ki=16, Kd=50 (деноминатор 2^11)
  long reqPower(int temp_set, int temp_curr); // возвращает мощность 0-99%
  void resetPID(int temp);
};

Управление нагревателем (класс HOTGUN)

class HOTGUN : public PID {
  // Режимы: POWER_OFF, POWER_ON, POWER_FIXED, POWER_COOLING
  // Синхронизация: счетчик полуволн (period=100 -> 100 полуволн = ~1.66 сек при 50Гц)
  // В syncCB() управляет триаком: включает на начале полуволны, выключает при достижении actual_power
  // Температура: экспоненциальное усреднение (EMP_AVERAGE) + история (HISTORY) для дисперсии
  // Вентилятор: FastPWM на D9 (Timer1, 31.25 кГц) для бесшумной работы
};

Дисплей (класс DSPL)

Обертка над LiquidCrystal_I2C с кастомными символами (градус, вентилятор, мощность). Методы: tSet(), tCurr(), fanSpeed(), appliedPower(), msgReady(), msgCold(), msgFail(), setupMode().

Схемы

• Основная схема контроллера (3 фото).
• Схема блока питания (5V/24V для логики и вентилятора).
• Файлы Eagle / EasyEDA для заказа PCB.

Безопасность и советы

• Гальваническая развязка критична! Используйте оптопары MOC3052 и 4N25. Проверьте изоляцию печатной платы (щели > 3мм под высоким напряжением).
• Термопара K: полярность важна (красный +, зеленый - для китайских ручек).
• Реед-ключ (геркон) в ручке: срабатывает при установке в держатель (магнит).
• Вентилятор 24В: питание от отдельного трансформатора/БП, общий GND с логикой через оптопару или изолированный DC-DC.
• Калибровка: нужен точный контактный термометр (термопара K + мультиметр).