Переход на компоненты для поверхностного монтажа (SMD-компоненты) создал проблему - при сборке изделий для пайки основной массы таких компонентов требуется паяльник с тонким жалом, которое для пайки более крупных компонентов не годится, в связи с чем приходится в процессе сборки платы несколько раз менять жало в паяльнике. Конечно, это операция не сложная и не особо трудозатратная, но она отнимает время, да и смену жала в горячем паяльнике руками не сделаешь, а применение инструмента может привести к повреждению паяльника. Напрашивается вывод, что нужен ещё один паяльник, но хотелось бы, чтобы он был таким же лёгким и удобным, как рабочий. Очевидно, что приобретение второй паяльной станции - не лучший вариант с точки зрения затрат, а тем более рабочей станции с двумя паяльниками.
Так как масса и размеры паяльной станции обычно определяются применённым в ней источником питания, было принято решение в качестве второго паяльника использовать паяльник с питанием 230 В. Такой паяльник купить не сложно, но хотелось бы, чтобы он был не хуже рабочего на паяльной станции, т. е. чтобы был таким же лёгким и удобным и смог поддерживать заданную температуру жала. Такие паяльники тоже есть в продаже, причём двух типов, с регулятором температуры внутри ручки паяльника и регулятором в отдельном корпусе. Однако оказалось, что недорогие паяльники с регулятором температуры внутри ручки никакого регулятора температуры не содержат, на самом деле внутри ручки обычный диммер. Причём это касается не только паяльников с одним регулятором в ручке, но и даже якобы с индикатором температуры. Тем не менее, паяльник с регулятором температуры внутри ручки найти можно, их отличает заметно более высокая цена и увеличенные габариты. Однако оба типа указанных паяльников обладают существенным для автора недостатком, а именно - их жала иные, чем в применяемой в паяльной станции автора. А это означает, что располагая комплектом жал серии 900М-Т, придётся покупать другой комплект для второго паяльника, что, по мнению автора, совершенно излишне.
Исходя из сказанного возникла идея - в качестве второго паяльника нужен точно такой же паяльник, как и основной рабочий на паяльной станции, с полноценным регулятором и стабилизацией температуры, но с питанием от сети 230 В. Так как устройство управления в ручку такого паяльника явно не поместится, возникла проблема её размещения. Вариант размещения управления в корпусе вилки оказался непригодным из-за слишком больших размеров устройства управления. Отдельная коробка - неплохой вариант, но нашёлся лучший вариант - размещение устройства управления в подставке для паяльника. И такая подставка в продаже нашлась, причём отечественного производства. Она стоит недорого, хорошо сделана и доступна. Её очень легко найти по названию "Подставка для паяльника Технохим" [1]. Конечно, без переделок не обошлось, но они оказались просты и минимальны, зато в подарок автору досталась коробочка с канифолью из комплекта этой подставки для паяльника.
Нужные автору паяльники в интернет-магазинах есть, но, как оказалось, они все рассчитаны на напряжение 24 В. Поэтому, кроме самого паяльника, был приобретён и нагреватель для него на 230 В, который и был установлен вместо штатного. Штатный же нагреватель пошёл на замену уже порядком изношенного нагревателя в паяльнике паяльной станции. Нагревателей с термодатчиком для паяльников на 230 В на Али-экспресс было обнаружено только два типа, причём тот, который имеет обозначение 907, не подходит, он толще и длиннее. Кроме этого, в процессе поиска обнаружилось ещё одно важное отличие. Нагреватели паяльников на 24 В укомплектованы термопарой, тогда как подходящие по размерам нагреватели на 230 В - терморезистором. С одной стороны, терморезисторы упрощают узел контроля температуры, а с другой - требуют гибкой системы адаптации, поскольку параметры терморезисторов существенно различаются. Было разработано устройство управления паяльником, схема которого показана на рис. 1. Первым делом обращает на себя внимание, что в схеме нет ни кнопок, ни выключателя, ни дисплея, а есть только датчик и три светодиода в качестве индикаторов, играющие вспомогательную роль. И такое решение не случайно, так как предполагается, что второму паяльнику оперативные регулировки не нужны, но это не означает, что их не должно быть вообще. Исходя из этого принципа, автор заменил оперативное управление параметрированием (установкой параметров), что позволило управлять большим числом параметров без расходов на клавиатуру и дисплей - их роль выполняет смартфон. Параметрирование на смартфоне очень простое, для этого нужно выйти в режим поиска Wi-Fi сетей, выбрать "Second solder" (название в программе можно изменить на любое) и набрать в любом браузере адрес 192.168.4.1, и на экране смартфона появится соответствующее меню.
Рис. 1. Схема устройства управления паяльником
Рис. 2.
Рис. 3.
В отличие от прошлых работ с применением Wi-Fi, автор решил отказаться от использования микроконтроллера (МК) ESP8266, так как уже предварительная попытка его применения в описываемом проекте выявила проблемы - задача оказалась для него слишком тяжёлой. При этом вместо использования модуля на гораздо более мощном МК ESP32 оказалось выгоднее приобрести "конструктор" из готовой платы адаптера (рис. 2) и слота ESP32-S (рис. 3), суммарная стоимость которых заметно меньше цены готового модуля. Неудобство такой пары лишь в одном - для прошивки она требует отдельного USB-Serial адаптера с выходными сигналами с уровнем 3,3 В и внешнего источника питания напряжением 3,3 В, а также нажатий на кнопки при загрузке. При этом предполагается, что отладка программы ведётся с помощью модуля с ESP32, а в ESP32-S записывается уже отлаженный результат. Тем не менее, нет серьёзных препятствий для проведения отладки и через USB-Serial адаптер, просто это не так удобно, как при работе с модулем, поэтому на плате устройства есть разъём для программирования. Слот Мк впаян в адаптер с помощью игольчатого жала и тонкого проволочного припоя, фен при этом не применялся. При пайке желательно прижимать слот МК для улучшения последующего теплоотвода в работе. Следует иметь в виду, что продавцы адаптера на Али-экспресс, как правило, не сообщают о необходимости приобретения и установки на плату адаптера двух резисторов номиналом 10 кОм типоразмера 0603, без них программирование МК невозможно.
Источник питания - бестрансформаторный, он собран на микросхеме LNK306G. Его выходное напряжение - около 5 В. "Около" потому, что напряжение питания МК ESP32 (3,3 В) формирует стабилизатор напряжения DA4 AMS1117-3.3V, а узлы, питающиеся напряжением 5 В, не требуют его высокой точности и стабильности. Использован дроссель SRR1208-682KL индуктивностью 6,8 мГн, конденсатор С2 - оксидный импортный выводной. На транзисторе VT1 выполнен узел контроля перехода сетевого напряжения через ноль, от которого синхронизируется управление симистором VS1 с выхода IO33 МК через эмиттерный повторитель на транзисторе VT2.
На микросхеме DA1 выполнен сдвиг уровня сигнала, подаваемого с термодатчика паяльника на АЦП МК. Он необходим потому, что у АЦП МК ЕSP32 по краям интервала входного напряжения есть зоны нечувствительности и зоны с высокой нелинейностью характеристики. Микросхема TLV431BSN1T1 выбрана потому, что её минимальное напряжение стабилизации составляет 1,24 В. В случае необходимости можно использовать и микросхемы серии TL431 с напряжением стабилизации 2,5 В, но такой сдвиг несколько хуже, чем на 1,24 В, так как в зоне 2,5 В нелинейность характеристики АЦП ESP32 выше, чем в зоне 1,24 В.
Устройство имеет три индикатора. Светодиод HL3 зелёного свечения индицирует наличие напряжение питания 3,3 В (факт включения паяльника в сеть 230 В), светодиод HL1 синего свечения индицирует работу Wi-Fi, светодиод HL2 красного свечения включается, если заданная температура паяльника превышает фактическую, тем самым предоставляя пользователю информацию о состоянии нагревателя.
Разъём XP1 предназначен для программирования МК на плате. Он же позволяет использовать функцию Serial.print() в среде Arduino IDE при необходимости отладки программы в случае её модификации пользователем.
На ОУ DA2 выполнено единственное средство управления режимами работы паяльника - это датчик размещения паяльника на подставке. Было проверено несколько аналогичных датчиков, но реализованный оказался оптимальным с точки зрения простоты, дешевизны и надёжности. Такое преимущество возникло прежде всего в связи с тем, что нагреватель паяльника не имеет гальванической развязки от сети 230 В, т. е. один из его выводов всегда подключён к сети 230 В, что гарантирует надёжное срабатывание датчика. Наводки от нагревателя паяльника поступают на сенсорный датчик E1, узел на ОУ DA2.1 и диоде VD3 выпрямляет их. Конденсатор С4 сглаживает пульсации, ОУ DA2.2 - буферный каскад. Питание ОУ осуществляется напряжением 5 В. Это связано с тем, что выходное напряже ние этого ОУ в случае срабатывания датчика лишь немного превышает напряжение 3,3 В, что допустимо для входов/выходов МК ЕSP32, поскольку они содержат узлы защиты от превышения напряжения.
Выходы IO33, IO15 и IO2 подключены по схеме с открытым стоком. И хотя многие источники сообщают о том, что такое подключение в Arduino IDE не предусмотрено, в используемой автором версии 1.8.19 команда pinMode(pin, OUTPUT_OPEN_DRAIN) выполняется безукоризненно.
Для обеспечения единственного органа управления - датчика размещения паяльника потребовалась незначительная доработка подставки для паяльника. Как оказалось, изготовитель покрыл стойки составом, который не только отлично выдерживает высокую температуру, но и является хорошим изолятором. Поэтому пришлось часть покрытия удалить в том месте, которое соприкасается с корпусом паяльника. Но здесь оказался и приятный сюрприз - в целях предотвращения появления ржавчины на стойке её очищенная от заводского покрытия поверхность была залужена, и для этого не понадобились кислоты или специальные флюсы. Стойки отлично лудятся с помощью обычной канифоли (рис. 4).
Рис. 4.
Устройство управления работает по следующему алгоритму. При включении вилки в розетку 230 В опрашивается датчик, и если паяльник на подставке не лежит, включается режим настройки, что индицируется свечением или миганием (в зависимости от заводской прошивки ESP32) светодиодом синего свечения. В этом режиме нагрева паяльника не происходит, как и при любых других операциях управления, loop - это холостой ход. Аналогично в рабочем режиме Wi-Fi не инициализируется. Такое жёсткое разделение режимов работы настройка-работа не случайно. Автору в последнее время стали встречаться разработки, в которых Wi-Fi в МK ESP8266 и ESP32 используется для постоянного управления или индикации (например регулятор тембра УНЧ), что, по мнению автора, крайне нежелательно. Для того, чтобы понять почему, достаточно в своей квартире в многоквартирном доме посмотреть в смартфоне список доступных Wi-Fi устройств, их явно намного больше, чем каналов Wi-Fi. А это означает, что уже сейчас смартфоны создают друг другу помехи. Конечно, устройства с Wi-Fi достаточно умны, чтобы выбрать наилучший канал, но это не решает, например, проблему обеспечения максимальной скорости приёма-передачи по Wi-Fi. Поэтому в тех случаях, когда требуется постоянный канал управления или индикации, рекомендуется использовать не Wi-Fi, а Bluetooth, который в МК ESP32 тоже есть.
В устройстве автора Wi-Fi используется не для управления и/или индикации, а исключительно для параметрирования, т. е. очень нечасто и на весьма короткое время. Вполне возможно, что для второго паяльника параметрирование будет использовано только один раз при первичном налаживании. Следует иметь в виду, что выбор режима "параметрирование-работа" осуществляется только при включении питания, поэтому после включения светодиода синего свечения паяльник можно положить на подставку обратно.
Если при включении вилки в розетку 230 В паяльник лежит на подставке, включается режим управления нагревателем, причём таких режимов управления три, их выбор осуществляется также в настройках. Первый режим - релейный с переходом через ноль. Для этого режима в настройках предусмотрена установка гистерезиса. Второй режим - пропорциональный с фазовым управлением симистором, причём коэффициент обратной связи также устанавливается в параметрах. Третий режим - ПИД (пропорционально-ин-тегрально-дифференцирующий), его традиционные коэффициенты К1, К2 и К3 подлежат установке также при параметрировании.
Продолжение следует
Автор: Ю. Булычев, г. Омск