undefined

 

От простого к сложному и обратно
В [1] описана цифровая паяльная станция (ЦПС) на микроконтроллере (МК) ATtiny13A. На завершающем этапе возник вопрос, как применить в конструкции неиспользуемый второй ОУ. Если он уже есть, надо подыскать ему работу.


Включение нагрева паяльника индицируется точкой на дисплее, а управление силовым ключом осуществляется через порт. Было решено, чтобы вместо порта МК нагревом управляла сама точка. Светится – ключ на полевом транзисторе открыт, погасла – паяльник остывает. Нумерация элементов в схеме, реализующей эту функцию (Рисунок 1), продолжает нумерацию основной схемы.

Бабанин В., Красноярский край

Аналоговая паяльная станция. А нужна ли ЦПС?
Рисунок 1. ФНЧ, выпрямитель, компаратор.
Из-за особенностей схемотехники катодных ключей модуля mED44 [2], разрывающих цепь питания светодиодных индикаторов на время перезагрузки регистра сдвига, и связанных с этим выбросов напряжения в моменты смены отображаемых знакомест (Рисунок 2), потребовалось дополнить схему простым ФНЧ на R7C3. Выпрямляется напряжение на светодиоде десятичной точки второго индикатора (вывод 2) и сравнивается на компараторе с опорным уровнем. Компаратор имеет небольшой гистерезис и эффективно противостоит импульсным помехам. Выход компаратора управляет полевым транзистором. Все активные элементы при деле и освободился еще один порт под сопутствующие нужды, если таковые возникнут в дальнейшем.

Аналоговая паяльная станция. А нужна ли ЦПС?
Рисунок 2. Осциллограмма сигнала на светодиодах
индикатора (синий луч).
«Ну, коль пошла такая…», было решено освободить еще один порт. Если внимательно взглянуть на схему модуля индикации, то видно, что с шиной SD он обменивается информацией при «лог. 1» на входе CLK. Пока обращения к нему нет, шина простаивает. Воспользуемся этим. Выход усилителя термопары через резистор R13 номиналом 10 кОм соединим с шиной последовательных данных SD. Теперь в паузе между обновлениями сдвигового регистра индикатора порт PB2 МК переключается на вход, и запускается цикл аналого-цифрового преобразования. Резистор никаким образом не влияет на работу шины последовательных данных, для порта это допустимая нагрузка, а входное сопротивление модуля индикации достаточно велико, чтобы не влиять на аналоговый сигнал. Схемное решение тщательно проверено, благо можно было сравнивать коды преобразования с обоих аналоговых входов PB4 и PB2, используя оставшуюся свободную программную память. Значения оказались равны. Теперь к микроконтроллеру остальные элементы паяльной станции подключаются по двухпроводному (аналого-цифровому) интерфейсу DDI, что хорошо видно на снимке макета (Рисунок 3).

Аналоговая паяльная станция. А нужна ли ЦПС?
Рисунок 3. Второй макет цифровой паяльной станции.
Приведенная в [1] программа паяльной станции подверглась минимальным изменениям, связанным с адресуемым каналом мутиплексора аналоговых входов. Размер исполняемого кода остается прежним.

Описанная цифровая паяльная станция готова к тому, чтобы стать двухканальной. Ресурсы – три свободных порта и запас памяти программ – есть. Даже если не будет хватать памяти для реализации поставленной задачи, всегда можно применить ATtiny25/45/85. Реальную возможность подключить ЦПС по USB к компьютеру, хотя ресурсы ATtiny85 это позволяют, автор не рассматривал.

На этом хотелось бы закончить, но червячок сомнения заставил сделать сравнительные испытания цифрового и аналогового варианта. Благо, что ЦПС имеет возможность контролировать текущую температуру нагревателя, хоть и усредненную по 64 отсчетам. Программную реализацию было решено сделать в железе. К выходу усилителя термопары параллельно с цифровым каналом был подключен компаратор с гистерезисом; пороги Tmin/Tmax задавались потенциометрическим делителем. Затвор полевого транзистора простым переключателем мог быть подключен к ЦПС или его аналоговому двойнику. Задавая одинаковую температуру на макетах обеих станций, сравнили точность во всем диапазоне, время выхода на рабочую температуру, температурный «размах» нагревателя в режиме стабилизации и элементарное удобство пользования. Контрольным датчиком температуры была термопара, размещенная в углублении жала паяльника. Измеритель – Victor 70c. На этом этапе было отмечено, что в динамике температура датчика и жала – это «две большие разницы».

О результатах
Единственный недостаток аналоговой станции, по сравнению с цифровой – бóльшее время выхода на рабочую температуру. Оно равно 3.5 против 2 минут. Характеристика изменения температуры жала более пологая при подходе к температуре стабилизации. В установившемся режиме по точности обе станции абсолютно одинаковы. Предпочтение здесь следует отдать аналоговой, она работает как-то «мягче», когда ведется наблюдение за температурой жала, а не нагревателя. Размах колебаний температуры нагревателя у ЦПС значительно больше и достигает 40-50 °C, чем объясняется быстрый нагрев. С учетом усреднения при измерении температуры нагревателя в ЦПС это минимум 80 °C. При работе с высокими температурами жала нагреватель периодически разогревается до 500 °C. У аналоговой станции размах оказался в два раза меньше. По удобству пользования безусловным фаворитом является аналоговый вариант, но это субъективное мнение. Вывод очень прост. Аналоговая станция для неспешной, вдумчивой работы более привлекательна, чем ЦПС. С учетом цены, надежности и удобства обслуживания автор выбрал аналоговую (Рисунок 4).

Аналоговая паяльная станция. А нужна ли ЦПС?
Рисунок 4. Схема аналоговой станции.
Последнее
Термопара генерирует напряжение, пропорциональное разности температур «горячего» и «холодного» спая. «Горячий» находится в нагревателе паяльника, «холодный» в его корпусе. При длительной работе ручка тоже нагревается и… Правильно, температура жала вырастает на эти несколько градусов. Изменяется температура в помещении, дует сквозняк и… Точность установки в 1 °C – это смешно, сначала надо термостатировать рабочее помещение. Уставка на ЦПС постоянна, температура жала изменяется в течение дня. Слегка влажная салфетка на ручке паяльника за несколько минут поднимет температуру жала почти на 6 градусов. Ни ЦПС, ни аналоговая станция не отработали такую помеху. Вооружайтесь бритвой Оккама и, если вам важны эти несколько градусов, переходите на более дорогие паяльники с терморезистором.

P.S.
Потенциометр, по мнению автора, должен быть с линейной зависимостью (тип А). С ним, при наличии четкой шкалы, можно установить температуру с точностью 5 °C во всем диапазоне 200-440 °C, на который рассчитана аналоговая станция.

Ссылки по теме

https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=403093