Cuptor automat cu reflux SMD
Fabricarea de PCB-uri hobbyiste a devenit mult mai accesibilă. Plăcile de circuit care conțin doar componente orificiale trecătoare sunt ușor de lipit, dar dimensiunea plăcii este limitată în cele din urmă de dimensiunea componentei. Ca atare, utilizarea componentelor de montare la suprafață permite un design PCB mai compact, dar este mult mai dificil de lipit manual. Cuptoarele cu reflux oferă o metodă care ușurează semnificativ lipirea SMD. Acestea funcționează ciclând printr-un profil de temperatură care asigură o creștere constantă a temperaturii, care topește pasta de lipit sub componentele de montare la suprafață. Cuptoarele cu reflux profesional pot fi costisitoare mai ales dacă sunt utilizate ocazional. Scopul meu a fost să creez un cuptor automat cu reflux dintr-un cuptor cu prăjitor de pâine de 20 USD.
Planul meu era să folosesc un motor pas cu pas pentru a roti cadranul de temperatură într-un mod programat, care va escalada încet temperatura pentru a topi pasta de lipit. Voi încerca să imit un profil de reflow specific pe baza pastei de lipit pe care o folosesc. Odată ce cuptorul atinge temperatura maximă (punctul de topire al lipirii), selectorul de temperatură se va roti înapoi pentru a reduce temperatura în cuptor. Toate acestea vor fi controlate de un arduino și afișate pe un ecran OLED. Scopul final este să încărcați cuptorul cu PCB-uri și componente, să apăsați un singur buton și să lipiți toate componentele fără nici o ajustare sau monitorizare exterioară.
Provizii
- Arduino 5V pro mini
- Motor pas cu pas
- A4988 Driver motor pas cu pas
- MAX31855 Termocuplu
- Afișaj OLED 128x64
- 2 butoane de 6 mm
- Comutator de limitare
- 3 tranzistori NPN
- Alimentare 12V
- 5 rezistențe 1K
- 4 rezistențe 10K
- Șuruburi și piulițe M3
- șuruburi pentru mașini
- piuliță de cuplare hexagonală
Pasul 1: prăjirea cuptorului rupe
Primul pas a fost să scoateți cuptorul cu prăjitor și să aruncați o privire înăuntru. Acest cuptor special pentru prăjitor de pâine are un cadran de control al temperaturii și un cadran de control al temporizatorului. Cablajul din interior și de ambele cadrane mi-a fost destul de necunoscut, așa că am decis că va fi mai ușor să lucrez în jurul a ceea ce era deja la locul său. Mi-am dat seama că un motor pas cu pas poate fi folosit pentru a roti cadranul. O sondă de temperatură sau un termocuplu ar putea fi alimentat în interiorul cuptorului pentru a monitoriza temperatura. Un ecran OLED ar putea afișa date în timp real, inclusiv temperatura actuală. Toate aceste componente periferice pot fi ușor controlate de un Arduino. Era mult spațiu deschis, așa că am decis să ascund toate sau majoritatea acestor componente în interiorul cuptorului.
În funcție de cuptorul cu prăjitor de pâine, procesul de rupere poate fi variabil. Mai întâi a trebuit să scot șuruburile din jurul panoului frontal. Am întors apoi cuptorul cu susul în jos și am scos șuruburile din partea de jos a panoului lateral. De acolo am putut accesa cablajul din interiorul cuptorului.
Apoi am scos ambele butoane de pe fiecare cadran și le-am deșurubat de pe față.
Pasul 2: Prototip
Acum, că știu ce trebuie să proiectez, este timpul să încep să construiesc un circuit. Am făcut acest lucru într-un proces aditiv. Am pus termocuplul să funcționeze, apoi am adăugat ecranul, apoi am adăugat motorul pas cu pas. Odată ce am funcționat principalele componente, aveam nevoie de o modalitate de a interacționa cu Arduino. Am decis să folosesc câteva butoane. Cadranul de control al temperaturii de pe cuptor, care ar fi rotit de motorul pas cu pas, se va roti doar cu aproximativ 300 de grade în sensul acelor de ceasornic pentru a atinge temperatura maximă. Deci, această limită ar trebui să fie codificată în program. De asemenea, aveam nevoie de o modalitate de a readuce în mod fiabil cadranul la 0 grade rotindu-se în sens invers acelor de ceasornic. Am planificat să folosesc un întrerupător de limită pentru a preveni rotirea motorului pas cu pas de 0 grade și riscul de a deteriora cadranul de control al temperaturii. Am descoperit că multi-instrumentul meu PCB 12-în-1 a fost foarte util pentru depanarea pe măsură ce am pus la punct acest circuit.
Ata
Pasul 3: Rafinați programul
Acum am un circuit care va citi temperatura și va roti motorul pas cu pas pe baza temperaturii. Următorul pas este să scrieți programul în așa fel încât temperatura să fie reglată în funcție de un profil de reflux.
Acest site web trece în revistă informațiile de bază importante despre profilurile de reflow. Am încercat să urmez profilul enumerat mai sus. În general, un profil va trece prin mai multe puncte de setare, inclusiv preîncălzirea, îmbibarea, creșterea, topirea, răcirea. Temperaturile pe care le-am folosit pentru fiecare punct de tranziție sunt listate în tabelul de mai sus.
Coordonarea rotației motorului pas cu pas la fiecare temperatură specifică a fost un proces de încercare și eroare și necesită destul de multă răbdare. Inițial, aș roti manual butonul în timp ce citeam temperatura curentă a cuptorului. Am determinat cantitatea de rotație a cadranului pentru fiecare punct de setare a temperaturii de pe profil. Odată ce am avut o idee aproximativă despre cât de mult trebuie să fie rotit cadranul pentru a atinge fiecare temperatură, l-am tradus în rotația corespunzătoare a motorului pas cu pas.
Acum, că am marcat toate punctele stabilite, am adăugat întârzieri între fiecare pas pentru a se potrivi cu timpul corespunzător pentru fiecare etapă.
Există diferite profile de reflux în funcție de tipul de lipit pe care îl utilizați. Am decis să încorporez profile pentru lipirea plumbului și lipirea fără plumb și aveam nevoie de o modalitate de a selecta pe care o doream. Am codificat un „meniu” și am folosit cele două butoane pentru a naviga și selecta.
În plus, am dorit o modalitate de a reporni programul dacă am selectat un profil greșit. Am ales să apăs simultan ambele butoane pentru a reseta Arduino și a întoarce cadranul de temperatură la zero. Acestea sunt conectate special pentru a realiza acest lucru. Cele două butoane sunt ANDate împreună folosind logica tranzistorului și ieșirea este inversată pentru a trage pinul de resetare LOW pe Arduino. Acest lucru resetează Arduino și stepperul se va roti invers până când se atinge comutatorul de limită (și cadranul este înapoi la zero).
Codul final este furnizat mai jos.
Imaginile OLED sunt cele afișate în timpul reflow-ului. Rata de reîmprospătare a OLED este similară cu declanșatorul camerei, motiv pentru care o parte din imagine este întreruptă.
Atașamente
Pasul 4: Pregătirea cuptorului
Acum, că am un circuit de lucru care controlează cuptorul, aveam nevoie de o modalitate de a fixa permanent toate componentele la locul lor.
Pentru prima dată, a fost necesară găurirea mai multor găuri în placa frontală pentru a susține motorul, butoanele și comutatorul de limită, după cum puteți vedea în imaginile de mai sus.
De asemenea, am folosit un cui îndoit pentru a fixa cuplajul hexagonal pe arborele motorului pas cu pas. Unghia s-ar dubla ca declanșator pentru întrerupătorul de limită. Celălalt capăt al cuplajului se va potrivi în cadranul de temperatură.
Pasul 5: Conversia de la Breadboard la Perfboard
Pentru că voiam să încadrez majoritatea componentelor electronice în spațiul gol al cuptorului, aveam nevoie să conectez și să lipesc lucrurile împreună pe o bucată de perfboard. Puteți vedea procesul meu în imaginile de mai sus. Am adăugat fiecare componentă și am conectat pinii corecți urmând schema.
Am început cu Arduino, apoi am adăugat placa termocuplului, apoi driverul motorului. În cele din urmă, am adăugat butoanele periferice, comutatoarele, tranzistoarele și firele pentru OLED.
Odată ce totul a fost lipit, am redus excesul de perfboard și am conectat totul la test.
Pasul 6: Alimentarea cuptorului
Deoarece nu am modificat cablarea cuptorului, acesta încă nu mai avea 120V AC. Arduino și perifericele sale rulează de la 12V DC. În loc să adaug un redresor și circuite suplimentare pentru a alimenta totul de la o singură mufă, am decis doar să alimentez ambele separat.
Am vrut să rulez cablul de alimentare de 12V DC aproape de cablul de alimentare al cuptorului. Am forat o mică gaură în adaptorul de cauciuc, după cum puteți vedea în imaginea de mai sus. Acest lucru a funcționat foarte bine și ambele cabluri funcționează împreună și pot fi conectate separat.
În cele din urmă am lipit capătul cablului de 12V DC la circuitul perfboard.
Pasul 7: Asamblare
Acum, că totul funcționa corect, am început să pun totul împreună în pașii următori. (La diferiți pași am adăugat niște silicon rezistent la căldură pentru a proteja firele / îmbinările de lipit de topire / scurtcircuitare atunci când cuptorul atinge temperatura maximă. Acest pas este opțional, deoarece este probabil suprasolicitat).
- Înșurubați discul de temperatură înapoi pe placa frontală cu șuruburile prelungite ale mașinii
- Introduceți firele pentru motorul pas cu pas și OLED prin orificiul superior din placa frontală
- Montați motorul pas cu pas și cuplați cadranul la arborele motorului. Consolidați cu super-adeziv după ce vă asigurați că cuiul îndoit (declanșatorul comutatorului de limită) este orientat în sus.
- Glisați șuruburile M3 prin orificiile motorului pas cu pas și fixați-le pe partea din spate a plăcii frontale cu piulițe.
- Fixați firul pas cu pas și firele OLED cu legături cu fermoar (de la ultimele două găuri de găurire de pe părțile opuse ale motorului) pentru a asigura distanța dintre arborele de acționare al motorului pas cu pas.
- Lipiți OLED pe firele respective. Adeziv fierbinte de la spatele OLED la spatele motorului pas cu pas
- Tăiați o bucată de lemn resturată pentru a fixa fundurile de împingere în găurile respective. Fixați cu piuliță și șurub.
- Tăiați un distanțier mic din lemn pentru a susține comutatorul de limită în poziție. Asigurați-vă că alinierea este astfel încât să fie declanșată atunci când discul este în poziția oprit sau zero. Fixați cu piulițe și șuruburi.
- Găuriți 2 găuri de șurub suplimentare în partea cuptorului, unde va fi fixată placa de perfecționare.
- Folosiți legături cu fermoar pentru a fixa firele în exces de panoul lateral
- Introduceți termocuplul prin lateral în cuptor
- Înșurubați cadranul temporizatorului înapoi pe placa frontală
- Înșurubați panoul lateral înapoi pe cuptor, reatașați placa frontală și dispozitivul dvs. Finalizat!
Pasul 8: Începeți Reflow și gândurile finale
Cuptorul de reflow este terminat! Ați convertit cu succes un cuptor cu prăjitor de pâine de 20 USD într-un cuptor automat de reflow cu montare pe suprafață. Am încercat să refaceți mai multe plăci simultan și nu am avut probleme cu îmbinările reci sau conexiunile nesoldate. Este minunat să puteți încărca tava cuptorului, să apăsați un buton și să lipiți toate plăcile în 5 minute.
Cu toate lucrurile la locul lor, poate fi necesar să faceți ajustări minore la rotația și sincronizarea motorului pas cu pas, dar am avut un mare succes (am alimentat fire FTDI de la Arduino către exteriorul cuptorului pentru a le reprograma cu ușurință fără a scoate cuptorul în afară). Am încercat să potrivesc îndeaproape profilul de reflow, dar nu este perfect. Pentru pasionați, este posibil ca un profil exact să nu fie complet necesar atâta timp cât temperatura depășește punctul de topire pentru lipire. Dar aceasta a fost o experiență de învățare excelentă și este frumos să aveți un instrument automat care va fi util pentru multe proiecte viitoare!
Comentarii
Trimiteți un comentariu