Hakko 907v.2用はんだごてコントローラー

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このプロジェクトについて

安価なはんだ付けコントローラー

更新された2019年4月3日の回路図と説明が更新されました

2018年2月18日更新：キャリブレーション手順が更新されました

2017年8月1日更新：スケッチのバグが修正され、lcd1602のスケッチが追加されました

2017年7月31日更新：新しいハードウェア回路図が実装されました

2017年4月7日更新：新機能が実装されました（説明を参照）

コントローラーは、交換可能なチップを備えたhakko 907はんだ付けハンドルを扱い、アイロンの温度をチェックするためのヒーターエレメントとサーミスタまたは熱電対が組み込まれています。ハンドルには、鉄の加熱と温度チェックのための2つの独立した電気回路があります。このコントローラーは、同様のアーキテクチャを持つ別の鉄製のハンドルで使用できます。

鉄製のハンドルのプラグを別のプラグ、たとえば航空プラグGX16-5またはGX-12-5と交換することをお勧めします。

このコントローラーの主な機能は次のとおりです。

• コントローラーは、さまざまなhakko 907ハンドル、熱電対、またはサーミスタを使用して温度をチェックするのに適しています。適切な回路図を選択する必要があります。
• PIDアルゴリズムは、はんだごての温度を維持するために実装されています。アイロンは約30秒で温度を上げ、摂氏1〜2度以内に保ちます。
• PIDアルゴリズムは非常に感度が高く、供給電力をすばやく増やすことができるため、コントローラーは頻繁に使用する場合に温度を維持します。
• はんだごてのキャリブレーション手順で実装された3つの基準温度ポイント。
• キャリブレーション手順は、PIDアルゴリズムを使用して自動化され、温度を基準点の近くに保ちます。
• コントローラーは、温度の維持と電力の供給の維持という2つの動作モードをサポートしています。
• 動作をサイレントに保つために、Timer1高周波割り込みがコントローラーに実装されています。これにより、組み込みの analogWrite（）により、PWM周波数を490Hzではなく31250Hzまで上げることができます。 機能。
• コントローラーは加速ロータリーエンコーダーを実装しています。エンコーダをゆっくり回転させると、温度設定が1度変化します。エンコーダーが素早く回転すると、温度設定が5度変化します。
• 温度設定が変更された場合に備えて、はんだごてを使用した後、温度はArduinoEEPROMに保存されます。
• コントローラーは、表示される温度値、プリセット温度、およびキャリブレーションデータに使用される摂氏または華氏単位をサポートします。
• コントローラーには、コントローラーの初期セットアップ手順を簡素化するための調整モードがあります。

コントローラメニュー

前に述べたように、コントローラーにはいくつかのモードがあります。

• スタンバイモード
• 主な作業モード（温度を維持）
• 電源モード（供給された電力を維持）
• セットアップモード
• キャリブレーションモード
• チューニングモード（初期設定手順）

コントローラの電源を入れると、スタンバイモードがアクティブになります。このモードでは、はんだごてに電力が供給されます。メインディスプレイには次の情報が表示されます。

• 上の線の左側にある設定温度（選択した単位-摂氏または華氏）;
• 上の行の右側にある「OFF」メッセージは、アイロンの電源がオフになっていることを示しています。
• 2行目の左側にあるアイロンの現在の温度;

アイロンがコントローラーに接続されていない場合は、2行目に「アイロンがありません」というメッセージが表示されます。アイロンが冷えると（使用後）、2行目に「コールド」メッセージが表示され、アイロンに触れても安全であることを示します。

アイロンを外した状態でエンコーダーハンドルを回すと、設定温度を調整できます。はんだごての電源を入れるには、エンコーダーハンドルを軽く押します。コントローラがメインモードに切り替わります。これで、コントローラーはアイロンの温度を設定温度近くに保ちます。アイロンを多用すると、設定温度から若干ずれることがあります。

メインモードでは、ディスプレイに次の情報が表示されます。

• 上の線の左側にある設定温度（選択した単位-摂氏または華氏）
• 上の行の右側にある「ON」メッセージは、アイロンの電源が入っていて、まだ加熱中であることを示します。アイロンが設定温度に達すると、 ' rdy '（準備完了）メッセージが表示されます;
• アイロンの現在の温度は2行目の左側に表示されます;
• アイロンに供給される電力（最大許容電力のパーセント）が画面の右側に表示されます。

エンコーダーを回転させることにより、設定温度を変更することができます。アイロンが新しい設定温度に達するまで、メッセージ「ON」が再び表示されます。スタンバイモードに戻るには、エンコーダーハンドルを軽く押します。

メインモードでは、コントローラーはアイロンが正しく機能していることを確認します。開始から10秒以内に温度が変化しない場合、コントローラーは電源をオフにし、「 Failed 」というメッセージを表示します。 'が画面に表示されます。この場合、エンコーダボタンを軽く押すとスタンバイモードに戻ります。

メインモードでエンコーダを長押しすると、電源モードをオンにできます。電源モードでは、エンコーダーを回転させることにより、はんだごてに供給する電力を手動で調整できます。電力モードでは、画面に内部ユニットのアイロンに供給された電力と人間が読める単位のアイロン温度が表示されます。エンコーダーを軽く押すと、電源モードでオン/オフ電源が切り替わります。ロータリーエンコーダーハンドルを長押しすると、コントローラーが電源モードからメインモードに戻ります。

セットアップモードに入るには、スタンバイモードでエンコーダーを長押しします。セットアップモードでは、構成パラメーターを調整できます。このモードには7つのメニューエントリがあります：

• 自動電源オフタイムアウト（分単位）
• 温度単位（摂氏または華氏）
• 鉄のキャリブレーション（「キャリブレーション」）
• 初期設定手順（「調整」）
• 変更を保存する
• 変更をキャンセルする
• デフォルト値に戻す

ハンドルを回してメニュー項目を選択します。選択した項目を変更するには、エンコーダーハンドルを軽く押します。パラメータを調整した後、ハンドルをもう一度押すと、セットアップメニューに戻ります。エンコーダーハンドルを長押しすると、スタンバイモードに戻り、パラメーターをEEPROMに保存できます。

ヒント：コントローラーを最初に使用する前、または新しいマイナーソフトウェアリリースがフラッシュされた後に、デフォルトのパラメーターをロードする必要があります。

センサー読み取り回路図

このコントローラーのセンサー読み取りの概略図は、はんだごて熱センサーのタイプ（サーミスタまたは熱電対）によって異なります。両方の回路図が下の1つの図にまとめられています。

両方の回路図では、レールツーレール技術を実装する正確な動作増幅器MCP602が使用されています。このアンプは、温度測定値の精度を大幅に向上させ、出力ピンに供給されるほぼ全電圧を生成します。したがって、A0ピンの読み取り間隔は0-1023です。 mcp602アンプをそのアナログに置き換えることができます。正確な動作アンプを使用することで、コントローラーはアイロンの温度をより短い間隔内に保つことができます。

鉄製ハンドルの熱電対バリアントの場合、ジャンパーJP1とJP2の両方が開いている必要があり、サーミスタハンドルの場合は閉じている必要があります。

鉄の柄がサーミスタを搭載している場合、センサーの抵抗は、寒いときの約50オームからはんだごての温度が摂氏400度になるときの約200オームに増加しました。鉄の取っ手が熱電対を実装している場合、はんだごてが摂氏400度に達すると、発生電圧は周囲温度のゼロから9mVに増加しました。いずれにせよ、別の鉄製のハンドルが異なるパラメーターを持つ可能性があるため、マルチターンポテンショメーターを使用してアンプMCP602を調整することにしました。初めて、このポテンショメータは次のように調整する必要があります。鉄が摂氏400度のとき、出力電圧は5ボルト近くになるはずです（ArduinoのA0ピンの読み取り値は約900）。初期設定手順を簡素化するために、調整モードはコントローラーソフトウェアに実装されています。チューニングモードは設定メニューから実行できます。

コントローラーの初期設定

コントローラーを校正するには、外部温度計が必要です。セットアップメニューからコントローラのデフォルトパラメータをロードすることを忘れないでください 。

プログラムスケッチでは、はんだごての作動温度間隔は摂氏180〜400度であると想定されています。コントローラの調整を計画する前に、プログラムスケッチの定数を編集することで、この間隔を変更できます。

500kマルチターンポテンショメータは、はんだごてからの正しい信号を操作アンプに与えるように調整する必要があります。コントローラの初期設定手順を簡素化するために、調整モードが実装されています。

セットアップメニューから「調整」メニュー項目を選択します。アイロンが加熱し始めます。このモードでは、コントローラは内部ユニット（0-1023）のA0ピンからの温度測定値を表示します。エンコーダーを回転させることにより、鉄の温度を摂氏400度に保つように電力を調整できます（外部温度計を使用）。最初に、供給電力を最大値まで上げて鉄の加熱を高速化し、次に電力を下げて温度を400度に保つことができます。次に、マルチターンポテンショメータハンドルを回転させて、センサーの読み取り値を900に近づけます。この読み取り値が最大値でないことを確認し、可変レジスタを回転させて930-950を取得し、900に戻します。摂氏400度を超える温度を測定できます。

可変レジスタが調整されたら、エンコーダハンドルを約2秒間押し続けます。これで初期設定手順は完了です。

はんだごてヒーター

第2世代のコントローラーの主な機能は、アイロンを加熱するために使用される高周波PWM信号です。残念ながら、MOSFETトランジスタで高周波信号を管理するには、回路図に余分な要素が必要です。このフォーラムスレッドでは、問題について詳しく説明しています。つまり、MOSFETのゲートには容量があり、充電または放電に時間がかかります。 MOSFET（irfz44n）の速度を上げるために、2トランジスタドライバがバイポーラトランジスタに実装されています。別のバイポーラトランジスタペアを使用できます。

ツェナーダイオード（D2、15V）は、電源電圧がMOSFET vgs電圧の最大値よりも高いため、MOSFETが開いているときにMOSFETのゲート電圧（Vgs）を制限するために使用されます。ダイオードFR107は、MOSFETが閉じているときにアイロンから電力を取り除きます。このダイオードを別のダイオードと交換することはできますが、高速回復可能なダイオードを使用する必要があります。

冷鉄ヒーターエレメントの抵抗は非常に低く、一部のノートブック電源は動作を拒否する可能性があります。この場合、コントローラーはリセットされ、アイロンは冷たくなります。この状況を回避するために、1000uFのコンデンサが24v入力の直後に実装されています（完全なコントローラの回路図を参照）。

はんだごてを校正する

コントローラは、A0 Arduinoピンの電圧を読み取ることにより、内部ユニット（0-1023）で温度を読み取ります。摂氏や華氏のような人間が読める単位を使用すると便利です。コントローラには、内部温度の読み取り値を人間が読める形式の単位に変換できるデフォルトのパラメータがあります。ただし、はんだごては異なる可能性があるため、コントローラーにキャリブレーション手順を実装します。はんだごてのキャリブレーションには、摂氏200度、300度、400度の3つの基準点があります。コントローラは、これら3つの基準点の内部読み取り値を保存し、それらを使用して温度を内部読み取り値から人間が読める値に変換します。

「キャリブレーション」を選択します。セットアップメニューのメニュー項目を使用して、キャリブレーションプロセスを開始します。メニューリスト（200、300、または400）から目的のキャリブレーションポイントを選択し、エンコーダーハンドルを押してアイロンをオンにします。はんだごてが加熱を開始します。 PIDアルゴリズムにより、短時間で目的の温度に到達できます。基準点温度に達すると、コントローラーは「ビープ音」を鳴らし、外部センサーで温度をチェックする準備ができたことを示します。温度が安定するまで少し待ってから、外部センサー（熱電対）ではんだごての実際の温度を確認してください。次に、ロータリーエンコーダーのハンドルを回転させ、アイロンの実際の温度を選択します。エンコーダーハンドルを少し押します。コントローラは、基準点の実際の温度を保存します。次の基準温度を選択し、手順を繰り返します。目的の基準点を選択することにより、基準温度をもう一度校正できます。任意の基準点を複数回設定できます。基準点の実際の温度を保存するたびに、コントローラーは平行移動式を更新します。これにより、アイロンをより正確に校正できます。キャリブレーションが終了したら、ロータリーエンコーダーハンドルを長押しします。これで、コントローラーは選択したすべての参照温度の新しい値を保存しました。

自動電源オフ機能

自動スイッチオフ機能は、第2世代のコントローラーに実装されています。アイロンのハンドルにはショックセンサーや、アイロンが現在使用されているか、テーブルに置かれているだけであることを正しく確認する他の方法がないため、これは大きな課題でした。主なアイデアは、アイロンに供給された電力の値を使用することでした。アイドル状態では、コントローラは設定温度を維持するために電力を最小値に下げました。残念ながら、温度と供給電力の数学的な分散は、アイドル状態では一定ではなく、定期的に逸脱する可能性があります。 PIDアルゴリズムのパラメーターを調整することで、読み取り値を安定させ、両方の分散を最小限に抑えました。これで、アイドル状態のコントローラーは温度分散を可能な限り低く保ちます。鉄の使用量の基準は、登録されている最小値から電力がわずかに増加していることです。このアルゴリズムはしばらくの間テストされており、自動電源オフ機能に使用できることが証明されています。

このソリューションは信頼性が低いため、問題が発生した場合はこの機能を無効にすることができます。また、スケッチには、PIDパラメータを手動でデバッグおよび調整するためのクラスが含まれています。

コントローラーのバージョンに別の鉄製のハンドルを実装できます。ハンドルには、アイドル状態を確実に区別するためのショックセンサーなどを搭載できます。

1602ディスプレイ用のスケッチ

一部の国では、0802を表示するのが難しい場合があります。そこで、1602ディスプレイをサポートするために別のスケッチがリリースされました。スケッチはgithubディストリビューションで入手できます。または、Eagle Editorで回路図を作成し、はんだ付けプロセスを簡素化するためにPCBを作成したManojの別の素晴らしいプロジェクトを使用することもできます。

温度変換とさまざまなセンサータイプについて

人間が読める単位（摂氏または華氏）で温度を表示するために、IRON_CFG ::tempHuman（）がスケッチに実装されています。上で述べたように、コントローラーは内部ユニットの鉄の温度（A0アナログピンの電圧）を読み取ります。校正手順では、3つの基準点（摂氏200度、300度、400度）周辺の実際の温度を測定できます。前述のメソッド（tempHuman（））は、現在の鉄の温度測定値を上下させる2つの基準点を使用した線形温度補間を使用します。ただし、キャリブレーションされていない別のポイントがあります。それは周囲温度です。鉄の温度が摂氏200度未満の場合、コントローラーは実際の温度を周囲温度と200度の2点で補間します。周囲温度は、スケッチの＃244行と＃245行で定義されています。これらの値は、ご自身のケースに合わせて調整できます。ご覧のとおり、これらの値は、サーミスタを鉄の温度センサーとして使用することを前提としています（周囲温度は内部ユニットで350です）。確かに、熱電対付きのアイロンを使用している場合は、この値を0に変更します。

結論

制御されたはんだごてを使用することは大きな喜びです。急速に加熱され、状況に適した温度を保ちます。このバージョンはサイレントです。

コード

ソースコード

回路図