DIY SMDリワークステーション：Arduino制御ホットエアガンでプロ級基板修理

必要な部品と材料

Arduino Pro Mini 328 5V/16MHz	×1
16x2 LCD（I2Cモジュール付き、白文字/青背景）	×1
ロータリーエンコーダ（プッシュボタン付き）	×1
ホットエアガンハンドル（858D互換、K型熱電対・700Wヒータ・24Vファン内蔵）	×1
ハンドルホルダー＆ノズルセット	×1
パワートライアック BTA12-600B	×1
MOSFET IRFZ44N（ファンPWM制御用）	×1
オペアンプ MCP602（熱電対増幅、レールツーレール）	×1
フォトトライアックドライバ MOC3052	×1
フォトカプラ 4N25（ACゼロクロス同期用）	×1
ブリッジ整流ダイオード	×1
高速リカバリダイオード FR107	×1
コンデンサ 0.01µF 400V、100nF×6、1000µF 35V等	各種
抵抗各種（39Ω, 33kΩ×2, 330Ω, 220Ω, 1kΩ×3, 470Ω, 10kΩ×3, 100kΩ×2, 500kΩマルチターン×2）	各種
ブザー（アクティブ/パッシブ選択可）	×1

必要な工具・ソフトウェア

• はんだごて、テスタ、オシロスコープ（あると便利）
• Arduino IDE
• Autodesk Eagle（PCB設計用、EasyEDAでも可）

プロジェクト概要

市販の858D互換ホットエアガンハンドルをArduino Pro Miniで制御し、PID制御による精密な温度管理を実現するリワークステーションを自作します。商用機並みの性能を、入手しやすい部品と自作PCBで低コストに構築できます。

システム構成（3つのブロック）

1. インターフェース部：I2C LCD（設定温度、実測温度、ファン速度、出力%、ハンドル状態表示）＋ロータリーエンコーダ（温度/ファン速度設定、メニュー操作）
2. センサ部：K型熱電対（MCP602で増幅、ゲインは500kΩマルチターンで調整）＋リードスイッチ（ハンドル着脱検知、ホルダーに戻すと加熱停止）
3. 制御部：
   • ファン：MOSFET（IRFZ44N）でPWM制御（D9、31.25kHz高周波）
   • ヒータ：トライアック（BTA12）をMOC3052で駆動、4N25で商用電源ゼロクロス同期を取り、半波サイクル単位で通電制御（位相制御ではなくバースト火制御）。ノイズが少なく、ヒータ寿命にも優しい

ハンドル配線（7線、858D互換）

線色/コネクタ	機能	接続先
3ピン：赤	熱電対 +	MCP602入力 +
3ピン：緑	リードスイッチ	Arduino D8 (INPUT_PULLUP)
3ピン：黒	共通GND	GND
2ピン：青	ファン +	MOSFETドレイン（24Vライン）
2ピン：黄	ファン -	GND
大2ピン：白/茶	ヒータ（極性なし）	トライアック負荷側（商用電源直列）

※ハンドルにより配線色が異なる場合があります。テスタで導通確認の上、接続してください。

PCB設計・製作

回路が複雑なため、ユニバーサル基板より専用PCB製作を強く推奨します。EagleファイルおよびEasyEDAプロジェクト（リンク）を公開しています。JLCPCB等で発注可能です。

ファームウェアの特徴（v1.4）

• PID制御：目標温度に対し、ヒータへの半波投入数を動的調整（分母2048で固定小数点演算）
• 3点校正：200/300/400℃の基準点で実測温度と内部ADC値を対応付け、線形補間で全域カバー
• チューンモード：初回セットアップ時に400℃でヒータ出力を手動調整し、熱電対増幅ゲイン（マルチターンVR）をADC≒900に合わせるガイド機能
• 自動冷却：ハンドルをホルダーに戻すと加熱停止、ファン継続で50℃以下まで冷却完了をビープ音で通知
• 設定保存：EEPROMに校正データ・プリセット温度・ファン速度・自動電源オフ時間を保存（レコード管理で耐久性向上）
• メニュー構成：スタンバイ→メイン（温度制御）→パワーモード（手動出力制御）→セットアップ（校正/チューン/保存/キャンセル/デフォルト復元）
• 安全機能：ヒータ断線/熱電対異常検知で「Failed」表示・加熱停止

セットアップ手順（初回必須）

1. デフォルト値読み込み：セットアップメニュー「reset config」実行
2. チューンモード：「tune」選択→エンコーダでヒータ出力手動調整し外部温度計で400℃に合わせる→マルチターンVRでADC値≒900に調整→長押しで完了
3. 校正：「calibrate」選択→200/300/400℃各点でPID制御到達後ビープ→外部温度計実測値をエンコーダ入力→全点完了後長押し
4. 保存：「save」でEEPROMへ書き込み

コード構成（主要クラス）

完全なスケッチはGitHub（リンク）参照。ここではアーキテクチャを解説。

• CONFIG / HOTGUN_CFG：EEPROMレコード管理（チェックサム付き）、校正データ3点パック（30bit）、プリセット管理
• BUZZER：アクティブ/パッシブ両対応、短/長/二重/失敗ビープパターン
• DSPL（LiquidCrystal_I2C継承）：カスタム文字（℃、ファン、パワーアイコン）生成、各種表示メソッド
• HISTORY / EMP_AVERAGE：リングバッファ履歴と指数移動平均でセンサ値平滑化
• PID：反復式PID（U_n = U_{n-1} + Kp·ΔX + Ki·e + Kd·Δ²X）、係数Kp=50, Ki=16, Kd=50（分母2048）
• FastPWM_D9：Timer1位相周波数正しいPWM、31.25kHz（ファン駆動用）
• HOTGUN（PID継承）：ヒータ制御ステートマシン（OFF/ON/FIXED/COOLING）、ゼロクロス同期（syncCB()）、半波バースト火制御

⚠️ 重要な注意事項

• ファームウェア書き込み時は商用電源を切り離すこと！ 非絶縁ファン電源がPCのUSB経由で破損する恐れあり
• EasyEDA版PCB使用時は、リードスイッチピンをD8、ブザーピンをD6に変更してください（元コードはD5/D6）
• 高電圧部品（トライアック、ブリッジダイオード、ヒータ配線）はクリアランス・クリープ距離を確保、適切な絶縁処理を
• 熱電対極性（赤=+、緑=-が一般的）を確認、逆接続で負温度表示になる

まとめ

Arduinoで「バースト火制御＋PID」という本格的なヒータ制御を実装した優れた事例です。市販ステーションの修理・改造ベースとしても、ゼロからの自作としても参考になります。特にゼロクロス同期による半波単位制御は、位相制御に比べノイズが少なく、トライアック・ヒータ双方に優しい手法です。PCBデータとファームウェアが公開されているため、部品を揃えれば再現性高く構築できます。SMD実装・修理の幅が広がる一台、ぜひ挑戦してみてください。