Hőmérsékletérzékelős forrasztópáka PIC-es vezérlése

Ami már készen van

A páka gyárilag beépített hőelemmel rendelkező 24V/48W-os fűtőtesttel működik. Ennek a hőfokszabályozására építettem az alábbi PIC-es áramkört.

A páka fűtéséhez és a szabályozó elektronikához szükséges tápellátást egy eredetileg 250W-os, ATX szabványú számitógép-tápegység biztosítja. A tápegységet kis mértékben át kellett alakítani, a -12V-os ágat legalább 2A terhelhetőségre kellett felkészíteni (nagyobb áramú diódák beépítése volt szükséges), valamint a tápegység feszültségszabályozásába kellett belenyúlni, hogy a jelenlegi alkalmazásban terhelés nélkül üzemelő +5V-os ág ne befolyásolja a +12V stabilan tartását. A -12V ugyan nem stabilizált, de a 2A-es terhelés hatására is csak kis mértékben esik le, a pákára összességében 22.8V körüli fűtőfeszültség jut.

Az ATX tápegység használata arra ösztönzött, hogy a készülék áram alatt lévő állapotában állandóan jelen lévő +5VSB tápfeszültségről működtessem a vezérlést, ami elektronikusan kapcsolja be a fő tápegységet, amikor arra szükség van. Ilymódon a forrasztóállomásnak két üzemállapota van: a készenléti és a bekapcsolt.

A felhasználó felé 4db nyomógomb és egy 16 karakteres LCD kijelző adják a kezelői felületet.

A PIC-ben futó program jelenleg igen szerény tudással rendelkezik: be és ki (készenlétbe) lehet kapcsolni a készüléket, és a kívánt hőfokot lehet 10 fokos lépésekben 100 és 450 fok között beállítani.
A vezérlés a kijelzőn jelzi az aktuális üzemállapotot:

készenlétben a "sleep mode" felirat látható rajta;
bekapcsolva a pákafűtés ki- vagy bekapcsolt állapotát, az aktuális pákahőmérsékletet és a beállított, kívánt pákahőmérsékletet mutatja.

A négy nyomógomb jelenlegi funkciói:

Bekapcsolás/készenléti mód
(nincs funkciója, fejlesztésre fenntartva)
Hőmérséklet -10 fok
Hőmérséklet +10 fok

A hőelem uV nagyságrendű jelét az MCP6002 kettős műveleti erősítő egyik erősítőjével emelem meg a kényelmesen kezelhető szintre. Elméleti adatokkal számolva a hőelem 41uV/fok feszültségét ez a fokozat 400 fokon 2.2V-ra erősíti, amit a PIC +5V-os referenciát használva digitalizál.

A fűtés áramának kapcsolását egy nagy áramú kapcsoló MOSFET látja el, ennek milliohm nagyságrendű a soros ellenállása bekapcsolt állapotban, így egyáltalán nem melegszik.

A PIC még egy mellékes feladatot is ellát: a PWM kimenetére generáltatott, 50%-os kitöltési tényezőjű négyszögjelből két dióda és két kondenzátor segítségével előállít kb. -3.8V segédfeszültséget. A +5V és a -3.8V közé kötött trimmerpotméterrel lehet beállítani a kijelző megfelelő kontrasztját.

Az ATX tápegység tetejére egy a ferde homlokfalú "pult" került. A kezelőszerveket tartalmazó panel erre lett felszerelve, mögötte van a vezérlőpanel, a tápegység tetejére csavarozva. A páka csatlakozó aljzata az ATX táp első falán kapott helyet.

A pákahegyet vízbe mártva azt tapasztaltam, hogy mérés szerint kb 140 foknál kezdte forralni a vizet. A programba jelenleg ez a 40 fokos eltérés konstans különbségként van beépítve, de magasabb hőmérsékletnél továbbra is hidegebbnek érzem a forrasztóhegyet, mint a számolt érték.

További tervek

A hőfokmérés kalibrálásához mindenképpen kell majd egy referenciaként használható hőmérőt szerezni.
A kezelőpultra a nyomógombok és a kijelző közé gondolkodom LED-ek beépítésén. Ezt előbb ki kell próbálni, ugyanis a szoftver a 4 adatvezetéket már most is két funkcióra használja, és nem vagyok benne biztos, hogy egy harmadik funkció jól ráaggatható.
A hőmérsékletmérésnél használt A/D átalakítás körüli adatsimításokat is jó lenne finomítani. A jelenleg futó kód egymás után 256 mintát vesz és ezeket átlagolja. Valószínűleg egy digitális szűrő megvalósításával jobb eredményt lehetne elérni kevesebb idő alatt. Ez sűrűbb mintavételezést, azaz kisebb ciklusidőt eredményezne, amiből kifolyólag a beállított hőmérsékletet szorosabban tudná tartani a szabályozás.
A szoftver fejlesztésével lehetne olyan védelmi mechanizmusokat is betenni, amik figyelik, hogy tartható-e az előírt hőmérséklet, riasztanak, ha túl meleg vagy túl hideg a hegy, stb.
A szoftverben PID elven működő szabályozást szeretnék majd megvalósítani. Ez azzal is jár majd, hogy a páka fűtésénél a jelenlegi egyszerű, ki/be kapcsolgatásos módszer helyett PWM-et kell majd alkalmazni. A hőmérséklet-tartásban remélhetőleg sokkal kisebb lengések lesznek majd tapasztalhatók.
Nyomtatott áramköri tervet is kellene csinálni a készülékhez.

pic_sold.hex: a PIC-ben futó program égetésre kész hex formátumban

pic_sold.zip: az MPLAB projekthez tartozó összes file

pic_sold_v1.2.zip: a v1.2 filejai

pic_sold_v2.0.zip: a v2.0 filejai

pic_sold_v2.0.zip: a v2.1 filejai

pic_sold_0701109.log: hőmérséklet-logfile