Univerzálna Reflow Rúra s ATmega328p: Návod na Zostavenie

Univerzálna reflow rúra je neoceniteľná pomôcka pre každého, kto potrebuje v domácich alebo laboratórnych podmienkach dosiahnuť teploty vyššie ako izbová teplota alebo bod varu vody. Táto rúra je špecifický typ, ktorý sa primárne používa na hromadné spájkovanie komponentov na dosky plošných spojov (DPS). Cieľom tohto projektu bolo vytvoriť čo najuniverzálnejšiu rúru, ktorú by bolo možné využiť aj v iných výrobných procesoch, nielen pri spájkovaní.

Požiadavky na rúru boli jednoduchá konštrukcia a zároveň splnenie náročných teplotných požiadaviek pri výrobe DPS. Prototyp rúry bol vytvorený zo sériovo vyrábanej rúry, ktorá slúžila ako základ konštrukcie. Elektronické riadenie zaručuje presnú reguláciu teploty aj pri nízkych nastaveniach. Vďaka tepelnej izolácii je rúra energeticky úsporná a jej malé rozmery znižujú spotrebu elektrickej energie pri zachovaní vysokej efektivity.

Jednoduché riadenie umožňuje jednoduché používanie v domácich aj laboratórnych podmienkach. Táto rúra môže slúžiť ako základ pre rozsiahlejšie konštrukcie malých taviacich pecí alebo laboratórnych sušiarní.

Technické Parametre

Nižšie sú uvedené technické parametre univerzálnej reflow rúry:

Napájanie: 220 - 240V, 50Hz
Výkon:
- Pohotovostný režim: 1,9W
- Pohotovostný režim + ventilátor: 3,8W
- Horný ohrev + ventilátor: 477W
- Spodný ohrev + ventilátor: 379W
- Oba ohrevy + ventilátor: 837W
- Maximálny výkon: 837W
Rozsah teploty: 40 - 250°C
Časovač: 1 min. - 99 hodín 99 minút

Konštrukcia a Úpravy

Rúra bola rozobratá a pôvodné ovládacie prvky boli odstránené. Predný panel bol vyfrézovaný z hliníkového plechu na CNC stroji podľa elektronického návrhu.

Sériovo vyrábaná rúra neobsahuje tepelnú izoláciu, čo spôsobovalo prehrievanie krytu a tepelné straty. Preto bola pridaná izolácia zvrchu, zboku a pod elektronikou. Sklo-keramická vata je pripevnená k vývodom ohrievacích telies a zaistená tenkými drôtikmi.

Elektronika riadenia je umiestnená na obojstrannej DPS s rozmermi 86x56mm, ktorá je prichytená k spodnému plechu štyrmi skrutkami. Izolačná podložka z cuprextitu bola vložená medzi spodný plech a dosku elektroniky, aby sa predišlo skratu medzi uzemnením rúry a spojmi DPS. Pomocná doska so spínacím tranzistorom MOS-FET je umiestnená nad ventilátorom, ktorý má štvorcový tvar 40x40mm. Ventilátor je umiestnený na zadnom plechu s mriežkou na odvod tepla.

Aj keď je rúra tepelne izolovaná, ventilátor je potrebný na chladenie elektroniky a zabránenie prehriatiu. Pracovná teplota elektroniky by mohla nepriaznivo ovplyvniť funkciu ochrany proti prehriatiu. Teplotný snímač je lacný a presný tepelný senzor typu K, umiestnený v plechovej rúrke priskrutkovanej k bočnému plechu. Senzor je umiestnený tak, aby čo najpresnejšie snímal teplotu okolo objektu.

Celá elektronika je prepojená plochými káblami odolnými voči teplotám do 100°C. Silové káble sú farebne odlíšené a ukončené konektormi typu FASTON, izolovanými v bužírkach. Sieťový kábel a uzemňovacie káble zostali pôvodné.

Elektronika Ovládania Rúry

Elektronika ovládania rúry sa skladá z piatich funkčných celkov: hlavná doska, displej, ventilátor, enkóder a teplotný senzor.

Hlavná doska: Obsahuje riadiacu elektroniku s mikroprocesorom ATmega328p a pomocným kryštálovým oscilátorom. Nachádzajú sa tu pinové vývody pre jednotlivé celky, programovací konektor pre ISP programátor a čip MAX6675 na spracovanie údajov z teplotného senzora. Doska obsahuje aj silovú a napájaciu časť s transformátorom, mostíkovým usmerňovačom, vyhladzovacími filtrami a stabilizátorom.
Displej: Jednoduchý LCD displej formátu 40x20mm, ktorý zobrazuje osem znakov v dvoch riadkoch.
Enkóder: Špeciálny enkóder určený pre Arduino.
Ventilátor: Rozmery 40*40*20mm, pracuje pri napätí 12V a prúde 70mA. Prefúkne 15,12m3 vzduchu za hodinu. Spínanie ventilátora je riešené pomocou tranzistora MOS-FET.
Teplotný senzor: Teplotná sonda typu K, využívajúca termoelektrický jav.

Schéma zapojenia a návrh plošného spoja boli vytvorené v CAD programe Eagle, s cieľom dosiahnuť kompaktnosť a jednoduchú zhotoviteľnosť.

Základy elektroniky #6: Samostatný obvod pre Arduino

Programové Vybavenie

Mikroprocesor vyžaduje riadiaci program, ktorý je napísaný vo vývojovom prostredí pre Arduino. Program pozostáva z konfigurácie pinov, zoznamu použitých knižníc, definícií výrazov a samotného programu. Riadi všetky časti rúry a obsahuje subprogramy pre časovač, ochranu pred prehriatím, kalibráciu, pamäť EEPROM a udržiavanie správneho chodu rúry.

Program využíva pamäť EEPROM na uloženie kalibračnej hodnoty (offset), ktorá ostane nastavená aj po vypnutí rúry.

Riadenie Rúry

Pri prvom spustení po nahratí programu rúra vyžaduje nastavenie prvotnej kalibrácie. Tá sa nastavuje otáčaním enkódera tak, aby teplota v rúre zodpovedala teplote na displeji. Kalibráciu je možné nastaviť aj neskôr, dlhým podržaním enkódera počas úvodného textu.

Po správnom nastavení kalibrácie sa zobrazí prvé menu, ktoré zobrazuje nastavenú teplotu a teplotu vo vnútri rúry. Teplotu je možné nastaviť otáčaním enkódera v rozsahu 40 až 250°C.

Krátkym stlačením tlačidla sa používateľ presunie do druhého menu, kde sa nachádza časovač. V prvom riadku je zobrazený nastavený čas a v druhom riadku zostávajúci čas do konca pečenia. Rozsah nastaviteľného času je od jednej minúty do 99 hodín 99 minút. Pokiaľ je časovač nastavený na 0, ohrev je zapnutý, kým nie je ručne vypnutý.

Po nastavení času sa krátkym stlačením enkódera používateľ dostane do tretieho - informačného menu. Tu sa na prvom riadku zobrazí skutočná teplota v rúre a v druhom riadku zostávajúci čas.

Dlhým stlačením enkódera v akomkoľvek menu sa zapne ohrev. Ohrev sa vypína podobným spôsobom alebo po skončení nastaveného časového intervalu. Pri vypnutí ohrevu skončením časového intervalu sa na displeji zobrazí slovo KONIEC!!! a rúra začne prerušovane „pípať“. Toto neprestane pokiaľ nestlačíme enkóder.

Ventilátor sa ovláda automaticky podľa teploty elektroniky. Keď teplota prekročí 30°C, ventilátor sa zapne. Ak teplota prekročí 55°C, aktivuje sa ochrana proti prehriatiu, ohrev sa vypne, na displeji sa zobrazí nápis VYSOKA TEPLOTA! a rúra začne prerušovane „pípať“. Tento stav sa nedá vypnúť stlačením enkódera, ale je potrebné rúru vypnúť úplne a nechať vychladnúť. Pri opätovnom zapnutí rúra funguje ďalej normálne.

Pri zapnutom ohreve svieti kontrolka ohrevu a príslušný vypínač (horný, dolný alebo obidva ohrevy).

Skúsenosti z Praxe

Prototyp rúry je intenzívne využívaný necelé tri mesiace a doterajšie skúsenosti z praxe ukázali, že je dokonalým pomocníkom pri akejkoľvek činnosti v dielni. Výhodou celej konštrukcie je, že je rúra kompaktná, energeticky úsporná a pokiaľ elektrotechnik nepotrebuje niekoľko profesionálnych rúr, tak aj ľahko zhotoviteľná. Elektrotechnici využívajú teplo najmä pri výrobe plošných spojov (napr. zasychanie fotocitlivého laku), ale aj pri iných výrobných procesoch.

Ukázalo sa, že elektronika riadenia rúry môže byť použitá aj do väčších konštrukcií, napríklad do profesionálnejších rúr na tepelnú úpravu potravín. Celkové náklady síce prevýšili predpokladanú sumu, ale celková suma je omnoho menšia ako cena profesionálnych piecok.

Záver

Univerzálna reflow rúra je dokonalý pomocník do dielne nie len pre elektrotechnikov. Je to pomôcka pre všetkých tých, ktorí potrebujú pri svojej práci alebo výrobnom procese ohrievať menšie telesá. Rúra je postavená univerzálne a dá sa bez akýchkoľvek problémov modifikovať aj na iné použitie, napr. v potravinárstve alebo gastronómii.

tags: #atmega328p #univerzálna #reflow #rúra #návod