Аппарат для точечной сварки с мозгами из Arduino

Как-то понадобился сварочный аппарат для соединения разных аккумуляторов, не то чтобы сильно нужен был, но если захотелось, то почему бы и не сделать. Прочитав в интернетах о подобных сварках выяснил, что необходимо регулировать длительность сварочного импульса чтобы не прожечь металл, а если есть возможность приделать к этому всему дисплей для вывода какой-либо полезной информации, так это вообще «огонь». Для этой цели вполне подошла Arduino Nano. Некоторые составные части были куплены в оффлайне, некоторые на али и ебее.

Компоненты из оффлайна:

— трансформатор (из поломанной микроволновки);
— медный кабель КГ 1х25 сечением 25 мм — 3м (230*3 = 690 руб.);
— наконечник медный ТМ-70 — 2 шт. (35*2 = 70 руб.);
— термоусадочная трубка диаметром 12 мм — 3м (20*3 = 60 руб);
— термоусадочная трубка диаметром 25 мм — 1м (50 руб);
— корпус — 1шт (100 руб.);
— кнопка — 1шт (из личных запасов);
— медный провод одножильный ПВ1 сечением 6 мм — 0,5 м (из личных запасов);
— болты, шайбы, гайки и шурупы (из личных запасов).

Компоненты купленные в онлайне:

— Arduino Nano v.3 куплен тут (126 руб.);
— энкодер KY-040 куплен тут (45 руб.);
— дисплей LCD1602 куплен тут (87 руб.);
— конвертер IIC/I2C для дисплея куплен тут (40 руб.);
— твердотельное реле SSR-40DA, куплен на ебее, но продавец уже не торгует этим товаром, поэтому ссылка на продавца с али (240 руб.);
— соединительные провода, куплены тут (100 руб.);
— варистор 10D471K куплен тут (5 руб)

Цены актуальные на момент совершения покупки.

По отдельности каждый компонент рассматривать не буду, так как на муське полно подобных обзоров по ардуине и всяким шилдам. Хочу отметить что все составляющие хорошего качества, по срокам доставки тоже всё хорошо, около месяца.

Итак приступим. Для начала необходимо переделать трансформатор, для этого ножовкой по металлу спиливаем с одной стороны, вторичную, повышающую обмотку. Она обычно сверху и намотана тонким проводом. При этом очень важно не повредить первичную обмотку, она намотана толстым проводом. Спилили — отлично! Теперь выбиваем с помощью молотка оставшуюся часть обмотки и токоограничивающие шунты, это такие пластины прямоугольные между обмотками, из трансформатора. Задача не простая, но выполнимая.
Для сварочного аппарата вторичная обмотка трансформатора должна содержать 2 витка кабеля сечением не менее 70 квадратных мм. Намотать кабель такого сечения совсем не просто, поэтому будем использовать 3 кабеля КГ 1х25 сечением 25 мм. И всё бы хорошо, но места для 2 витков кабеля в трансформаторе не хватит, из-за того что в нём очень толстая резиновая изоляция. Режем, по всей длине кабеля, очень аккуратно, снимаем изоляцию. Сняли — хорошо! Теперь надо надеть :) На кабель надеваем термоусадочную трубку, все 3 метра. Это ещё та забава, сначала легко — потом не очень. Теперь прогреваем по всей длине промышленным феном чтобы термоусадка поплотнее «села». Кабель режем на 3 равных части, и одновременно тремя кабелями наматываем вторичную обмотку. Края зачищаем, оставляем по 20 сантиметров, сматываем вместе, если всё сделано аккуратно то кабеля сами скрутятся между собой в один цельный сечением 75 квадратных мм. На зачищенные края надеваем примерно по 10 см термоусадочной трубки диаметром 25 мм и снова греем. На кабель надеваем наконечник медный ТМ-70, у меня остался небольшой зазор, чтобы наконечники не слетел в пустоты между кабелем и наконечником были вставлены нарезанные медные толстые одножильные провода. Через шприц вливаем флюс в наконечник и над газовой плитой прогреваем и пропаиваем припоем. Процесс не быстрый, припоя нужно много. После пайки надеваем ещё 10-15 см термоусадочной трубки диаметром 25 мм и греем. В качестве электродов для сварки используется медный одножильный провод сечением 6 квадратных мм.
В процессе переделки трансформатора к сожалению фотографий не делал, в итоге трансформатор буде выглядеть примерно так:

Теперь надо всё это соединить и написать программу для управления.

Дисплей LCD1602 и конвертер IIC/I2C для дисплея соединяются очень просто, вставил и спаял, между ними для изоляции двухсторонний скотч. На конвертере джампер для включения или отключения подсветки и переменный резистор для регулировки контрастности.

Конвертер IIC/I2C и Arduino Nano v.3 подключаем так:

Arduino — LCD i2c
GND <---> GND
5V <---> VCC
A4 <---> SDA
A5 <---> SCL

Arduino — энкодер KY-040
GND <---> GND
5V <---> +
D2 <---> DT
D3 <---> CLK
D4 <---> SW


Для того чтобы прошить устройство не разбирая его целесообразно вывести кнопку сброса на корпус (оранжевый, бело-оранжевый провода).

Arduino — Кнопка
GND <---> 1 контакт кнопки
RST <---> 2 контакт кнопки



Твердотельное реле, через которое подаётся напряжение на трансформатор, подключено следующим образом (синий, бело-синий провода).
Arduino — Реле SSR-40DA
GND <---> — контакт (4)
D5 <---> + контакт (3)

Параллельно реле (контакты 1 и 2) подключен варистор 10D471K для защиты по напряжению. Твердотельным реле повышенное напряжение очень не нравится.



Ардуину пакуем в термоусадку. Как-то не очень получилось. Есть решение — сверху изоленты немного. Знаю, синяя была бы надёжнее…


Теперь надо вставить всё это дело в корпус. С круглыми отверстиями проблем не должно быть, а вот с прямоугольными сложнее, но не на много. Опять же, фото нет, буду рассказывать «на пальцах».

Сверлим отверстия по углам прямоугольника по заранее известным размерам. С помощью линейки и острого ножа прорезаем не глубокие каналы от отверстия до отверстия по периметру. Продеваем капроновую нить в два отверстия, крест накрест, по диагонали и режем как ручной тросовой пилой. От трения пластик нагревается режется очень быстро и ровно. Далее внутрь выламываем треугольники, пластик сломается ровно по линии. Я ошибся с размерами и пришлось подрезать, поэтому нижний край кривоват.

Теперь надо запихнуть всё это в корпус и закрыть.


Сборка завершена, «пилим софт». Ардуина должна включать реле на короткий промежуток времени. Временной интервал будет от 10 мс до 120 мс. По нажатию кнопки энкодера выдерживается пауза в 6 секунд, для того чтобы успеть прижать электроды посильнее, после этого включается реле и происходит сварка.

Енкодер работает только на D2 и D3 пинах ардуины. Данные выводы могут быть сконфигурированы в качестве источников прерываний, возникающих при различных условиях: при низком уровне сигнала, по фронту, по спаду или при изменении сигнала. Остальные пины можно менять.

Теперь надо залить скетч в ардуино.

«Ложка дёгтя» в Arduino IDE 1.6.6. Библиотека LiquidCrystal_I2C выводила на дисплей только одну, первую букву текста. Лечится это использованием обновлённой версии библиотеки взятой тут. Как на версии Arduino IDE 1.6.7 не знаю, не проверял.

Залили прошивку.


Сварим что-нибудь. Для начала фото сварки без ардуины, вручную замыкая на минимально возможный промежуток времени контакты через кнопку. Слабонервным не рекомендуется к просмотру :)


А теперь как должно быть.

Сваривается хорошо, пластина отрывается с «мясом».
В результате получилась полезная в хозяйстве штуковина, с приблизительной себестоимостью около 1600 рублей. В процессе сборки и тестирования сжег одно твердотельное реле, предположительно из-за того что коммутировал им более чем на 2 секунды.

Основные моменты:
— сварные кабели (из трансформатора) большой длины не оставлять;
— общее сечение кабеля не менее 70 квадратных мм.;
— на длительное время реле не замыкать, предполагаю что не более чем на 0,5 секунды;

На этом всё, спасибо за внимание!