Контроллер паяльного фена с TaoBao или Опус о том, как я собирал паяльный фен на микроконтроллере STM32

Уровень миниатюризации радиоэлектронных компонентов привел к тому, что паяльником, даже самым навороченным, не всегда возможно произвести пайку или демонтаж. Во многих задачах выручает паяльный фен.
Это когда он есть… А когда его нет? Вот я и задумался о приобретении/изготовлении паяльного фена. Но покупать готовый — это не наш метод. Поэтому решил собирать самостоятельно. Тем более, уже не однократно, обещал рассказать о контроллере паяльного фена на STM32. Кому интересно, что из этого получилось, прошу под кат (обзор большой, много фотографий).

Как и прошлый раз, когда собирал паяльную станцию на контроллере STM32, все основные комплектующие покупал на ТаоВао. На Тао покупаю сам, без посредников, доставку в Украину осуществляю через форвардера (перевозчика, так наверное привычнее) МистЭкспресс и его китайский филиал Meest China. Данный перевозчик осуществляет доставку в Украину, Россию и Узбекистан. Тарифы на доставку можно посмотреть на сайте meest.cn.
Ссылки на комплектующие, цены в магазинах и с учетом доставки по Китаю на склад МистЭкспресс буду указывать по ходу текста.
Поскольку данный обзор является, как бы, продолжением предыдущего о паяльной станции на контроллере STM32 и некоторые конструктивные моменты аналогичны, то я иногда буду ссылаться на него.

Для сборки паяльного фена нам понадобятся:
— контроллер с органами управления и индикации
— блок питания
— корпус
— ручка паяльного фена
— подставка для ручки фена
Так же пригодятся сопутствующие товары: насадки на носик фена, силиконовый коврик на рабочий стол.

Контроллер паяльного фена с органами управления и блоком питания
В данной разработке китайской инженерной мысли контроллер фена и блок питания расположены на одной плате (будем называть её для простоты описания — плата контроллера и БП), а органы управления и индикации вынесены на отдельную плату.
Комплект покупался тут. Цена на момент покупки составляла 27.74$. С учетом доставки на склад перевозчика — 29.49$. В комплекте, так же, есть 2 шлейфа для подключения платы управления и индикации к плате контроллера и БП.

Данный контроллер обеспечивает следующие параметры:
1. Диапазон рабочих температур 100÷550 ℃.
2. Автоматическая компенсация температуры холодного спая в диапазоне 9÷99 ℃.
3. Переход в режим ожидания при установке ручки паяльного фена на подставку с автоматической продувкой нагревательного элемента и понижением его температуры до 90 ℃.
4. Сохранение пресетов выставленной температуры (5 значений).
5. Режим хранителя экрана с заставкой.
6. Язык интерфейса: упрощенный китайский, английский.

Плата управления и индикации v.1.0

На плате расположен OLED 0.96" дисплей на контроллера SSD1306, подключение к плате контроллера и БП с по I2C шине и энкодер EC11.
Размеры 61х30мм.

Плата контроллера и БП v1.1


Размеры 107х58мм.

Практически всё что необходимо для работы паяльного фена расположено на этой плате.

Внешний осмотр плат оставил двоякое впечатления – сами платы качественные, с шелкографией, флюс отмыт на четверочку, но некоторые SMD элементы стоят кривовато, явно паяли вручную, да и ещё при транспортировке был немного поврежден ферритовый сердечник дросселя в выходном фильтре БП — пришлось заменить на такой.

Корпус
Для паяльного фена был заказан комплект для сборки корпуса. Цена на момент покупки составляла 11.17$. С учетом доставки на склад перевозчика — 12.38$.
В комплект входят:
— два одинаковых П-образных отрезка дюралевого профиля

размеры профиля 150х88х19мм

сечение профиля

Половинки профиля не крашены, а имеет анодированное покрытие.
— передняя панель. Она выполнена из дюралюминия, имеются декоративные фаски, а так же выемки для ручки энкодера и тонированного стекла, в ней уже просверлены все необходимые отверстия. Панель не окрашена, имеет естественный цвет дюралюминия. Надписи нанесены качественно.

Размеры передней панели: 94х42х5мм. По периметру она немного выступает за пределы корпуса.

— задняя панель. Так же выполнена из дюралюминия, в ней имеется фрезерованное отверстие для разъема шнура питания с предохранителем и выключателем питания. Цвет панели черный, покрытие анодировано.

Размеры: 88х38х2мм.

— тонированное стекло имеет «дымчатый оттенок», оклеено защитной бумагой.
Размеры 38х22х3мм.

— ручка на энкодер
— крепежные винты: 4шт. декоративных под шестигранник для крепления передней панели и 4шт. с готовками впотай черного цвета для крепления задней панели.

В том же магазине, где покупался корпус был приобретен разъем для шнура питания с предохранителем и выключателем питания.
Цена на момент покупки составляла 0.47$. Так как разъем покупался в том же магазине, где и корпус, то стоимость доставки на склад перевозчика у них общая.

Расписывать разъем подробно не буду, если кому интересно могут глянуть тут, он такой же.

Ручка паяльного фена.
Ручка паяльного фена предложенная в магазине с контроллером мне не понравилась. Фиксирование насадок типа байонет ИМХО не является надежным, могут спадать в самый не подходящий момент (проверено на практике), поэтому решил покупать ручку фена отдельно.
Была заказана такая ручка паяльного фена

Параметры заявленные магазином:
Рабочее напряжение: 220 В переменного тока ± 10% 50Гц
Выходная мощность: 700 Вт ± 10%
Температурный диапазон: 100÷500 ℃
Подходят насадки с фиксатором в виде хомута с посадочным диаметром 22мм.
Вроде все хорошо, но пробные включения принесли разочарование — большое несоответствие установленной температуры и реальной на выходе сопла, почти в 150 ℃.
Проведя ряд пробных подключений ручек фена от других паяльных станций Юра, ака Nimnul1979, пришел к довольно таки неприятным выводам: данный контроллер паяльного фена жестко «заточен» под конкретную модель ручки фена, точнее сопротивление нагревательного элемента. Ручка фена от паяльной станции Lukey-702 с сопротивлением нагревателя 70 Ом показала наилучшее соответствие установленной температуры и реальной на выходе сопла, практически разбежность равнялась 0.
Вывод по контроллеру: стабилизация температуры «завязана» на протекающий через нагревательный элемент ток (используется измерительный трансформатор тока (TU1) ZMPT107).
Вывод по ручке фена: для данного контроллера не подходит, сопротивление нагревательного элемента

86 Ом. Конструктивные особенности нагревательного элемента и большое отличие его сопротивления от требуемых 70 Ом, не позволили подогнать сопротивление под заданную величину.
Пришлось заказывать другую ручку фена.
Покупать ручку паяльного фена от паяльной станции Lukey-702 не хотелось. Уже был приобретен и пылился в ящике стола набор насадок именно с хомутом. Поэтому была приобретена ручка фена от паяльной станции YIHUA-862D+.

Цена на момент покупки составляла 8.76$. С учетом доставки на склад перевозчика — 10.07$.
Краткие характеристики:
Рабочее напряжение: 220 В переменного тока ± 10% 50Гц
Выходная мощность: 650 Вт
Диапазон температуры горячего воздуха: 100÷480 ℃
Расход воздуха 120 л/мин (макс.)
Посадочное место под насадки диаметром 22мм.

При работе паяльным феном нужна специальная подставка для его ручки.
И если в случае с паяльником, подставка может быть любая (у меня такая), главное что бы удобно было ей пользоваться. То для ручки фена любая не подойдет…
На Тао была приобретена подставка для ручки фена. Цена на момент покупки составляла 1.71$. С учетом доставки на склад перевозчика получится 2.88$.
В комплекте: сама подставка с Г образным кронштейном и 2 винтика М3

Подставка выполнена из пластмассы, типа полистирол, черного цвета и представляет собой U образное ложе в которое упускается ручка паяльного фена

Если подставка закреплена не горизонтально, а под небольшим углом, то что бы ручка фена не выскальзывала на ней есть утолщение (роль которого выполняет защитный кожух гильзы нагревателя), а на самой подставке есть фаска

Положение ручки фена на подставке, при котором защитный кожух гильзы нагревателя упирается в фаску подставки, является основным положением. Именно в таком положении 2 мощных магнита, расположенных в боковых стенках подставки, взаимодействуют с герконом в ручке фена.
Магниты достаточно мощные, винты «прилипают» очень хорошо

от выпадания, магниты зафиксированы клеем

Кронштейн подставки представляет собой стальной уголок, прикреплен к подставке с помощью 4 саморезов (видно на картинке выше). Для крепления подставки к вертикальной поверхности в кронштейне есть 2 отверстия овальной формы

Как и куда крепить свою подставку пока не придумал…

Все основные компоненты рассмотрены, пора переходить к сборке.
Начнем с передней панели.
Как и в случае с контроллером паяльника, передняя панель требует доработки.
Необходимо просверлить маленькое отверстие для упора энкодера, вклеить тонированное стекло и установить разъем GX16-8 для провода к ручке фена.
Если с отверстием и стеклом проблем не возникло, то монтаж разъема потребовал «серьезных» слесарных вмешательств.
Отверстие изначально рассчитанное для разъемы GX12-5 и имеющее диаметр 12мм необходимо рассверлить до 16мм. А так же необходимо шестигранную гайку разъема GX16-8 по наружной кромке обточить до кольца с внешним диаметром 28-29мм и для удобства фиксации сделать 2 запила.

Что в итоге получилось

Корпус так же не избежал доработки. Были установлены ножки (что и как делал смотрим тут). Так же на внутренние поверхности половинок корпуса были приклеены полоски изоляционного материала (по моему целлулоид, применяется в БП компов, между платой и корпусом БП) для электроизоляции корпуса от компонентов платы контроллера. Для лучшей фиксации применил тонкий двусторонний скотч.

Делать стойки для фиксации платы в корпусе не стал, а выпилил из текстолита «уши» (ссылка на YandexDisk)

напаял на них гайки М3

закрепил «уши» на плате контроллера и БП, подогнал всю конструкцию по ширине корпуса и установил в пазы, как БП в моей паяльной станции

Корпус в сборе.


Со слесарными работами закончили, приступаем к пайке.
Приведу схема подключения платы контроллера к периферии (ссылка на YandexDisk)

Ничего сложного, главное правильно всё распаять и соеденить

Ответных частей разъемов платы контроллера и БП в комплекте не было, что-то нашел в «загашнике», что-то прикупил на радиорынке.
Разъем PWR используется для логического включения контроллера паяльного фена, если данный контроллер используется в составе паяльной станции совместно с паяльником

Поскольку у меня паяльный фен будет отдельным устройством, то просто установил перемычку (хорошо подходят перемычки с HDD поколения IDE или материнских плат).

Теперь доделаем ручку фена.
Для подключения ручки фена используется 8-ми жильный кабель.
Схема подключения (в оригинале не так, переделывал)

Добавил термистор

припаял одним контактом к геркону (у них есть общий контакт GND), усадил в термоусадку и зафиксировал термоклеем, перекоммутировал провода на соединительной плате

Приведу распиновку разъема GX16-8 (мой вариант, у кого-то может быть по своему)
1 — красный — минус двигателя турбины
2 — белый — нагреватель фена
3 — серый — нагреватель фена
4 — зеленый — термистор NTC
5 — синий — + термопары
6 — желтый — геркон
7 — коричневый — плюс двигателя турбины
8 — черный — GND
Собираем ручку фена, подключаем разъем к контроллеру, подаем питание и скрестив пальцы, включаем — работает!

Теперь рассмотрим работу паяльного фена.
Устанавливаем ручку фена на подставку и подаем питание. На 2-3 секунды включится турбина фена, на экране появится изображение — паяльный фен запустился и перешел в дежурный режим.

Сначала разберемся с органами управления и меню.
Управление паяльным феном осуществляется с помощью ручки энкодера и геркона в ручке. Доступны разные комбинации управления энкодером: вращение ручки ±, нажатие кнопки ручки, нажатие+вращение ручки ±.
Итак что же мы видим на экране:

— в левом верхнем углу отображается режим работы и выставленная температура для текущего режима
— в правом верхнем углу отображается процент мощности блока питания, которая поступает на нагревательный элемент паяльного фена в данный момент времени
— слева по центру экрана видим текущую температуру на нагревательном элементе паяльного фена
— справа от текущей температуры отображается время работы паяльного фена в рабочем режиме
— в левом нижнем углу отображается скорость воздушного потока в процентном соотношении от максимальной
— в правом нижнем углу отображается знак термометра и температура термодатчика, используемая для компенсации температуры холодного пая.
Переключением режимами паяльного фена управляет геркон в ручке:
— при снятии ручки фена с подставки — рабочий режим (на экране в левом верхнем углу SET)
— при установке ручки фена на подставку — дежурный режим (на экране в левом верхнем углу SBY)

При вращение ручки энкодера ± переходим в режим установки температуры, вращение ручки ± изменяет значение, доступные значения 100÷550 ℃.

При нажатии на кнопку энкодера переходим в режим установки скорости воздушного потока, вращение ручки ± изменяет значение, доступные значения 20÷100%.

При нажатии на кнопку энкодера и повороте его ручки по часовой стрелке попадаем в меню выбора пресетов

Вращением ручки энкодера ± выбираем один из пяти (G1÷G5) пресетов, нажатие на кнопку энкодера применяет выбранные параметры.
Для сохранения пресета сначала необходимо выставить желаемые значения температуры и скорости воздушного потока, потом перейти в меню пресетов, выбрать «SAVE» и нажать на кнопку энкодера, откроется меню выбора необходимой ячейки памяти. Вращением ручки энкодера ± выбрать один из пяти (G1÷G5) пресетов и нажатием на кнопку энкодера сохранить выбранные параметры. Пункт меню «QUIT» — выход на основной экран.
Нажатие на кнопку энкодера и поворот его ручки против часовой стрелки никаких изменений в работе паяльного фена не привносит.

Длительное нажатие на ручку энкодера (более 2-х секунд) позволяет попасть в меню настроек Setup Menu. Всего доступно 10 пунктов меню. Переход между пунктами осуществляется вращением ± ручки энкодера, вход в конкретный пункт — нажатием кнопки ручки.


С управлением разобрались.
Теперь рассмотрим работу паяльного фена.
При поднятии ручки паяльного фена с подставки, он переключается в рабочий режим.

Запускается турбина на оборотах, обеспечивающих заданную скорость воздушного потока и начинает расти его температура. Выход на заданную температуру происходит за 10-20 секунд, при этом наблюдаются незначительные забеги как вверх, так и вниз с амплитудой до 10℃. Момент, когда текущее значение сравнялось с заданным, сопровождается сигналом бузера, так же правее текущей температуры — таймер начинает отсчет времени работы в данном режиме. При смене температуры ручкой энкодера или смене пресета, таймер сбрасывается (так и не понял зачем он нужен, если кто знает для чего этот таймер, подскажите, добавлю в обзор).
При установке ручки паяльного фена на подставку, он переключается в режим ожидания, обороты турбины автоматически повышаются до 100% и происходит быстрое охлаждение нагревательного элемента до 90℃, после чего турбина отключается. После остановки турбины температура немного повышается до ~100℃ и начинает медленно опускаться.



Дополнительные аксессуары, наличие которых желательно, но не обязательно.
Насадки на носик паяльного фена.
Как уже отмечал выше, для паяльного фена были куплены насадки, набор 8шт. Цена на момент покупки составляла 2.16$. С учетом доставки на склад перевозчика — 3.32$.

В набор входят насадки с таким диаметром выходных сопел: 3мм, 4мм, 5мм, 6мм, 7мм, 8мм, 10мм, 12мм.
Внутренний диаметр насадки 22мм

Толщина стенки самой насадки 0,8мм

Толщина стенки трубки сопла 0,6мм

Высота насадки 45мм

Материал из которого выполнены насадки — сталь. Насадки имеют никелированное покрытие
Фиксирование на ручке фена осуществляется с помощью хомута и винта с резьбой М3.

Силиконовый коврик на рабочий стол.
При использовании паяльного фена рабочую поверхность стола желательно закрывать каким-либо теплостойким материалом. Хорошую теплостойкость обеспечивают силиконовые коврики. Поиск на Тао привел в магазин
Предложенный ассортимент заставил задуматься: а что же выбрать? Хотелось по максимуму накрыть стол, иметь ячейки для всякой мелочевки, возможность размещать дополнительное оборудование и инструмент

Но любимое земноводное напоминало — это не первоочередная покупка, будь скромнее в желаниях. В итоге был приобретен коврик размером 350х250х5мм. Фото с магазина

Цена на момент покупки составляла 2.91$. С учетом доставки на склад перевозчика получится 3.93$.
Коврик достаточно тяжелый — 0,25кг. Учитывайте это при покупке на Тао, при доставке вес имеет значение.
Данный коврик подходит как для пайки паяльным феном, так и паяльником, он имеет большую площадь и он самый толстый из представленных в магазине.
Эксплуатация данного коврика на протяжении 3-х месяцев убедила меня в правильности выбора. Рекомендую.

Теперь о затратах.
Стоимость комплектующих (на момент покупки) в магазине на ТаоВао / с учетом доставки на склад МистЭкспресс:
— контроллер 27.74$ / 29.49$
— корпус в сборе 11.17$ / 12.38$
— разъем шнура питания 0.47$ / 0.47$
— ручка фена 8.76$ / 10.07$
— подставка под ручку фена 1.72$ / 2.88$
Итого 49.86$ / 55.29$ + стоимость доставки.
Стоимость дополнительных аксессуаров:
— насадки 2.16$ / 3.32$
— силиконовый коврик 2.91$ / 3.93$

Вес собранного паяльного фена с ручкой и подставкой

составил 0.652кг.
Учитывая, что, согласно тарифам МистЭкспресс, доставка самолетом составляет 8$ за 1кг, плюс консолидация 1$ за 1кг плюс 1$ на оформление посылки — получим стоимость доставки данного паяльного фена ~7$.

Напоследок субъективные выводы.
Рассмотренный контроллер паяльного фена оставил двоякое впечатления – с одной стороны очень хорошо проработана аппаратная часть, хоть БП и имеет некоторые упрощения по сравнению с datasheet (на работу абсолютно не влияют), контроллер STM32 и его обвязка порадовали. Есть всё необходимое, даже больше… А вот программная часть никакая, от слова совсем… Базовый функционал есть, а вот изюминки, как в паяльной станции на контроллере STM32 нет. Всё просто и примитивно. Такое впечатление, что разработчик начал проект, разработал принципиальную схему, а при написании программы — забросил… Вполне возможно так и было, поскольку у этого разработчика появился очередной проект — контроллер паяльника и фена на STM32.
Как итог:
плюсы:
— базовый функционал, но хотелось бы большего, особенно не хватает калибровки
— простое, удобное управление
— информативный дисплей
— 5 пресетов
— малые габариты и вес
минусы:
— жесткая привязка к конкретной модели ручки паяльного фена
— отсутствие калибровки
— нет коррекции температуры и скорости воздушного потока при установке насадок
— цена, не многие захотят отдать 50$ за «обычный паяльный фен».
Стоит ли покупать этот контроллер или нет решать Вам.

Выражаю особую благодарность земляку Юре, ака Nimnul1979, за идейное вдохновение, моральную и техническую поддержку.

Всем спасибо за внимание, жду конструктивную критику и комментарии.

P.S. Если у кого-то с Украины возникнет потребность купить что-либо на ТаоВао, стучите в личку, помогу.
P.P.S. Если кто-то «шарит» в написании программ для STM32 и есть желание «поковырять» прошивку — стучитесь в личку…
Прошивку кому интересно берём yadisk или google
P.P.P.S Спасибо:
— vulkan35 за предоставленный список компонентов

и фотографии новой платы с разъемом для батарейки


может кому-то пригодится при ремонте
— zeliboba244 за принципиальную схему контроллера и блока питания