Zbuduj timer do lutownicy - opis wykonania, schematy, montaż

Do czego to służy? - timer do lutownicy

Najlepiej i najczęściej pracuje się z lutownicą grzałkową. Na rynku można spotkać wiele ich rodzajów, od najprostszych, w których grzałka jest zasilana prosto z sieci 230V, do lutownic, w których grzałka jest zasilana ze stacji lutowniczej, która de facto też jest zasilana z sieci 230V.

Podczas wykonywania szeregu czynności podczas naprawy czy podczas testowania układu elektronicznego okazuje się, że przez większość czasu taka lutownica jest niepotrzebnie włączona lub, co gorsza, zapomina się ją wyłączyć nawet po skończonej pracy. Pozostawienie włączonej niepotrzebnie grzałki w lutownicy powoduje, że grot jest cały czas rozgrzany, przez co szybciej ulega wypaleniu i zużyciu, powoduje to także marnowanie energii elektrycznej i może być przyczyną pożaru.

Opisywany timer do lutownicy ma za zadanie zapobiec takim sytuacjom poprzez wyłączenie lutownicy, kiedy nie jest używana. Po włączeniu timera na lutownicę bądź na stację lutowniczą podawane jest napięcie 230V, które jest wyłączane po upływie określonego czasu, np. 10 minut. Czas ten można oczywiście ustawić pod własne preferencje, od jednej minuty do 30 minut.

Minutę przed końcem odmierzanego czasu generowany jest sygnał dźwiękowy i świetlny, który ma za zadanie poinformować nas, że zaraz lutownica się wyłączy i możemy podjąć decyzję, czy ma dalej pracować, czy ma się wyłączyć. Oczywiście wyłączenie lutownicy może nastąpić w dowolnej chwili poprzez naciśnięcie przycisku wyłączającego timer i ustawiającego go w tryb czuwania.

Komunikacja z timerem może odbywać się na dwa sposoby: poprzez wyświetlacz segmentowy LED, diody sygnalizacyjne LED1–LED3 i sygnały dźwiękowe, a jeżeli ktoś będzie chciał zrezygnować z wyświetlacza LED, to tylko poprzez diody LED1–LED3 i sygnały dźwiękowe.

Jak działa timer do lutownicy?

Na rysunku 1 przedstawiono schemat płytki głównej timera. Do złącza CON1 należy dołączyć zasilanie z sieci 230V. Po podłączeniu zasilania w transformatorze TR1 zostaje ono obniżone do bezpieczniej wartości około 10V, a następnie wyprostowane w mostku Graetza i ustabilizowane w stabilizatorze U1-7805 na poziomie 5V. Głównym układem urządzenia jest mikrokontroler ATmega8. Mikrokontroler ten taktowany jest rezonatorem X1 o częstotliwości 8MHz.

Do mikrokontrolera dołączono dwa przyciski MS1 i MS2, które służą do konfiguracji i obsługi timera. Do wyjścia PD1 dołączono przetwornik piezo BZ1, który ma za zadanie generować sygnały dźwiękowe informujące nas o stanie urządzenia. Rezystory R4...R6, R8... R13 ograniczają do bezpiecznej wartości prąd diod sygnalizacyjnych LED1... LED3 oraz diod segmentów wyświetlacza LED. Rezystory R15, R16 ograniczają prąd bazy tranzystorów T1, T2. Tranzystory T1, T2 służą do włączania poszczególnych wyświetlaczy.

Rys.1 Schemat płytki głównej timera do lutownicy

Obwód wykonawczy zasilający dołączoną lutownicę został zbudowany na triaku T3 i optotriaku U3, załączanym przy przejściu napięcia sieci przez zero. Rezystor R3 służy do ograniczenia prądu diody optotriaka U3. Natomiast rezystory R1, R2 zabezpieczają triak T3 przed ewentualnymi prądami impulsowymi. Bezpiecznik F1 4A zabezpiecza wyjście CON2 przed ewentualnym zwarciem. Do złącza CON2 należy dołączyć przewód fazowy L i neutralny N naszej lutownicy oraz przewód PEN do złącza CON1.

Do złącza CON3 dołączamy płytkę wyświetlacza dwucyfrowego LED. Schemat tej płytki został przedstawiony na rysunku 2. Na płytce tej znajduje się tylko wyświetlacz i złącze do przylutowania przewodu łączącego obie płytki: timera i wyświetlacza. Schemat ideowy i montażowy płytki został zapożyczony z mojego projektu pt. „Monitor zaniku płomienia”, opublikowanego w EdW nr 9/2018, co przyśpieszyło prace nad timerem.

Jak wspomniałem wcześniej, głównym układem urządzenia jest mikrokontroler ATmega8 i zawarty w nim program. Program został napisany w BASCOM-ie. Programując mikrokontroler, należy pamiętać, żeby ustawić fusebity na pracę z rezonatorem zewnętrznym – Fusebit; CKSEL=1111 SUT=10. Program można pobrać z Elportalu wraz z dokumentacją płytek.

Rys.2 Timer do lutownicy - schemat płytki wyświetlacza dwucyfrowego LED

Po włączeniu urządzenia zaświeca się dioda LED1 – zielona, sygnalizująca, że urządzenie jest włączone do sieci, a na wyświetlaczu LED zaświecają się dwie poziome kreski sygnalizujące, że urządzenie jest w trybie gotowości. Zawarty w mikrokontrolerze program startuje i odczytuje z pamięci EEPROM wartość liczbową czasu pracy timera, a tym samym lutownicy.

Po zaprogramowaniu mikrokontrolera i pierwszym uruchomieniu wartość ta wynosi 10 minut. W celu zmiany tej wartości należy wyłączyć a następnie włączyć urządzenie, trzymając wciśnięty równocześnie przycisk MS1. Urządzenie przejdzie w tryb zmiany czasu pracy, co zostanie zasygnalizowane sygnałem dźwiękowym z przetwornika piezo, zaświeci się dioda LED3 – czerwona, a na wyświetlaczu pojawi się wartość liczbowa, odpowiadająca ustawianemu czasowi.

Za każdym razem, gdy uruchamiamy ten tryb, wartość ta rozpoczyna się od początkowej równej jedną minutę. Wartość tę można zmieniać w zakresie od jednej minuty do 30 minut. Każde kolejne naciśniecie przycisku MS1 powoduje zwiększenie tej wartości o 1 minutę. Zmiana ta sygnalizowana jest krótkim sygnałem dźwiękowym, wyłączeniem i włączeniem diody LED3 oraz zmianą wartości na wyświetlaczu LED.

Wyświetlacz LED pokazuje aktualną wartość ustawianego czasu. Jeżeli podczas ustawianego czasu dojdziemy do granicznej wartości 30 minut, zostanie wygenerowana melodyjka i dalsze naciskanie przycisku MS1 nie będzie powodować żadnej reakcji ze strony urządzenia – zatrzymamy się na tej wartości.

W każdej chwili podczas ustawiania czasu pracy możemy zapisać ustawioną wartość do pamięci EEPROM, naciskając przycisk MS2, co zostanie zasygnalizowane krótkim sygnałem dźwiękowym, wyłączeniem diody LED3 oraz na wyświetlaczu pojawią się dwie poziome kreski – jesteśmy w trybie gotowości. Jeżeli podczas ustawiania czasu pomylimy się w zliczaniu ustawianych minut lub przekroczymy pożądaną wartość, należy odłączyć urządzenie od zasilania i wartość ta nie zostanie zapisana w pamięci EEPROM.

Fot.1 Timer do lutownicy - wnętrze obudowy

Komunikacja z urządzeniem może odbywać się poprzez wyświetlacz LED lub bez niego. Jeżeli ktoś zrezygnuje z wyświetlacza, to zliczając generowane sygnały dźwiękowe lub licząc wyłączenia diody LED3, może oszacować, jaki jest ustawiony czas pracy urządzenia (wartość początkowa wynosi jeden, żeby można było w łatwy sposób policzyć minuty).

Po włączeniu zasilania urządzenie jest w trybie gotowości, na wyświetlaczu święcą się dwie poziome kreski, dioda LED1 – zielona, świeci, wyjście CON2 jest wyłączone. Naciśnięcie przycisku MS1 powoduje wygenerowanie krótkiego sygnału dźwiękowego, załączenie obwodu wyjściowego i na złączu CON2 pojawia się napięcie sieci 230V. Dodatkowo zaświeca się dioda LED2 – żółta, sygnalizująca, że załączone jest wyjście, a na wyświetlaczu LED wyświetla się liczba minut do końca pracy dołączonej lutownicy.

Co około minutę wartość ta zmniejszana jest o jeden aż do zera. Jeżeli wartość minut osiągnie 1, generowany jest sygnał dźwiękowy i zaświeca się dodatkowo dioda LED3. Możemy podjąć decyzję, czy urządzenie ma się wyłączyć, czy pracować dalej. Naciśnięcie przycisku MS1 spowoduje, że urządzenie będzie zliczało od nowa czas zgodnie z wartością zapisaną w pamięci EEPROM.

Kilkakrotne naciśnięcie przycisku MS1 nie powoduje dodawania więcej czasu. Oczywiście naciśnięcie przycisku MS1 w każdej dowolnej chwili powoduje, że czas będzie zliczany od nowa. Nie trzeba więc czekać, aż pozostanie mniej niż jedna minuta żeby wydłużyć czas pracy. Jeżeli liczba minut spadnie do zera, wyłącza się wyjście CON2, wyłączają się też diody sygnalizacyjne LED2, LED3 i dołączona lutownica przestaje pracować – urządzenie przechodzi w stan gotowości.

Fot.2 Timer do lutownicy - wnętrze obudowy

Urządzenie można w każdej dowolnej chwili wyłączyć, naciskając przycisk MS2, co spowoduje wygenerowanie krótkiego sygnału dźwiękowego, natychmiast wyłącza się wyjście CON2, wyłącza się dioda LED2 i ewentualnie LED3, i urządzenie przechodzi w stan gotowości.

Tak jak przy zapisywaniu czasu pracy urządzenia mogliśmy pracować bez wyświetlacza LED, tak i w tym przypadku obserwując stan diod LED2 – żółtej i LED3 – czerwonej, możemy odczytać w jakim stanie jest urządzenie. Świeci się dioda LED2 – urządzenie pracuje, świeci dioda LED2 i równocześnie LED3 – pozostało mniej niż minuta pracy, nie święcą się diody LED2, LED3, a świeci się tylko LED1 (zielona) – urządzenie jest w trybie gotowości.

Montaż i uruchomienie timera do lutownicy

Projekty płytek zostały przedstawione na rysunku 3 i rysunku 4. Płytki zostały zaprojektowane w technologii przewlekanej i należy je montować z ogólnie przyjętymi zasadami.

Montaż najlepiej rozpocząć od elementów jak najmniejszych. Na początku najlepiej wlutować wszystkie rezystory, następnie diody, kondensatory ceramiczne, tranzystory, pod mikrokontroler zastosować najlepiej podstawkę, w następnej kolejności optotriak, kondensatory elektrolityczne, a następnie złącza ARK, oprawkę na bezpiecznik oraz triak. Do triaka T3 należy przykręcić radiator, a następnie wlutować transformator TR1.

Jeżeli płytkę urządzenia będziemy chcieli umieścić w obudowie, to elementów LED1, LED2, LED3, MS1, MS2 oraz buzzera nie lutujemy; umieścimy je na obudowie. Po zmontowaniu płytki głównej przystępujemy do montażu płytki wyświetlacza, zwracając uwagę, czy nie powstały zwarcia pomiędzy ścieżkami a polami lutowniczymi.

Rys.3 Timer do lutownicy - projekt płytki głównej

Gdy już mamy zmontowane obie płytki, należy je połączyć między sobą przewodami lub wykorzystać do tego kawałek taśmy od komputerowego dysku IDE.

Prezentowane urządzenie zostało zamontowane w obudowie Z50. Na fotografii 1 widać wnętrze obudowy, natomiast na fotografi i 2 przód obudowy. W przednim panelu tej obudowy został zamontowany wyświetlacz LED. Otwór pod ten wyświetlacz najlepiej wykonać, przykładając w docelowym miejscu wyświetlacz LED i obrysować go ołówkiem.

Rys.4 Projekt płytki wyświetlacza dwucyfrowego LED

Następnie w obrysie tym narysować drugi, kilka milimetrów mniejszy i po jego obrysie małym wiertłem nawiercić otwory i wyłamać tak powstałe wypełnienie. Pozostałości plastiku po wyłamaniu wypełnienia należy spiłować aż do pierwszego obrysu. Wyświetlacz możemy zamontować do panelu przedniego klejem na gorąco. W panelu tym wiercimy też otwory pod diody sygnalizacyjne LED1...LED3 oraz pod dwa włączniki MS1, MS2.

W tylnym panelu obudowy wiercimy mały otwór na przewody od buzzera BZ1, a następnie buzzer ten przyklejamy do tylnego panelu klejem typu kropelka. W panelu tym wiercimy też otwór na przewód zasilający 230V oraz na przewód, na końcu którego zamontujemy gniazdo do podłączania lutownicy. Na przewodach tych w miejscu przejścia przez panel, po obydwu stronach, możemy zamontować ze znaczną siłą opaski zaciskowe, które zapobiegną wyrwaniu bądź wepchnięciu przewodów do środka obudowy.

W urządzeniu występuje napięcie niebezpieczne dla życia i zdrowia, należy więc zachować szczególną ostrożność podczas montażu i użytkowania urządzenia!

Fot.3 Timer do lutownicy - bez obudowy

Do złącza CON1 płytki dołączamy przewód sieciowy: do otworu oznaczonego jako L dołączamy fazę, do otworu oznaczonego jako N dołączamy przewód neutralny, do otworu oznaczonego jako PEN dołączamy przewód ochronny. Złącze CON2 służy jak wyjście i do tego złącza dołączamy przewód, na końcu którego znajduje się gniazdo do podłączania lutownicy: do otworu oznaczonego jako L dołączamy przewód fazowy, do otworu oznaczonego jako N dołączamy przewód neutralny a przewód ochronny z tego przewodu dołączamy do otworu oznaczonego jako PEN w złączu CON1.

Ponieważ w obudowie tej przyciski sterujące zostały zamontowane z przodu obudowy, pod wpływem nacisku na nie obudowa może się przesuwać do tyłu. Aby zminimalizować ten efekt, proponuję na spodniej stronie obudowy przykleić taśmą klejącą dwustronną wycięty na wymiar kawałek podgumowanej podkładki pod mysz.

Zmontowane urządzenie nie wymaga uruchomienia, ewentualnie możemy dokonać korekty czasu pracy, zapisując nową wartość w zakresie od 1 minuty do 30 minut.