하코 907 납땜 인두 컨트롤러 – DIY 아두이노 전원 공급 장치 및 LED 디스플레이

부품 및 소모품

부품	수량
하코 907 납땜 인두	1
24V 전원 공급 장치	1
DC-DC 컨버터	1
아두이노 나노 R3	1
MAX7219 LED 매트릭스 컨트롤러	1
커패시터 10µF	1
커패시터 100nF	4
부저	1
저항 50kΩ	1
저항 1kΩ	1
저항 100Ω	2
저항 10kΩ	1
저항 2.21kΩ	1
MOSFET 트랜지스터 IRFZ44N	1
푸시 버튼이 있는 로터리 인코더	1
적색 LED 10개가 있는 LED 바	1
7세그먼트 LED 표시기	1
페라이트 코어	1
1N5408 다이오드	1
항공 플러그 5핀 16mm GX16-5	1
듀폰 케이블 암-암	1

필요한 도구 및 기계

• 납땜 인두 (일반)

앱 및 온라인 서비스

• 아두이노 IDE

프로젝트 소개

면책 조항

이것은 컨트롤러 소프트웨어의 두 번째 릴리스입니다. 일부 버그가 수정되었고 새로운 메뉴가 구현되었습니다. 이 컨트롤러는 더 이상 지원되지 않습니다. 처음부터 새로운 납땜 컨트롤러를 제작하려는 분들은 여기에서 제공되는 또 다른 버전의 납땜 컨트롤러를 제작하는 것을 강력히 권장합니다. 이 기사의 첫 번째 릴리스에 따라 컨트롤러를 제작한 경우, 컨트롤러 펌웨어를 업그레이드하세요. 펌웨어 업그레이드 후 튜닝 절차를 한 번 더 수행해야 합니다.

처음에는 아이디어가 있었습니다

인터넷에서 흥미로운 프로젝트를 검색하던 중, 직접 만든 납땜 스테이션 프로젝트가 깊은 인상을 주었습니다. 이 프로젝트는 그리 복잡하지 않으면서도 잘 문서화되어 있고 매우 실용적이었습니다. 저는 컨트롤러 없이 일반 납땜 인두를 사용하고 있었고, 일반 인두와 이 인두의 차이를 상상할 수 없었습니다. 그래서 직접 컨트롤러를 만들어 체험해 보는 것이 훌륭한 아이디어라고 생각했습니다.

처음 직면한 문제는 납땜 인두에 내장된 커넥터였습니다. 너무 드물게 사용되는 커넥터라 소켓을 찾을 수 없어, 납땜 인두의 특성에 맞는 다른 커넥터 쌍을 사용했습니다. 이 커넥터는 아래 부품 목록에 언급된 항공 플러그 GX16-5입니다. 모든 부품이 우편으로 배송된 후, 저는 나만의 납땜 컨트롤러를 제작할 수 있었습니다.

내 컨트롤러의 주요 특징

• 납땜 인두의 온도를 유지하기 위해 PID 방식이 구현되었습니다. 인두는 약 30초 만에 온도가 상승하며 ±3°C 이내에서 온도를 유지합니다.
• PID 알고리즘이 매우 민감하여 공급 전력을 빠르게 증가시킬 수 있기 때문에, 무거운 사용 시에도 온도를 유지합니다.
• 두 가지 작동 모드를 지원합니다: 온도 유지 모드와 공급 전력 유지 모드.
• 가속 로터리 인코더를 구현했습니다. 인코더를 천천히 돌리면 온도 설정이 1도씩 변경되고, 빠르게 돌리면 5도씩 변경됩니다.
• 온도 설정이 변경된 경우 납땜 인두 사용 후 아두이노 EEPROM에 온도가 저장됩니다.
• EEPROM에 두 가지 사용자 설정 값이 저장됩니다: 디스플레이 밝기와 표시 온도 단위(섭씨 또는 화씨).
• 아두이노 EEPROM에 매개변수를 저장하기 위해 링 버퍼를 구현하여 EEPROM 수명을 연장했습니다.
• 가변 저항 튜닝(나중에 회로도와 설명 참조)과 온도 설정 보정을 돕는 보정 모드를 구현했습니다. 이 모드는 컨트롤러 설정 절차 중에 도움을 제공합니다.

컨트롤러 메뉴

앞서 언급했듯이 컨트롤러에는 여러 모드가 있습니다:

• 대기 모드
• 메인 작동 모드 (온도 유지)
• 전력 모드 (공급 전력 유지)
• 설정 모드
• 튜닝 모드 (납땜 컨트롤러 보정)

컨트롤러의 전원이 켜지면 대기 모드가 활성화됩니다. 이 모드에서는 납땜 인두의 전원이 꺼지고 메인 화면에 'OFF' 메시지가 표시됩니다. 때때로 대기 모드에서 메인 화면에 온도 설정이 표시됩니다('t.' 기호가 왼쪽 세그먼트에 표시). 인코더 핸들을 돌려 필요한 온도를 조정할 수 있습니다. 납땜 인두가 이전에 사용된 경우, 대기 모드에서 표시기는 '냉각 과정'을 애니메이션으로 표시하고 LED 바는 인두가 얼마나 뜨거운지 나타냅니다. 인두가 차가워지면 메인 화면에 'C0Ld' 메시지가 표시됩니다.

납땜 인두의 전원을 켜려면 인코더 핸들을 가볍게 누르세요. 컨트롤러가 메인 모드로 전환됩니다. 이제 컨트롤러는 납땜 인두 온도를 설정 온도 근처로 유지합니다. 인코더를 돌려 설정 온도를 변경할 수 있습니다. 메인 화면에는 설정 온도(왼쪽 숫자에 't.' 기호) 또는 현재 납땜 인두 온도가 표시됩니다. LED 바 표시기는 공급 전력을 보여줍니다. 대기 모드로 돌아가려면 인코더 핸들을 가볍게 누르세요.

메인 모드에서 인코더를 길게 누르면 전력 모드로 전환할 수 있습니다. 전력 모드에서는 인코더를 돌려 납땜 인두에 공급되는 전력을 직접 수동으로 조정할 수 있습니다. 메인 화면에는 인두 온도가 표시되고, LED 바에는 공급 전력이 표시됩니다. 인코더 핸들을 길게 누르면 전력 모드에서 메인 모드로 돌아갑니다.

대기 모드에서 인코더를 길게 누르면 설정 모드로 진입합니다. 설정 모드에서는 구성 매개변수를 조정할 수 있습니다. 이 모드에는 5개의 메뉴 항목이 있습니다:

• 온도 단위 ('Un. C/F')
• 디스플레이 밝기 ('br. [0-15]')
• 인두 보정 ('tunE')
• 변경 사항 저장 ('APLy')
• 변경 사항 취소 ('CACL')

인코더 핸들을 돌려 메뉴 항목을 선택합니다. 선택한 항목을 변경하려면 인코더 핸들을 가볍게 누르세요. 매개변수 조정 후 핸들을 다시 누르면 설정 메뉴로 돌아갑니다. 인코더 핸들을 길게 누르면 대기 모드로 돌아가며 매개변수가 EEPROM에 저장됩니다. 'Apply' 항목에서 인코더를 가볍게 눌러 매개변수를 저장할 수도 있습니다. 메뉴에서 메인 모드로 돌아가며 변경 사항을 취소하려면 30초간 기다리거나 'cancel' 항목을 선택하세요.

센서 판독값의 핵심 회로도 변경

이 컨트롤러의 전기 회로도는 원본에 비해 약간의 변경 사항이 있습니다. 먼저, 제 인두 핸들인 하코 907은 온도 측정에 열전대가 아닌 서미스터를 사용합니다. 이는 아래 그림과 같이 온도를 읽는 회로를 변경해야 함을 의미합니다.

하코 907 핸들의 센서 저항은 차가울 때 약 50Ω이고, 납땜 인두 온도가 400°C가 되면 약 200Ω까지 상승합니다. 다른 인두 핸들은 다른 매개변수를 가질 수 있으므로, LM358N 증폭기를 튜닝하기 위해 가변 저항을 사용하기로 했습니다. 이 가변 저항은 다음과 같이 튜닝해야 합니다: 인두가 뜨거울 때 출력 전압이 약 4볼트가 되어야 합니다(아두이노 A0 핀 판독값 700).

두 번째 릴리스에 대한 참고 사항: LM358N 증폭기는 그다지 정확하지 않습니다. 이 증폭기를 사용하면 온도 판독값에 약간의 변동이 있습니다. 새로운 컨트롤러를 제작할 경우, 다른 버전의 하드웨어를 사용하거나 증폭기를 더 정확한 것으로 교체하는 것을 권장합니다. 예를 들어 AD822, LT1013 또는 LMC6462가 있습니다.

보정 절차를 단순화하기 위해 컨트롤러 내부에 튠 모드가 구현되어 있습니다. 튠 모드는 설정 메뉴에서 실행할 수 있습니다.

보정 절차에는 두 가지 목표가 있습니다: 가변 저항 조정과 컨트롤러의 온도 판독값을 섭씨 또는 화씨 온도로 변환하는 공식 계산. 납땜 인두 온도는 아두이노의 A0 핀을 읽어 0-1024 내부 단위로 측정됩니다. 내부 온도 단위를 사용하는 것은 편리하지 않으므로, 이를 사람이 읽을 수 있는 값으로 변환해야 합니다.

튠 모드

컨트롤러를 보정하려면 외부 온도계가 필요합니다.

튠 모드에서는 가변 저항을 조정하고 컨트롤러의 온도 판독값을 보정할 수 있습니다. 프로그램 스케치에서는 납땜 인두의 온도 범위가 180-400°C라고 가정합니다. 프로그램 내부의 상수를 편집하여 이 범위를 변경할 수 있습니다.

튠 메뉴에는 다음 5개 항목이 있습니다:

• 상한 온도 튜닝 (왼쪽 세그먼트의 위쪽 사각형)
• 하한 온도 튜닝 (왼쪽 세그먼트의 아래쪽 사각형)
• EEPROM에 기본값 쓰기 ('dEFt')
• 보정 데이터 저장 ('APLy')
• 변경 사항 없이 이전 메뉴로 돌아가기 ('CACL')

첫 두 메뉴 항목의 숫자는 상한 및 하한 온도의 센서 판독값을 나타냅니다. 처음에는 값이 0과 같습니다.

튠 모드가 활성화되면 최대 및 최소 온도를 설정해야 합니다. 먼저 최대 온도를 설정합니다. 컨트롤러는 이 모드에서 내부 단위로 온도 판독값을 표시합니다. 인코더를 돌려 외부 온도계로 400°C를 유지하도록 전력을 조정합니다. 처음에는 최대 전력으로 올려 인두 가열을 가속한 다음, 전력을 줄여 400°C에서 온도를 유지합니다.

이제 가변 저항 핸들을 돌려 판독값이 700 정도가 되도록 합니다. 이 판독값이 최댓값이 아닌지 확인하고, 가변 저항을 돌려 730-750을 얻은 다음 다시 700으로 되돌립니다. 이는 컨트롤러가 최대값보다 높은 온도도 측정할 수 있어야 하기 때문에 중요합니다.

가변 저항이 조정되면 인코더를 가볍게 누르세요. 이제 최소 온도인 180°C를 조정할 차례입니다. 인코더를 돌려 전력을 줄여 180°C에서 온도를 유지한 다음, 핸들을 길게 누르거나 메뉴에서 'APLy' 항목을 선택하여 변경 사항을 저장합니다. 컨트롤러는 400°C와 180°C의 내부 온도 판독값을 저장합니다. 이 데이터는 내부 온도 판독값을 섭씨(또는 화씨) 온도로 변환하는 데 사용됩니다.

납땜 인두 히터의 부수적인 회로도 변경

친구가 전원 공급 장치 커패시터의 수명을 연장하기 위한 또 다른 회로도 변경을 제안했습니다. 아래 그림에서 볼 수 있듯이, PWM이 MOSFET 트랜지스터를 활성화할 때 전력 피크를 제한하기 위해 인덕턴스를 구현했습니다.

L1 인덕턴스는 지름 약 2cm의 페라이트 코어에 1mm 전선 12회 감은 것입니다. 1N5408 다이오드는 MOSFET이 꺼질 때 L1 인덕턴스의 전력을 제거합니다. 이 조언이 전원 공급 장치 수명을 연장하는 데 도움이 되기를 바랍니다. 이 인덕턴스는 원하지 않는 경우 직선 전선으로 대체할 수 있습니다.

결론

제어되는 납땜 인두를 사용하는 것은 큰 즐거움입니다. 빠르게 가열되고 상황에 적합한 온도를 유지합니다.

코드

납땜 컨트롤러 소스 코드

GitHub에서 보기

회로도