Контроллер паяльника для жал T12 "KSGER T12 V2.3" и самодельный 3D-печатный корпус к паяльной станции на его основе

У меня была паяльная станция, состоящая из фена "Lefavor 8858" и самого базового контроллера жал T12, не раз обозревавшегося на этом сайте (хороший здешний обзор №1 и номер 2). Но не устраивал скудный дисплей семисегментного типа и, вдобавок, дома появился 3D-принтер, что само по себе является мотивацией сделать корпус той степени проработанности, которая полностью устраивала бы меня.

Было принято решение повторить какую-нибудь удачную конструкцию, либо разработать самому, либо купить что-то хорошее готовое, т.к. богатая коллекция жал типа T12 не даст мне перейти на автономные современные паяльники, где вся управляющая электроника встроена в корпус. 

После изучения потенциала рынка я разрывался между двумя вариантами: 

1. Купить контроллер T12 на базе STM32 и перепрошиться на прошивку от deividAlfa и накатить ее, например, на контроллер KSGER с на базе STM32 из соответствующего магазина. Плюсы — это крайне обширный функционал, наличие более чем достаточного количества ячеек для калиброванных жал, точность регулирования. Минус только один — это небольшой OLED-экран, а хотелось бы побольше и покрасочнее. Должно получиться вот так: 

2. Приобрести плату контроллера KSGER v2.3 на базе 32 разрядного ARM-контроллера Zbit Semi cx32l003f8 с менее богатым функционалом, но минимально достаточным для нормальной работы. Зато экран будет радовать взор.

Было принято философское решение делать оба варианта: второй себе, первый — в подарок. Обозревать буду вариант 2, т.к. первый еще не доделан.

На фото выше нормально откалиброванная по температуре и ПИД паяльная станция, исправно выполняющая функции домашнего электронного творчества. Но душа требует погружения в мир Enterprise — чтобы был графический экран, максимальное количество настроек, богатые возможности калибровок.

В процессе поиска куплен за 2266 руб вот такой комплект марки Lefavor, состоящий из паяльной станции, ручки и одного жала T12, привлекший внимание относительно крупным OLED-экраном.

Обозревать ее не буду, но могу сказать, что это нормально сделанная паяльная станция, разочаровавшая отсутствием возможности сохранять настройки калибровки для более чем одного жала (хотя в описании заявлена «функция памяти данных», что и подкупило, но означает лишь банальное сохранение настроек в EEPROM). За четыре секунды набирает температуру 300°C, отлично держит ее при пайке. Работать с ней приятно.

Обзор платы контроллера

Перед нами предстает плата размерами 88х35мм с цветным 1.8 дюймовым TFT экраном, энкодером и авиационным разъемом GX12-5. Со стороны энкодера сделана перфорация, позволяющая полноценно использовать отломленный кусок платы с энкодером как модуль на проводах (контактные отверстия при этом предусмотрены). А со стороны разъема полноценного количества контактных площадок для пайки не предусмотрено.

На тыльной стороне платы виден полевой транзистор со стертой маркировкой. Но если прикинуть, то в корпусе DPAK нормальный полевик имеет ток стока 14-16А и сопротивление открытого канала <0.08Ом. Поэтому как по охлаждению ключа, так и по мощности для жал типа T12 этого хватит с запасом. 

Также видно сердце платы — ARM® Cortex®-M0 микроконтроллер Zbit Semi cx32l003f8. Тактируется без кварца и, судя по даташиту, может работать в таком режиме до самой максимальной частоты в 24МГц. Имеет на борту 7-канальный 12bit АЦП, контроллер зуммера. Наш экземпляр имеет 4Kb ОЗУ и 64Kb ПЗУ, что вполне хорошо для такого класса приборов.

Разъем GX12-5 разведен с исполнением под компенсационный термистор в исполнении Lefavor и KSGER.

Назначения выводов:

• «T+» плюс нагревательного элемента жала T12
• «T -» минус нагревательного элемента жала T12
• «C» общий заземленный, соединен с минусом источника питания (при желании заземлить независимо, перерезав соответствующую дорожку на плате)
• «N+» вывод терморезистора
• «S+» вывод вибрационного датчика

Я приведу распайку под срабатывание вибрационного датчика при перепаде высоты, возникающей от движения руки, используя при этом четырехпроводную схему подключения ручки.

Т.к. у меня в доме нет заземления, особо чувствительные детали я паяю, подключая станцию через развязывающий трансформатор.

Интерфейс и управление ПО контроллера

Контроллер имеет графический интерфейс, располагающийся TFT-экране, размером 1.8", информация с которого хорошо читается даже под яркими лучами моих домашних софитов. Пройдемся по экранам и пунктам меню.

Начальный экран (сразу после включения) содержит максимум необходимых параметров. В правом верхнем углу отображается значение температуры на компенсационном терморезисторе, находящемся в ручке паяльника. Справа от температуры жала находится таймер до перехода в спящий режим. В левом нижнем — номер предустановки калибровки жала (к сожалению, предустановок может быть только две, чего мне маловато). В остальном все логично и понятно.

Можно настроить 5 цветовых сочетаний экрана и меню.

По короткому нажатию кнопки энкодера контроллер переходит в спящий режим с пониженной (настраиваемой) температурой. И стартует отсчет таймера до выключения контроллера. При выключении экран гаснет и на нагреватель паяльника перестает подаваться напряжение.

По длинному нажатию на кнопку энкодера переходим в меню настроек, разбитое на 6 основных пунктов с началом в «Temp Setup». Если вам попадется выставленный китайский язык, то сообщаю, что переключение на английский находится в пункте с иконкой гаечного ключа и в нем в пункте 7.

В описании лота содержится машинный перевод меню, однако у меня некоторые пункты меню не совпали с этим переводом. Вот технический перевод настроек.

1. Temp Setup (Настройка температуры) и далее вниз

2. Временные настройки 

3. Настройки ПИД

4. Другие настройки 

5. Калибровка жала

6. Другие калибровки жала

Теперь по пунктам (короткое нажатие энкодера, чтобы войти в режим редактирования, затем повороты энкодера редактируют значения, затем короткое нажатие энкодера для подтверждения).

(1) Настройка температуры

1. Шаг температуры: 
2. Температура сна: температура по умолчанию для режима ожидания.
3. Температура, которую не нужно регулировать (мне этот пункт не до конца понятен, но по умолчанию оно равно 0).
4. Максимальная температура.

(2) Установка времени
1. Время перехода в режим ожидания
2. Время перехода из режима сна в режим отключения. Установка параметра в 0 может обеспечить поддержку засыпания путем электрического контакта с металлической подставкой. сиденья. Нужно снять вибропереключатель и подсоединить провод от авиационной вилки S к заземлению рамы паяльника и корпусу головки паяльника и после контакта контроллер перейдет в режим сна.

(3) ПИД параметры
Три ПИД-параметра, по умолчанию все выставлены в 20, что наверняка требует корректировки (но это уже тема другой статьи, т.к. вопрос глубокий).

(4) Другие настройки

1. Сохраненные регулировки жала (всего 2 шт.). Замечу, что в прошивке DavidAlpha присутствует 30 предустановок для жал T12 с указанием конкретного типа жала по номенклуатере Hakko.
2. Чувствительность вибрационного датчика.
3. Кнопка энкодера оснащена звуковым сигналом, а громкость по умолчанию — 3. Более высокая громкость повлияет на питание экрана, т.к. они запитаны от одного преобразователя.
4. Минимальный порог питающего напряжения.
5. Колебания температуры: некоторые паяльные жала отображают на экране большой диапазон температур, который можно отрегулировать для уменьшения фактических колебаний температуры.
6. Есть 5 цветов для регулировки цвета, которые можно установить на желтый, белый, голубой, фиолетовый и зеленый.
7. Выбор языка.
8. Восстановить настройки по умолчанию.

(5) Калибровка паяльного жала

1. Выбор номера предустановки
далее идут контрольные значения, которым должна соответствовать реальная температура рабочей области жала
2. 0°C
3. 100°C
4. 200°C
5. 300°C
6. 400°C
7. 500°C
8. 600°C

(6) Другие калибровки жала

1. Настройка того, как направление вращения энкодера влияет на изменение активного регулируемого параметра.
2. Калибровка отображаемого напряжения источника питания.
3. Если на ручке калибровки или на плате контроллера не установлен терморезистор, то термокоменсация комнатной температуры не будет задействована. Но эту термокомпенсацию нужно откалибровать по фактической температуре помещения, которую и определяет этот параметр.

Сборка паяльной станции из деталей

Чтобы контроллер превратился в станцию, нужны:

1. БП AC 220V/DC 24V с запасом для 75Вт. Я взял проверенный Suswe на честные 6А. 

2. Ножки резиновые, тип А, 4шт. Я приклеиваю их цианокрилатом к корпусу станции.

3. Саморез с потайной головкой, диаметром шляпки 5.5мм, 4шт.

4. Сетевой кабель.

5. Выключатель на 220В от компьютерного БП с посадочным место 12х18мм.

6. Подставка под паяльник, которую я приклеиваю (через напечатанную проставку) на верх корпуса станции. Мне так очень удобно пользоваться.

7. Ручка для жал типа Hakko T12. Их множество на любой вкус и цвет. Я предпочитаю пользоваться ручкой 9501 докупив к ней четырехжильный силиконовый кабель для паяльных ручек (в лоте длина 1.5м).

Проектирование корпуса

К проектированию корпуса я подошел со всей ответственностью, т.к. с одной стороны, в домашнем хозяйстве появился 3Д-принтер, и хотелось бы испробовать его с разных сторон, а с другой — я порячно устал от банального параллелепипеда прошлой станции.

Концепция корпуса представляет собой платформу (она же — нижняя крышка, поддон) с ребрами жесткости, на которой на выступах крепится шурупами плата БП.

На поддон надевается корпус, в котором на передней панели закреплен экран за счет гаек энкодера и авиационного разъема. В задней части корпуса крепится за счет собственных распорок выключатель питания и выведен кабель питания.

Экран должен быть обязательно под углом для лучшего обзора:

Ну и для простые вентиляционные отверстия добавлять как-то не комильфо, поэтому делаем вырез и закрываем щели внутри Г-образными выступами, чтобы в корпус попадло меньше пыли напрямую.

STL-файлы выложены расшаренной папке моего облака на Яндекс-диске.

Заключение и выводы

Плата контроллера оставила после себя исключительно положительные впечатления. После температурной калибровки жала (расхождение с контрольной термопарой было в районе 5°C) T12-D24 на 255°C паять ПОС-61 одно удовольствие, а на 325°C жало с легкостью оставляет качественный пропай припоем ПОС-40 советского происхождения.

Для жала T12-D24 с заводских ПИД-параметров 20-20-20 эмпирическим методом я ушел на 45-25-28. Но это первое приближение и на данный момент я нахожусь в процессе создания тестового стенда, создающего различные тепловые нагрузки на жала, чтобы тестировать ПИД-параметры своих паяльных станций (будет время, дойду до тщательного анализа кода автоподстройки ПИД в прошивках DavilAlpha и в планах внести свою лепту в эту часть кода).

Плату контроллера я рекомендую, если вам особенно важна простота и наглядность интерфейса, а также приятен большой экран.