PIC18を使って自作半田ごて温度コントローラー Ver.2

作成物

いつも30WのLowPower半田ごてを使っています、それでも温度が高いので、調光器を買って約半分くらいの出力(15W)で使っています。

温度が高すぎるとこて先のメッキがすぐにダメになります。長時間使うと半田が付かなくなるので、小手先の交換を頻繁にやらないといけなくなります。半分くらいの電力では長時間放置しても大丈夫です。

そういうことで、半田ごて温度コントローラーを作ろうというわけです。買ったら3万から6万はするので。

ぐぐると自作している人が多いですね。トラ技に記事で出たようなことが書いてありますが、どうなんでしょう。こての抵抗値で制御しているようなので、こちらの方が割といいのかもしれませんが、調光器の固定値で十分な気が。ん~、使ってみたいけど部品がすごすぐる。

半田ごてコントローラの表示でいきなりこけたので、Ver.2を作りました。完成です。

概要
・マイコンは「PIC18F25K22」
・キャラクター液晶を使って温度、設定値、出力値を表示。デバックも超楽。
・センサーは熱電対(TC K)。サーミスタ。
→回路図は前にいた会社の関係上UP出来ず。次に書く秋月部品で作ろうにまとめ。
・制御アルゴリズムはPID制御。
・電源出力はトライアックとゼロクロスフォトカプラ。
・一応通信回路を実装。気が向いたら作ることに。

秋月部品で作ろう!の参考。
PIC18F25K22製品情報。(\200-)
・PICマイコン初チャレンジにはPICKIT3が必要。
キャラクター液晶(\700-)。別のところでコンパチを買って使っているので私は(\400-)。
熱電対(TC K)(\400-)。
熱電対AD変換(\1620-)。自作の場合のサーミスタ起電力表。買ったほうが安くて?、時間かかりすぎます。電卓も使いまくり。
電圧出力用のサイリスタユニット(\250-)。昔かった部品を使ったのですが3倍くらい高くつきました。買ったほうが完全に安いです。
ソリッド・ステート・リレー(SSR)(\200-) ↑よりはるかにいいかも。
・電源用MiciroUSB DIP化キット。見た感じヒューズが付いていないので電源用には最適。基板とコネクタが半田付けされているので壊れにくそう。ヒューズ付きのは半田面にリフローだけなのでちょっと無理がかかると基板から取れてしまいます。ヒューズをショートしないと電源用には使えない。
・半田ごて30W 位?15W放置が最適なので、それ以上のこてを用意すれば温度上昇が速攻。コントロールしているので、温度設定すれば15Wくらいで安定。
・ダイソーの箱(¥200-)。USB電源(\200-)、MicroUSBケーブル(\100-)。アダプタを買うより半額位で、入手性もはるかに高いので、今回からアダプタはやめた。

ここからは細かすぎますが、自分用のリンクもかねて。
基板5枚(@\100-)。裏面にも少し離してそのまま取り付けて、半田面の保護をしているため2枚使い。サイリスタユニットは半分にして使用。
基板用アクリル板。透明の板で埃をかぶらないようにするのと、部品面半田面保護用。ダイソー以外の\100-でフォトフレームの透明な板が売っているのでそれを使っていますが、いまいちきれいにいかないので、買ってもいいかもしれません。
・配線はAWG30の細い線(ラッピングワイヤー)を使っています。こて先で被覆を溶かし取って線を出す使い方をしているので、このような使い方をする線材は秋月には無いようです。梅沢無線電機のこれの安物(通販には無いみたい。ここの店頭にはあった)を買っています。問い合わせると売ってくれるかもしれません。リンクの物は250℃位で溶けるので、配線が非常に楽です。単線です。
スズメッキ線(\210-)。
・足に使うスペーサー
金属皮膜抵抗。1/4W。誤差1%。ADに使います。炭素抵抗(普通のは5%)。最初から買うなら、3倍\200-高いですが金属皮膜抵抗で抵抗値各種を買ったほうが、抵抗だらけにならなくていいかもしれません。

温度調節アルゴリズム。
・PID制御(Google検索)。設定温度まで速攻。温度低下のリカバリ速攻。

開発環境
・Windows 10 x64
・MPLAB X IDE v3.40
・XC8 v1.38 // リンク時シンボルが見つからない場合どれがないのか言わないので大変。使わない関数をストリップしない?。デバック情報をストリップしない?。
MPLAB Code Configurator (core:v3.16)

これらを組み合わせると完成です。

完成品
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表示部には出来るだけ部品を実装しないようにして、リサイクル又は回路図流用用にした。

温度はmV~uVを測る測定器がないのと、それか温度を測る測定器がないので、合っているのか微妙。今までホームセンターで売っている調光器を使っているときは半分くらいの出力だったので、これの表示値が66%なので適当には合っていると判断。それを基準に温度設定を変えるだけ。

ケースはダイソー。
ボタンは以前作ったものの流用。
サイリスタユニット自作。
AD変換回路は自作。

回路図
5c96e0a8587b697b2548ace67036143774は手持ち。同時押し出来ません。没になった回路図なら同時押し出来ます。電源はアダプタになっていますが、秋月のMicroUSBの基板実装用を使っています。復帰型ヒューズが付いており多分500mAで切れるので直結に変更。

・AD変換は非常に難しいので秋月を使いましょう(オシロスコープがないと㍉)。熱電対は温度差が電圧で出るので、基板側の温度も取らないとだめ。温度差は数十mV~uVの為かなり大変。

通信部。いつも通りなので、そのまま。
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・開発環境について。
いつもはPIC32MXを使っているのですが、3.3Vなのとプログラミング環境とマイコンの周辺機能プログラム自動生成がHermonyなので却下。Ver.2がβなので正式リリースになったら使ってみて判断。前に使ったとき、自動生成をやり直すと書き換えたプログラムが全部消えてなくなるので話にならない。

PIC18の「MPLAB Code Configurator」を使用。超簡単、超便利。クロックの計算とか割り込みコントロールとかを自動生成するので電卓とプログラミング必要なし。自動生成のやり直しは必要なプログラムの変更がなければ無言で更新。自分で書き換えている場合は変更が必要な場所をdiffで表示。少しだけ書き換えるだけなので超楽勝。辞められなくなりました。PIC32はゴミですかねー。それ以上のPICならPIC24(3.3V)か、dsPIC30(5V動作有り)でしょうか。全部秋月です。

あらあら、調べると秋月では最近新製品を入れていないようで、PIC24ですらこのPIC18と同じ16MIPSですね。sdPICは全く入れてないようで、過去に買ったものが売り切れて使い道に困るものしかありませんでした。Flash4kWORDとか。もう売っていないものが手持ちで数個あるので大事にしましょう。30MIPSです。

今のPIC18はかなり早くなっているので、AD変換、表示、PID制御のパフォーマンスは間に合いました。メモリ45%、Flash70%使用。熱電対の電圧温度とサーミスタの抵抗温度変換用にテーブルを作ったのでデータが多く、ちょっと手を加えればもう少し小さくなりそう。通信のプログラムを入れるとパフォーマンスとFlash容量が厳しくなる可能性大。面倒なのでざくざく作りましたし。使っていない関数を消したり、デバック情報を削ったりをリンカがしてない気がするので(設定もないし)、出来るだけ設定してもFlash領域は減らないので。

ハードウェアは秋月を組み合わせればつるっとできてしまいます。

熱電対測定キットはSPIを使いますが、その機能を使わなくても自分でクロックと読み込みプログラムを組んで適当なポートに繋いで使うこともできます。forで回すだけです。逆に簡単かもしれません。

まじでこれを作ってみようという珍しい方、分からないところは出来るだけ答えますよ~

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