Сварочный инвертор на атмега8 своими руками

Обновлено: 07.07.2024

Что является одним из самых важных инструментов в наборе инженера, работа которого связана с электроникой. Это то, что вы, вероятно, любите и ненавидите, – паяльник. Вам необязательно быть инженером, чтобы он вам вдруг понадобился: достаточно быть просто умельцем, которые ремонтирует что-либо у себя дома.

Для базовых применений хорошо справляется и обычный паяльник, который вы включаете в розетку; но для более деликатной работы, такой как ремонт и сборка электронных схем, вам понадобится паяльная станция. Регулирование температуры имеет решающее значение, так как не сжигает компоненты, особенно микросхемы. Кроме того, вам также может потребоваться, чтобы она была достаточно мощной, чтобы поддерживать определенную температуру, когда вы будете что-то припаивать к большому земляному полигону.

В данной статье мы рассмотрим, как можно собрать собственную паяльную станцию.

Разработка

Когда я разрабатывал эту паяльную станцию, для меня были важны несколько ключевых свойств:

переносимость – это достигается за счет использования импульсного источника питания, вместо обычного трансформатора и выпрямительного моста;
простой дизайн – мне не нужны LCD дисплеи, лишние светодиоды и кнопки. Мне нужен был просто светодиодный семисегментный индикатор, чтобы показывать установленную и текущую температуру. Мне также нужна была простая ручка для выбора температуры (потенциометр) без потенциометра для точной подстройки, так как это легко сделать с помощью программного обеспечения;
универсальность – я использовал стандартную 5-контактную штепсельную вилку (какой-то тип DIN), чтобы она была совместима с паяльниками Hakko и их аналогами.

Как это работает

Прежде всего, давайте поговорим о ПИД (пропорционально-интегрально-дифференцирующих, PID) регуляторах. Чтобы прояснить всё сразу, давайте рассмотрим наш частный случай с паяльной станцией. Система постоянно отслеживает ошибку, которая является разницей между заданной точкой (в нашем случае, необходимой нам температурой) и нашей текущей температурой. Он подстраивает выход микроконтроллера, который управляет нагревателем с помощью ШИМ, исходя из следующей формулы:

\[u(t)=K_p e(t) + K_i \int_0^t e(\tau)d\tau + K_d \]

Как можно увидеть, есть три параметра K_p, K_i и K_d. Параметр K_p пропорционален ошибке в настоящее время. Параметр K_i учитывает ошибки, которые накопились с течением времени. Параметр K_d является предсказанием будущей ошибки. В нашем случае мы для адаптивной настройки мы используем PID библиотеку Бретта Борегарда (Brett Beauregard), которая имеет два набора параметров: агрессивный и консервативный. Когда текущая температура далека от заданного значения, контроллер использует агрессивные параметры; в противном случае, он использует консервативные параметры. Это позволяет нам получить малое время нагрева, сохраняя при этом точность.

Температура считывается с помощью термопары, встроенной в паяльник. Мы усиливаем напряжение, создаваемое термопарой, примерно в 120 раз с помощью операционного усилителя. Выход операционного усилителя подключается к выводу ADC0 микроконтроллера, который превращает напряжение в значения от 0 до 1023.

Заданное значение устанавливается с помощью потенциометра, который используется в качестве делителя напряжения. Он подключен к выводу ADC1 контроллера ATmega8. Диапазон 0–5 вольт (выход потенциометра) преобразуется в значения 0–1023 с помощью АЦП, а затем в значения 0–350 градусов Цельсия с помощью функции " map ".

Список комплектующих

Это список компонентов, экспортированный из KiCad. Кроме того, вам понадобятся:

клон паяльника Hakko, самого популярного в китайских онлайн магазинах (с термопарой, а не с термистором);
источник питания 24 В, 2 А (я рекомендую использовать импульсный, но вы можете использовать трансформатор с выпрямительным мостом);
потенциометр 10 кОм;
электрическая штепсельная вилка авиационного типа с 5 контактами;
электрический разъем, устанавливаемый на заднюю панель для подачи питания 220 В;
печатная плата;
выключатель питания;
штырьковые разъемы 2,54 мм;
много проводов;
разъемы Dupont;
корпус (я напечатал его на 3D принтере);
один тройной семисегментный светодиодный индикатор;
программатор AVR ISP (для этого вы можете использовать Arduino).

Конечно, вы можете легко заменить светодиодный индикатор LCD дисплеем или использовать кнопки, вместо потенциометра, ведь это ваша паяльная станция. Я изложил свой вариант дизайна, но вы можете по-своему.

Инструкции по сборке

Схема блока управления паяльной станцией

Во-первых, вы должны изготовить печатную плату. Используйте тот способ, который предпочитаете; я рекомендую перенос рисунка платы тонером лазерного принтера, поскольку это самый простой способ. Кроме того, печатная плата у меня удлинена, потому что я хотел, чтобы она совпадала по размеру с источником питания, и я мог бы установить ее на него. Не стесняйтесь изменять плату, вы можете скачать файлы проекта и отредактировать их с помощью KiCad. После того, как изготовите печатную плату, припаяйте к ней все компоненты.

Обязательно установите выключатель между источником питания и разъемом питания. Используйте относительно толстые провода для соединений источника питания с печатной платой и выходного разъема со стоком MOSFET транзистора (точка H на плате) и земли на печатной плате. Для подключения потенциометра подключите 1-ый контакт к линии +5В, 2-ой – к точке POT, и 3-ий – к земле. Обратите внимание, что я использую светодиодный индикатор с общим анодом, что может отличаться от того, что у вас. Вам придется немного изменить код, но все инструкции в коде программы прокомментированы. Подключите выводы E1–E3 к общим анодам/катодам, а выводы a–dp к соответствующим выводам вашего индикатора. Для более подробной информации смотрите техническое описание на него. И наконец, установите выходной разъем паяльной станции и припаяйте к нему все соединения. Вам должна помочь картинка, приведенная выше, со схемой и цоколевкой разъема.

Теперь начинается интересное, загрузка кода. Для этого вам понадобится PID библиотека (ссылка на GitHub).

Если у вас нет программатора, то можете использовать Arduino. Подключите свою плату Arduino (Uno/Nano) к компьютеру, перейдите в меню Файл → Примеры → ArduioISP и загрузите его. Затем перейдите в Инструменты → Программатор → Arduino as ISP . Подключите свою плату к плате Arduino, скачайте скетч, а затем выберите Скетч → Загрузить через программатор .

Вот и всё. Теперь вы можете наслаждаться работой паяльной станцией, собранной собственными руками.

Калибровка

А нет, еще не всё. Теперь нам нужно откалибровать ее. Так как нагреватели и термопары в паяльниках могут различаться, особенно если вы используете неоригинальный паяльник Hakko, нам нужно откалибровать паяльную станцию.

Во-первых, нам нужен цифровой мультиметр с термопарой для измерения температуры жала паяльника. После того, как вы измерили температуру, вам необходимо изменить значение по умолчанию " 510 " в строке кода map(Input, 0, 510, 25, 350) , используя следующую формулу:

где TempRead – это температура, которая отображается на вашем цифровом термометре, а TempSet – это температура, которую вы установили на паяльной станции. Это всего лишь приблизительная настройка, но ее должно хватить, ведь вам не нужна при пайке предельная точность. Я использовал градусы Цельсия, но вы можете изменить их в коде на Фаренгейты.

Печать корпуса на 3D принтере (необязательно)

Я разработал и напечатал корпус, в который можно было бы установить импульсный источник питания и печатную плату, чтобы всё выглядело аккуратно. К сожалению, для использования этого корпуса вам необходимо будет найти точно такой же тип источника питания. Если у вас есть подходящий источник, и вы хотите напечатать корпус, или если вы хотите изменить его под свои требования, то можете скачать приложенные файлы. Я печатал с заполнением 20% и толщиной слоя 0,3. Вы можете использовать более высокий уровень заполнения и меньшую высоту слоя, если у вас есть время и терпение.

Заключение

Вот и всё! Надеюсь статья оказалась полезной. Ниже приведены все необходимые материалы.

Универсальное микроконтроллерное зарядное устройство

Автор поставил перед собой задачу создать простое универсальное устройство для зарядки любых малогабаритных аккумуляторов и их батарей различных типов, ёмкости и номинального напряжения. Аккумуляторы сегодня очень распространены, но зарядные устройства для них, имеющиеся в продаже, как правило, не универсальны и… Продолжить чтение →

Емкостной датчик уровня топлива

Емкостной датчик — это такой вид датчиков, в которых для измерения уровня жидкости не используют механические элементы (поплавка нет!). Измеряется даже не сама жидкость, а диэлектрическая проницаемость вещества между электродами, которая прямо пропорциональна количеству жидкости между ними (или не очень… Продолжить чтение →

Бесконтактный TrueRMS измеритель тока

При проверке силовых электрических цепей часто возникает необходимость в измерении силы тока. Чтобы измерить величину постоянного тока, как правило, применяют резисторный шунт, включенный последовательно с нагрузкой, напряжение на котором пропорционально току. Однако, если возникнет необходимость в измерении больших токов, то… Продолжить чтение →

Музыкальный звонок с тайной кнопкой

Рассмотрим схему, представляющую собой дверной звонок (хотя применение может не ограничиваться этой сферой, просто основная задумка подразумевает именно дверной звонок). Но звонок не простой, а с возможностью проигрывать несколько различных аудио файлов в зависимости от нажатой кнопки. При этом одну… Продолжить чтение →

Связь двух микроконтроллеров AVR ATmega8 через радиочастотные модули

Беспроводная связь может значительно расширить возможности микроконтроллеров по управлению какими либо процессами, поэтому изучение взаимодействия микроконтроллеров с радиочастотными модуля является весьма актуальной задачей для специалистов в этой области. В самом простом случае беспроводная связь на короткие расстояния организуется с помощью … Читать далее →

Подключение Bluetooth-модуля HC-05 к микроконтроллеру AVR ATmega8

В этой статье мы рассмотрим подключение Bluetooth-модуля HC-05 к микроконтроллеру ATmega8 (семейство AVR), а затем установим связь между смартфоном под управлением операционной системы Android и микроконтроллером ATmega8 с помощью Bluetooth-модуля, который будет использовать для связи с микроконтроллером универсальный асинхронный приемопередатчик … Читать далее →

Подключение светодиодной матрицы 8х8 к микроконтроллеру AVR ATmega8

В этой статье мы рассмотрим подключение светодиодной матрицы 8х8 к микроконтроллеру ATmega8 (семейство AVR), на которой после этого можно отображать буквы алфавита. Типовая светодиодная матрица 8х8 показана на следующем рисунке. Светодиодная матрица 8х8 содержит 64 светодиода, которые упорядочены в форме … Читать далее →

Связь AVR ATmega8 и Arduino Uno через универсальный асинхронный приемопередатчик (UART)

В этой статье мы рассмотрим процесс взаимодействия микроконтроллера ATmega8 (семейство AVR) и платформой Arduino Uno через последовательный порт. Взаимодействие будет осуществляться через универсальный асинхронный приемопередатчик (UART — Universal Asynchronous Receiver Transmitter) – это последовательный порт связи. Подобное взаимодействие часто бывает … Читать далее →

Подключение оптопары к микроконтроллеру AVR ATmega8

Пожарная сигнализация на микроконтроллере AVR ATmega8

В этой статье мы рассмотрим пожарную сигнализацию на микроконтроллере ATmega8 (семейство AVR) и датчике огня. Датчик огня может быть любого типа, мы в нашей схеме будем использовать инфракрасный датчик огня – он не отличается точностью, но зато он самый дешевый … Читать далее →

Измерение интенсивности света с помощью фоторезистора и микроконтроллера AVR ATmega8

В этой статье мы подключим фоторезистор к микроконтроллеру ATmega8 (семейство AVR) и с его помощью будем измерять интенсивность света. Для этой цели мы будем использовать 10 битный аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера (АЦП). Общие сведения о фоторезисторах Фоторезистор представляет собой преобразователь, чье … Читать далее →

Амперметр на 100 мА на микроконтроллере AVR ATmega8

В этой статье мы рассмотрим низкодиапазонный амперметр на микроконтроллере ATmega8 (семейство AVR). Для реализации этой идеи мы задействуем 10 битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) данного микроконтроллера. Для упрощения схемы используем резистивный метод, являющийся самым простым способом определения нужных нам параметров. В … Читать далее →

Взаимодействие двух микроконтроллеров AVR ATmega8 через UART

В этой статье мы рассмотрим процесс взаимодействия двух микроконтроллеров ATmega8 (семейство AVR) через последовательный порт. Взаимодействие будет осуществляться с помощью универсальных асинхронных приемопередатчиков (UART — Universal Asynchronous Receiver Transmitter), имеющихся в микроконтроллерах. Подобное взаимодействие часто бывает востребовано в различных системах. … Читать далее →

В современных электронных схемах все чаще и чаще применяются микроконтроллеры. Да что там говорить, если сегодня не найти даже обыкновенную елочную гирлянду без микроконтроллера внутри - он задает различные программы иллюминации.

Я впервые столкнулся с микроконтроллерами, когда собирал свой первый импульсный металлоискатель Клон. Вот тогда-то и выяснилось, что контроллер без прошивки - это просто кусок пластмассы с ножками.

А чтобы залить нужную прошивку в АТМЕГу, никак не обойтись без программатора. Далее мы рассмотрим две самые простые и проверенные временем схемы программаторов.

Схема первая

С помощью этого программатора можно прошивать практически любой AVR-контроллер от ATMEL, надо только свериться с распиновкой микросхемы.

СОМ-разъем на схеме - это "мама".

На всякий случай привожу разводку печатной платы для атмеги8 (скачать), хотя такую примитивную схему проще нарисовать от руки. Плату перед печатью нужно отзеркалить.

Файл печатной платы открывать с помощью популярной программы Sprint Layout (если она у вас еще не установлена, то качайте 5-ую версию или лучше сразу 6-ую).

Как понятно из схемы, для сборки программатора потребуется ничтожно малое количество деталек:

Вместо КТ315 я воткнул SMD-транзистор BFR93A, которые у меня остались после сборки микромощных радиомикрофонов.

А вот весь программатор в сборе:

Питание (+5В) я решил брать с USB-порта.

Если у вас новый микроконтроллер (и до этого никто не пытался его прошивать), то кварц с сопутствующими конденсаторами можно не ставить. Работа без кварцевого резонатора возможна благодаря тому, что камень с завода идет с битом на встроенный генератор и схема, соответственно, тактуется от него.

Если же ваша микросхема б/у-шная, то без внешнего кварца она может и не запуститься. Тогда лучше ставьте кварц на 4 МГц, а конденсаторы лучше на 33 пФ.

Как видите, я кварц с конденсаторами не ставил, но на всякий случай предусмотрел под них места на плате.

Заливать прошивку лучше всего с помощью программы PonyProg (скачать).

Прошивка с помощью PonyProg

Заходим в меню Setup -> Calibration -> Yes. Должно появиться окошко "Calibration OK".

Далее Setup -> Interface Setup. Выбираем "SI Prog API" и нужный порт, внизу нажимаем "Probe", должно появиться окно "Test OK". Далее выбираем микроконтроллер "Device -> AVR micro ATmega8".

Теперь втыкаем микроконтроллер в панельку программатора, и подаем питание 5 вольт (можно, например, от отдельного источника питания или порта ЮСБ). Затем жмем Command -> Read All.

После чтения появляется окно "Read successful". Если все ок, то выбираем файл с нужной прошивкой для заливки: File -> Open Device File. Жмем "Открыть".

Теперь жмем Command -> Security and Configuration Bits и выставляем фьюзы, какие нужно.

Тщательно все проверяем и жмем "OK". Далее нажимаем Command -> Write All -> Yes. Идет прошивка и проверка. По окончании проверки появляется окно "Write Successful".

Вот и все, МК прошит и готов к использованию!

Имейте в виду, что при прошивке с помощью других программ (не PonyProg) биты могут быть инверсными! Тогда их надо выставлять с точностью до наоборот. Определить это можно, считав фьюзы и посмотрев на галку "SPIEN".

Схема вторая

Еще одна версия программатора, с помощью которого можно залить прошивку в микроконтроллер АТМЕГа (так называемый программатор Геннадия Громова). Схема состоит всего из 10 детатей:Диоды можно взять любые импульсные (например, наши КД510, КД522). Разъем - "мама". Питание на МК (+5В) нужно подавать отдельно, например, от того же компьютера с выхода USB.

Все это можно собрать навесным монтажом прямо на разъеме, но если вы крутой паяльник и знаете, что такое smd-монтаж, то можете сделать красиво:

Алгоритм прошивки с помощью программатора Громова

Программатор с установленной микросхемой подключаем к СОМ-порту компьютера, затем запускаем Uniprof, затем подаем питание на микроконтроллер. И первым делом проверяем, читаются ли фьюз-биты.

Если все ок, выбираем файл с нужной прошивкой и жмем запись.

Будьте предельно внимательны и осторожны, потому что если глюканет при записи фьюзов, то МК либо на выброс, либо паять схему доктора (а она сложная). Если поменяете бит SPIEN на противоположный - результат будет тот же (к доктору).

В рамках данной статьи мы не станем сильно погружаться в многообразие внутренних процессов и дебри архитектуры микроконтроллера. А основной нашей задачей будет являться – освоение азов практической работы с микроконтроллером и получение навыков для самостоятельной разработки и изготовления какого-либо интересующего нас электронного устройства.

Итак, что нам нужно для полного счастья?

2. Отладочная плата для микроконтроллера, желательно с DIP28 панелькой для микросхемы.

Удачным вариантом такой платы я бы посчитал изделие под названием "плата разработки ATmega8 – сделай сам", предлагаемое нашими китайскими друзьями за символические 150 отечественных рублей.

В комплект поставки входят:
– собственно, сама плата;
– Панелька DIP28;
– Кварцевый резонатор на 8 МГц;
– Разъём для подключения программатора;
– Разные деталюшки в виде: конденсаторов, резисторов, кнопок, светодиодов, т. е. всего того, что позволит легко запрограммировать и проверить микропроцессор в работе.

Можно, конечно, обойтись и без отладочной платы и произвести прошивку ATmega8 непосредственно в готовом устройстве, тем более что микропроцессор это сделать позволяет. Однако на практике произвести эти манипуляции заранее, а уже потом устанавливать микросхему по месту прописки оказывается значительно удобнее.

3. Программатор AVR USB, для того чтобы запрограммировать микроконтроллер, то есть перенести в него информацию с компьютера.

Такой программатор оценивается на aliexpress примерно в ту же стоимость, что и предыдущее изделие.

Программатор подсоединяется к USB порту компьютера, а другим своим концом к плате микроконтроллера.
Данное соединение осуществляется через ISP разъём кабеля, который также входит в комплект поставки.

Питание берётся от USB разъёма компьютера.
Работать программатор может под разными операционными системами, в том числе – под Windows.

Если тип приобретённого программатора не будет поддерживаться Atmel Studio, то придётся скачать и бесплатную программу прошивки микроконтроллеров, например, AVRDude.

4. Контактная макетная плата для монтажа без пайки.

Такая макетная плата совместно с набором соединительных проводов (джамперов) будет весьма полезна на начальном этапе освоения микроконтроллера.

Она без какого-либо напряга и паяльника позволит соединить любые электронные элементы обвеса микроконтроллера в единую конструкцию, превращая весь процесс создания схемы в увлекательную игру с конструктором LEGO.

Подобный набор, состоящий из беспаечной макетной платы и комплекта проводов, обойдётся не дороже 200 рублей.

5. Для того чтобы в процессе отладки не перепрошивать ATmega8 бесчисленное количество раз, жизненно необходима программа, позволяющая отладить прошивку без участия микроконтроллера.
Для этой цели как нельзя лучше подходит программа для автоматизированного проектирования электронных схем (в том числе и микроконтроллеров) – Proteus. Она значительно упрощает процесс отладки программы без участия микроконтроллера, ведь любой накопитель имеет конечное число перезаписей, хотя это число и достаточно большое.

6. Если написать и отладить программу для микроконтроллера можно и без его непосредственного участия, то, по-любому, рано или поздно встанет конкретный вопрос: "А на фига мы всё это делали?".
Поэтому хочешь, не хочешь, а приобрести ATmega8 нам также всё ж таки придётся. Стоит она на Али, как и всё остальное, довольно-таки гуманных денег – около 100 рублей за единицу продукции, поэтому кошелёк опорожнит не сильно, но уважительного к себе отношения потребует.

А теперь давайте-ка посмотрим: А что это за штука ATMEGA8 попала к нам в руки?

Рис.1 Внешний вид и назначение выводов Atmega8

Ещё один непомеченный цветом вывод (Рис.1) – 21 вывод (AREF).
AREF означает Analog Reference и является входом для подачи (при необходимости) опорного напряжения от внешнего источника питания.

Каждый вывод порта может работать либо как вход, либо как выход. Для того чтобы выбрать режим работы ножки микроконтроллера необходимо прописать нужные биты в соответствующие регистры.
Однако есть у части портов ввода-вывода и специфические функции, прописанные в документации на микросхему. Давайте посмотрим, что это за функции:

1. Порты PB0. РВ7. Два вывода (РВ6 и PB7) используются для подключения кварцевого резонатора. Выводы РВ2. РВ5 зарезервированы для программирования МК. Таким образом, для общего применения остаются порты PB0 и PB1.
2. Порты PC0. РС6. Порты PC0. РС5 есть возможность использовать в качестве аналоговых входов. РС6 обычно используется для общего внешнего сброса настроек, т. е. перезагрузки прошивки МК.
3. Порты PD0. РD7. Эти порты можно использовать для общего применения.

Atmega8 выпускается с уже настроенным для использования встроенным RC-генератором с частотой 1МГц, который позволяет запустить МК без внешних элементов. Посредством конфигурационных манипуляций, значения этой частоты могут принимать также значения: 2, 4 и 8 MHz. Однако для решения многих задач стабильности RC-генератора оказывается явно недостаточно, в связи с чем для тактирования микроконтроллера используется внешний кварцевый резонатор.

Следует запомнить, что МК не является устройством, которое управляет большими мощностями, для этого есть транзисторы, тиристоры и прочие силовые элементы. Максимальный ток линии ввода/вывода составляет 40мА, максимальный суммарный ток по цепям питания и GND – 200мА.
И под занавес:

Основные технические параметры ATmega8:

Ну, на этом, пожалуй, и всё.
Для желающих посерьёзней углубиться в знания, могу порекомендовать datasheet производителя и русскоязычное описание ATmega8, с которым можно познакомиться по ссылке - ATMEGA8.

А на следующих страницах будем осваивать язык программирования, а также запускать несложные устройства, выполненные на микроконтроллерах.

Читайте также: