Fabriquer sa station de soudage : Différence entre versions

De L'abscisse - FabLab et Hackerspace de Dijon
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(Démarrage de l'Arduino et vérification de la communication avec le PC)
(Mise en veille du fer lorsqu'il est en attente d'utilisation (option))
 
(37 révisions intermédiaires par 2 utilisateurs non affichées)
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==Présentation==
 
==Présentation==
Les stations de soudage régulées de bonne facture sont souvent onéreuses. L’objectif de ce hack est de vous proposer la fabrication de votre propre station de soudage à un coût abordable. Un des constructeurs les plus réputés du marché a eu l’excellente idée de fabriquer des stations et donc des pannes de fers cumulant plusieurs avantages :
+
[[Fichier:Pannes weller.png|Pannes Weller de la gamme RT (banana for scale)|right|thumb|upright=0.5]]
* Une gamme de panne étendue : allant d’une panne conique très fine dédiée à la soudure de composants CMS jusqu’à des pannes biseautées de 2,2 mm, soit une quinzaine de références de pannes différentes ;
+
Les stations de soudage régulées de bonne facture sont souvent onéreuses. Autant le tarif des pannes est relativement bon marché que le prix des stations et des fers à souder de la marque peuvent fortement rebuter. Un des constructeurs les plus réputés du marché, Weller, a eu l’excellente idée de fabriquer des stations de soudage dont les pannes de fers (gamme RT) sont interchangeables et cumules plusieurs avantages :
 +
* une gamme de panne étendue : allant d’une panne conique très fine dédiée à la soudure de composants CMS jusqu’à des pannes biseautées de 2,2 mm, soit une quinzaine de références de pannes différentes ;
 
* elles sont interchangeables facilement, sans outil et à chaud ;
 
* elles sont interchangeables facilement, sans outil et à chaud ;
 
* elles utilisent un connecteur unique et très courant : une fiche jack de 3,5 mm de diamètre stéréo ;
 
* elles utilisent un connecteur unique et très courant : une fiche jack de 3,5 mm de diamètre stéréo ;
Ligne 10 : Ligne 11 :
 
* leur prix est raisonnable vis à vis de la qualité des pannes.
 
* leur prix est raisonnable vis à vis de la qualité des pannes.
  
Il s’agit des pannes Weller de la gamme RT.
+
L’objectif du présent montage est de combiner l’utilisation des pannes de fer de gamme professionnelle avec la fabrication d’une station de soudage "maison" bon marché qui sera tout aussi efficace que celle proposée par Weller pour un coût abordable.
<br>
 
Autant le tarif des pannes est relativement bon marché que le prix des stations et des fers à souder de la marque peuvent fortement rebuter.
 
L’idée est donc de combiner l’utilisation de pannes de fer de gamme professionnelle à la fabrication d’une station de soudage "maison" bon marché et tout aussi efficace que celle proposée par Weller.
 
  
 
==Principe de fonctionnement==
 
==Principe de fonctionnement==
Ligne 33 : Ligne 31 :
 
==Coût==
 
==Coût==
 
Tarif évalué en mars 2017.
 
Tarif évalué en mars 2017.
La construction de ce hack vous revient à xxx euros. {{fixme}}
+
La construction de ce hack vous revient à environ 90 euros.
  
 
==Niveau de difficulté==
 
==Niveau de difficulté==
Ligne 73 : Ligne 71 :
 
! scope=col | Référence Farnell
 
! scope=col | Référence Farnell
 
|-
 
|-
| width="30%" |
+
| align="center" colspan="4" |
 +
Arduino Nano (au choix)
 +
|-
 +
| width="40%" |
 
Arduino/Genuino Nano
 
Arduino/Genuino Nano
| width="15%" |
+
| width="10%" |
 
1
 
1
| width="30%" |
+
| width="35%" |
 
ATMega 328P
 
ATMega 328P
 
| width="25%" |
 
| width="25%" |
Ligne 88 : Ligne 89 :
 
|non disponible<br>
 
|non disponible<br>
 
Ebay, Ali Express...
 
Ebay, Ali Express...
 +
|-
 +
| align="center" colspan="4" |
 +
Alimentation
 
|-
 
|-
 
|Alimentation 12Vdc 5A
 
|Alimentation 12Vdc 5A
Ligne 94 : Ligne 98 :
 
|Ebay, Ali Express...
 
|Ebay, Ali Express...
 
|-
 
|-
|Câble souple LIYY 4x0,25mm²
+
|Fiche d'alimentation
 
|1
 
|1
|Résistant aux hautes températures
+
|Dépend du diamètre du cordon de l'alimentation
 
|
 
|
 +
|-
 +
| align="center" colspan="4" |
 +
Station de soudage
 +
|-
 +
|Panne WELLER RT1
 +
|1
 +
|RT1 0054460199
 +
|[http://fr.farnell.com/2628906 2628906]
 
|-
 
|-
 
|Amplificateur opérationnel de mesure
 
|Amplificateur opérationnel de mesure
Ligne 117 : Ligne 129 :
 
|3
 
|3
 
|LTS-313AG
 
|LTS-313AG
|
 
|-
 
|Fiche d'alimentation
 
|1
 
|Dépend du bloc d'alimentation
 
 
|
 
|
 
|-
 
|-
 
|Barrette HE14 femelle 15 pin
 
|Barrette HE14 femelle 15 pin
 
|2
 
|2
|
+
|Support pour Arduino Nano
 
|[http://fr.farnell.com/1667535 1667535]
 
|[http://fr.farnell.com/1667535 1667535]
 
|-
 
|-
Ligne 188 : Ligne 195 :
 
|1N4007
 
|1N4007
 
|[http://fr.farnell.com/9565051 9565051]
 
|[http://fr.farnell.com/9565051 9565051]
 +
|-
 +
|Encodeur rotatif avec bouton poussoir
 +
|1
 +
|Alps EC11K1524402
 +
|[http://fr.farnell.com/2064998 2064998]
 +
|-
 +
|Fil de câblage 0.2mm²
 +
|2,5 m
 +
|(ou nappe Speedy 20 conducteurs)
 +
|[http://fr.farnell.com/2290924 2290924]
 
|-
 
|-
 
|Fiche jack femelle 3,5mm stéréo
 
|Fiche jack femelle 3,5mm stéréo
Ligne 194 : Ligne 211 :
 
|[http://fr.farnell.com/1390177 1390177]
 
|[http://fr.farnell.com/1390177 1390177]
 
|-
 
|-
|ILS - Interrupteur reed
+
| align="center" colspan="4" |
 +
Liaison panne de fer vers station
 +
|-
 +
|Câble souple LIYY 4x0,25mm²
 +
|1 m
 +
|Résistant aux hautes températures
 +
|[http://fr.farnell.com/1515245 1515245]
 +
|-
 +
|Embase DIN 5 broches femelle
 
|1
 
|1
|Normalement ouvert (option)
+
|Lumberg 0107 05
|[http://fr.farnell.com/2453568 2453568]
+
|[http://fr.farnell.com/1814800 1814800]
 
|-
 
|-
|Encodeur rotatif avec bouton poussoir
+
|Fiche DIM 5 broches mâles
 
|1
 
|1
|Alps EC11K1524402
+
|Lumberg 0132 05
|[http://fr.farnell.com/2064998 2064998]
+
|[http://fr.farnell.com/1814829 1814829]
 +
|-
 +
| colspan="4" |ou
 
|-
 
|-
 
|Cordon 5 broches 1,5m droit M12 sortie fils
 
|Cordon 5 broches 1,5m droit M12 sortie fils
Ligne 213 : Ligne 240 :
 
|Phoenix SACC-E-M12FS-5CON-PG9/0,5
 
|Phoenix SACC-E-M12FS-5CON-PG9/0,5
 
|[http://fr.farnell.com/2402315 2402315]
 
|[http://fr.farnell.com/2402315 2402315]
 +
|-
 +
| align="center" colspan="4" |
 +
Composants facultatifs ou optionnels
 
|-
 
|-
 
|Bornier 2 fils, pas de 5,08 mm
 
|Bornier 2 fils, pas de 5,08 mm
 
|2
 
|2
|(facultatif)
+
|Bornier de la fiche d'alimentation 12V à la carte mère (repère CONN01X02)<br>Bornier intermédiaire vers la fiche DIN 5 pôles (ou fils soudés directement à la carte)
 
|[http://fr.farnell.com/2396251 2396251]
 
|[http://fr.farnell.com/2396251 2396251]
 
|-
 
|-
 
|Bornier 3 fils, pas de 5,08 mm
 
|Bornier 3 fils, pas de 5,08 mm
 
|1
 
|1
|(facultatif)
+
|Bornier intermédiaire vers la fiche DIN 5 pôles (ou fils soudés directement à la carte)
 
|[http://fr.farnell.com/2668642 2668642]
 
|[http://fr.farnell.com/2668642 2668642]
 
|-
 
|-
|Fil de câblage 0.2mm²
+
|ILS - Interrupteur reed
|2,5 m
+
|1
|(ou nappe Speedy 20 conducteurs)
+
|Normalement ouvert, pour la détection de la mise en veille du fer quand posé sur son support
|[http://fr.farnell.com/2290924 2290924]
+
|[http://fr.farnell.com/2453568 2453568]
 +
|-
 +
|Aimant
 +
|1
 +
|
 +
|
 
|}
 
|}
  
 
==Schémas ==
 
==Schémas ==
 
Les schémas proposés sont une adaptation de la station proposée par l’[http://wiki.electrolab.fr/Main_Page Electrolab] (Hackerspace basé à Nanterre). Le kit d'origine utilise des composants de surface (CMS). Les schémas fournis ici utilisent des composants dits traversants pour sa réalisation. Electrolab propose par ailleurs des améliorations facultatives dans sa documentation (ajout d’un bouton reset sur l’encodeur rotatif et une sécurité anti emballement en cas de plantage), celles-ci sont implantées dans cette version.<br>
 
Les schémas proposés sont une adaptation de la station proposée par l’[http://wiki.electrolab.fr/Main_Page Electrolab] (Hackerspace basé à Nanterre). Le kit d'origine utilise des composants de surface (CMS). Les schémas fournis ici utilisent des composants dits traversants pour sa réalisation. Electrolab propose par ailleurs des améliorations facultatives dans sa documentation (ajout d’un bouton reset sur l’encodeur rotatif et une sécurité anti emballement en cas de plantage), celles-ci sont implantées dans cette version.<br>
 +
[[Fichier:Schema kicad.png|thumb|center|Schéma électronique Kicad]]
 +
[[:Fichier:Kicad station soudage.zip | Archive Kicad du projet]]<br>
  
{{fixme}}Archive Kicad à uploader, obligation de passer par un zip sinon utilisation de Git, COAGUL a un dépôt<br>
 
 
Le cerveau du dispositif est l'Arduino Nano. Ses sorties D2 à D11 et A2-A3 sont dédiées aux afficheurs 7 segments, la sortie A4 pour la LED implantée en tant que témoin de chauffe, la sortie D3 envoie les signaux PWM vers le Fet de puissance à destination de la résistance chauffante de la panne.
 
Le cerveau du dispositif est l'Arduino Nano. Ses sorties D2 à D11 et A2-A3 sont dédiées aux afficheurs 7 segments, la sortie A4 pour la LED implantée en tant que témoin de chauffe, la sortie D3 envoie les signaux PWM vers le Fet de puissance à destination de la résistance chauffante de la panne.
 
L'entrée A7 reçoit le signal amplifié en provenance de la sonde de température embarquée dans la panne. Les entrées D12 et D13 correspondent à l'encodeur rotatif pour le réglage de la température de consigne et l'appui sur le bouton de l'encodeur permet de réinitialiser l'Arduino Nano en cas de plantage.
 
L'entrée A7 reçoit le signal amplifié en provenance de la sonde de température embarquée dans la panne. Les entrées D12 et D13 correspondent à l'encodeur rotatif pour le réglage de la température de consigne et l'appui sur le bouton de l'encodeur permet de réinitialiser l'Arduino Nano en cas de plantage.
Ligne 242 : Ligne 278 :
 
L'électronique de la station de soudage sera gravé sur deux cartes distinctes reliées par un bus :
 
L'électronique de la station de soudage sera gravé sur deux cartes distinctes reliées par un bus :
 
* la première carte supportant l'Arduino Nano hébergera également un amplificateur opérationnel pour le retour de la sonde de température de même que le Fet de puissance pour les impulsions PWM envoyées à la résistance chauffante de la panne.<br>
 
* la première carte supportant l'Arduino Nano hébergera également un amplificateur opérationnel pour le retour de la sonde de température de même que le Fet de puissance pour les impulsions PWM envoyées à la résistance chauffante de la panne.<br>
* la seconde carte comporte les afficheurs ainsi que l'encodeur rotatif permettant le réglage et l'affichage de la température de consigne, le rapport cyclique actuel. Cette carte est séparée de la première pour réaliser un montage plus aisé dans un boîtier de votre choix.<br>
+
* la seconde carte comporte les afficheurs ainsi que l'encodeur rotatif permettant le réglage et l'affichage de la température de consigne, le rapport cyclique actuel. Cette carte est séparée de la première pour réaliser un montage plus aisé dans un boîtier de votre choix.<br><br>
 
+
[[:Fichier:Kicad station soudage.zip | Archive Kicad du projet]]<br>
{{fixme}}Télécharger l'archive Kicad contenant le projet.<br>
 
  
 +
{| class="wikitable centre" width="100%"
 +
|+ Les cartes détourées avec une CNC :
 +
|-
 +
! scope=col | Carte mère
 +
! scope=col | Carte afficheurs
 +
|-
 +
| width="50%" |
 +
[[Fichier:Carte mere.png|thumb|center|upright=0.5]]
 +
| width="50%" |
 +
[[Fichier:PCB termine2.png|thumb|center|upright=0.5]]
 +
|}
 +
<br>
  
 
<u>Remarque</u> : l'archive fournie est prévue pour l'implantation des références de composants présents dans la liste. Si vous avez modifié des références ou trouvé des équivalences, vérifiez et modifiez en conséquence le schéma Kicad et les empreintes sur le PCB.<br>
 
<u>Remarque</u> : l'archive fournie est prévue pour l'implantation des références de composants présents dans la liste. Si vous avez modifié des références ou trouvé des équivalences, vérifiez et modifiez en conséquence le schéma Kicad et les empreintes sur le PCB.<br>
Ligne 268 : Ligne 315 :
 
Débuter en soudant les barrettes de connexion livrées avec l'Arduino Nano si ce n'est pas fait.<br>
 
Débuter en soudant les barrettes de connexion livrées avec l'Arduino Nano si ce n'est pas fait.<br>
 
[[Fichier:Arduino soudureBarrettes.png]]<br>
 
[[Fichier:Arduino soudureBarrettes.png]]<br>
 +
<br>
 
Poursuivre en soudant les borniers à vis, le support HE10 (connexion vers la carte afficheur) et les supports de composants (ampli op et Arduino).<br>
 
Poursuivre en soudant les borniers à vis, le support HE10 (connexion vers la carte afficheur) et les supports de composants (ampli op et Arduino).<br>
 
Pour les rangées de support de l’Arduino, couper à la bonne longueur les deux rangs de support (2 rangs de 15 contacts).<br>
 
Pour les rangées de support de l’Arduino, couper à la bonne longueur les deux rangs de support (2 rangs de 15 contacts).<br>
 
[[Fichier:Barrette maleFemelle arduino.png]]<br>
 
[[Fichier:Barrette maleFemelle arduino.png]]<br>
 +
<br>
 
Insérer ensuite les supports sur les pattes de l’Arduino. Enfoncer les supports dans les trous prévus sur la carte et souder les contacts de chaque extrémité des rangées.<br>
 
Insérer ensuite les supports sur les pattes de l’Arduino. Enfoncer les supports dans les trous prévus sur la carte et souder les contacts de chaque extrémité des rangées.<br>
 
[[Fichier:Arduino sur support.png]]<br>
 
[[Fichier:Arduino sur support.png]]<br>
 +
<br>
 
Retirer l’Arduino et souder tous les contacts. En procédant de cette façon, vous vous assurez du bon positionnement des rangées de connecteurs et d’une insertion facile de l’Arduino.<br>
 
Retirer l’Arduino et souder tous les contacts. En procédant de cette façon, vous vous assurez du bon positionnement des rangées de connecteurs et d’une insertion facile de l’Arduino.<br>
 
[[Fichier:Arduino soudure.png]]<br>
 
[[Fichier:Arduino soudure.png]]<br>
 +
<br>
 
Souder ensuite les résistances et les condensateurs céramiques. Ces composants ne sont pas polarisés.<br>
 
Souder ensuite les résistances et les condensateurs céramiques. Ces composants ne sont pas polarisés.<br>
 
Poursuivre avec les fets de puissance et la diode. Ces composants-ci sont polarisés, attention à leurs positionnements.
 
Poursuivre avec les fets de puissance et la diode. Ces composants-ci sont polarisés, attention à leurs positionnements.
Ligne 293 : Ligne 344 :
 
La panne de fer à souder utilise un connecteur très commun. Pour son raccordement à la station, on utilisera une fiche jack femelle 3,5 mm stéréo (identique à un casque audio par exemple).<br>
 
La panne de fer à souder utilise un connecteur très commun. Pour son raccordement à la station, on utilisera une fiche jack femelle 3,5 mm stéréo (identique à un casque audio par exemple).<br>
 
Souder un brin du câble souple à chacun des connecteurs de la fiche jack femelle.<br>
 
Souder un brin du câble souple à chacun des connecteurs de la fiche jack femelle.<br>
[[Fichier:Fiche vers fer.png]]
+
[[Fichier:Fiche vers fer.png]]<br>
 +
<br>
 +
Voilà comment raccorder la panne, attention aux courts-circuits qui pourraient endommager la panne.<br>
 +
<br>
 +
'''Côté panne'''<br>
 +
<br>
 +
[[Fichier:Raccordement panne.png]]<br>
 +
<br>
 +
'''Côté carte mère'''<br>
 +
<br>
 +
[[Fichier:Raccordement panne 2.png]]
  
 
====Modification de l'Arduino Nano====
 
====Modification de l'Arduino Nano====
Ligne 305 : Ligne 366 :
 
===Chargement du programme Arduino===
 
===Chargement du programme Arduino===
 
Cette étape a pour but de transformer un Arduino Nano en un composant capable de gérer notre future station de soudage.<br>
 
Cette étape a pour but de transformer un Arduino Nano en un composant capable de gérer notre future station de soudage.<br>
Dans un premier temps, télécharger le projet Arduino contenant le programme et ses bibliothèques.{{fixme}} Lien de téléchargement de l'archive du programme<br>
+
Dans un premier temps, télécharger le projet Arduino contenant le programme et ses bibliothèques.<br><br>
 +
[[:Fichier:SolderStation-master.zip | Programme Arduino et ses dépendances]]<br><br>
 +
 
 
Ensuite, adapter au besoin le fichier « config_coagul.h »<br>
 
Ensuite, adapter au besoin le fichier « config_coagul.h »<br>
Connecter l'Arduino au PC au moyen du cordon USB.<br>
+
* Connecter l'Arduino au PC au moyen du cordon USB.<br>
Compiler et téléverser le programme vers l'Arduino.<br>
+
* Sélectionner le type de carte : Menu ''Outils'' --> ''Type de carte'', choisir ''Arduino Nano''.
[[Fichier:Chargement programme arduino.png]]
+
[[Fichier:Arduino selection nano.png]]<br><br>
 +
* Editer les préférences pour inclure les bibliothèques externes<br>
 +
[[Fichier:Arduino preferences.png]]<br><br>
 +
* Modifier le chemin du carnet de croquis de façon à pointer sur le répertoire contenant le répertoire ''librairie''<br>
 +
[[Fichier:Arduino preferences chemin.png]]<br><br>
 +
* Compiler et téléverser le programme vers l'Arduino.<br>
 +
[[Fichier:Chargement programme arduino.png]]<br><br>
 +
===Modification du sens de rotation de l'encodeur===
 +
Le programme qui régit l'encodeur rotatif a été prévu de façon à faire augmenter la température lorsque l'encodeur est tourné dans le sens horaire. Si vous souhaitez inverser ce comportement, vous pouvez modifier le fichier ''config_coagul.h'' en supprimant le signe moins présent à la ligne ''ROTATING_UP_DOWN_DIVIDER''.<br>
 +
[[Fichier:Prog inversion sens encodeur.png]]<br>
 +
Enregistrer, compiler et téléverser le programme dans l'Arduino une fois la modification réalisée.<br>
  
 
===Première mise en service de la station===
 
===Première mise en service de la station===
Ligne 320 : Ligne 393 :
 
[[Fichier:Arduino boot.png]]<br>
 
[[Fichier:Arduino boot.png]]<br>
 
L’image précédente indique que l’Arduino Nano démarre correctement son programme. Il affiche ses paramètres puis fait défiler un paragraphe avec la température remontée par la sonde, la température cible…<br>
 
L’image précédente indique que l’Arduino Nano démarre correctement son programme. Il affiche ses paramètres puis fait défiler un paragraphe avec la température remontée par la sonde, la température cible…<br>
Au bout de 15 itérations, l’écran affiche un défaut ''FAULT'' qui indique que malgré l’envoi d’un signal de chauffe à la panne, celle-ci ne renvoie pas d’info comme quoi elle chauffe. Rien d’anormal, la panne n’est pas branchée. C’est même plutôt bien, on a pu vérifier que l’Arduino se met bien en défaut lorsqu’il détecte ce type d’anomalie. {{fixme}} 15 itérations, il semble que le programme soit configuré pour moins???<br>
+
Au bout de 15 itérations, l’écran affiche un défaut ''FAULT'' qui indique que malgré l’envoi d’un signal de chauffe à la panne, celle-ci ne renvoie pas d’info comme quoi elle chauffe. Rien d’anormal, la panne n’est pas branchée. C’est même plutôt bien, on a pu vérifier que l’Arduino se met bien en défaut lorsqu’il détecte ce type d’anomalie.<br>
En parallèle, les afficheurs 7 segments devraient s’allumer, afficher ''000'' pendant une seconde, puis ''023'' ou une valeur avoisinante pendant 15 secondes et enfin ''Err''.
+
En parallèle, les afficheurs 7 segments devraient s’allumer, afficher ''000'' pendant une seconde, puis ''023'' ou une valeur avoisinante pendant 15 secondes et enfin ''Err''.<br>
 
Les afficheurs montrent d’abord la température de la sonde (valeur par défaut remontée par l’ampli op car la panne n’est pas connectée) puis ''Err'' quand l’Arduino se met en défaut.<br>
 
Les afficheurs montrent d’abord la température de la sonde (valeur par défaut remontée par l’ampli op car la panne n’est pas connectée) puis ''Err'' quand l’Arduino se met en défaut.<br>
 
[[Fichier:Premiere mise en service2.png]]
 
[[Fichier:Premiere mise en service2.png]]
Ligne 328 : Ligne 401 :
 
Il est possible de vérifier le fonctionnement de l’encodeur rotatif :<br>
 
Il est possible de vérifier le fonctionnement de l’encodeur rotatif :<br>
 
Appuyer sur l’encodeur provoque le redémarrage (reset) de l’Arduino. Il en est de même en appuyant sur le bouton présent sur l’Arduino.<br>
 
Appuyer sur l’encodeur provoque le redémarrage (reset) de l’Arduino. Il en est de même en appuyant sur le bouton présent sur l’Arduino.<br>
On peut vérifier le changement de consigne de température en tournant l’encodeur pendant les quinze premières secondes du démarrage de l’Arduino (avant qu’il ne se mette en défaut). Vérifier que la température de commande varie dans les deux sens par palier de 5°C. (mini = 0°C, maxi = 350°C). Si vous voulez tester du minimum au maximum, vous aurez peut être à redémarrer plusieurs fois l’Arduino avant qu'il ne tombe en ''Err''. Il est possible de modifier le programme pour changer le sens de rotation de l'encodeur rotatif. {{fixme}} ajouter tuto modif du programme pour changer le sens de rotation du l'encodeur.<br>
+
On peut vérifier le changement de consigne de température en tournant l’encodeur pendant les quinze premières secondes du démarrage de l’Arduino (avant qu’il ne se mette en défaut). Vérifier que la température de commande varie dans les deux sens par palier de 5°C. (mini = 0°C, maxi = 350°C). Si vous voulez tester du minimum au maximum, vous aurez peut être à redémarrer plusieurs fois l’Arduino avant qu'il ne tombe en ''Err''. Il est possible de modifier le programme pour changer le sens de rotation de l'encodeur rotatif.<br>
 
Vous remarquerez au passage que la dernière valeur de consigne est enregistrée dans l’Arduino. Cette température est rappelée après le redémarrage de l’Arduino.<br>
 
Vous remarquerez au passage que la dernière valeur de consigne est enregistrée dans l’Arduino. Cette température est rappelée après le redémarrage de l’Arduino.<br>
 
Autre remarque : Les points décimaux des trois afficheurs donnent également une indication sur le rapport cyclique du signal PWM envoyé à la résistance chauffante de la panne. En clair, cela signifie que plus il y a de points décimaux allumés au niveau des afficheurs, plus l’Arduino essaye de faire chauffer la panne vite et fort. Une fois la température de consigne atteinte, le rapport cyclique du signal PWM va diminuer pour maintenir la température et donc le nombre de points des afficheurs va également diminuer.
 
Autre remarque : Les points décimaux des trois afficheurs donnent également une indication sur le rapport cyclique du signal PWM envoyé à la résistance chauffante de la panne. En clair, cela signifie que plus il y a de points décimaux allumés au niveau des afficheurs, plus l’Arduino essaye de faire chauffer la panne vite et fort. Une fois la température de consigne atteinte, le rapport cyclique du signal PWM va diminuer pour maintenir la température et donc le nombre de points des afficheurs va également diminuer.
Ligne 335 : Ligne 408 :
 
Débrancher maintenant le cordon USB vers le PC et raccorder l’alimentation 12V via le bornier présent sur la carte mère. Vérifier la polarité avant de brancher l’alimentation.<br>
 
Débrancher maintenant le cordon USB vers le PC et raccorder l’alimentation 12V via le bornier présent sur la carte mère. Vérifier la polarité avant de brancher l’alimentation.<br>
 
L’Arduino démarre ainsi que les afficheurs 7 segments. La panne n’étant toujours pas branchée, vous pouvez bouger la consigne pendant une quinzaine de secondes avant que les afficheurs n’écrivent ''Err''.<br>
 
L’Arduino démarre ainsi que les afficheurs 7 segments. La panne n’étant toujours pas branchée, vous pouvez bouger la consigne pendant une quinzaine de secondes avant que les afficheurs n’écrivent ''Err''.<br>
Avec l'alimentation externe branchée, le circuit de puissance est maintenant alimenté. Le panne aurait été branchée, elle aurait pu chauffer. Cependant pas d'impatience. Avant de raccorder la panne, on va vérifier un ou deux points au préalable.
+
Avec l'alimentation externe branchée, le circuit de puissance est maintenant alimenté. Le panne aurait été branchée, elle aurait pu chauffer. Cependant pas d'impatience. Avant de raccorder la panne, on va vérifier un ou deux points au préalable.<br>
 +
[[Fichier:Alimentation de la carte.png]]
 +
 
 
====Vérification de la formation de signaux carrés à la sortie de l'Arduino====
 
====Vérification de la formation de signaux carrés à la sortie de l'Arduino====
 
Cette étape (facultative) a pour objectif de vérifier que le signal émis par l’Arduino à destination de la panne a bien une forme de créneaux (signal PWM). Pour vérifier la forme de ce signal, il vous faudra utiliser un oscilloscope. Cet équipement n’étant pas à la portée de tous, les bricoleurs non équipés peuvent passer à l’étape suivante.<br>
 
Cette étape (facultative) a pour objectif de vérifier que le signal émis par l’Arduino à destination de la panne a bien une forme de créneaux (signal PWM). Pour vérifier la forme de ce signal, il vous faudra utiliser un oscilloscope. Cet équipement n’étant pas à la portée de tous, les bricoleurs non équipés peuvent passer à l’étape suivante.<br>
Ligne 341 : Ligne 416 :
 
Vérifier d’abord la forme du signal à la sortie de l’Arduino. Pour cela, afficher à l’oscilloscope le signal pris entre la masse et la sortie D3 de l’Arduino. L’amplitude du signal devrait être de 5V, la fréquence du signal aux alentours de 50 Hz.<br>
 
Vérifier d’abord la forme du signal à la sortie de l’Arduino. Pour cela, afficher à l’oscilloscope le signal pris entre la masse et la sortie D3 de l’Arduino. L’amplitude du signal devrait être de 5V, la fréquence du signal aux alentours de 50 Hz.<br>
 
Vérifier ensuite que l’amplification du signal se passe correctement en affichant le signal pris entre la masse et la sortie du Fet de puissance sur la PIN n°5 du connecteur du fer à souder. La fréquence du signal reste la même, la tension devrait être de 12V.<br>
 
Vérifier ensuite que l’amplification du signal se passe correctement en affichant le signal pris entre la masse et la sortie du Fet de puissance sur la PIN n°5 du connecteur du fer à souder. La fréquence du signal reste la même, la tension devrait être de 12V.<br>
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[[Fichier:Verif signaux carres.png]]
  
 
====Raccordement (partiel) de la panne à la station : vérification de la mesure remontée par la sonde de température====
 
====Raccordement (partiel) de la panne à la station : vérification de la mesure remontée par la sonde de température====
Ligne 347 : Ligne 423 :
 
Débrancher l’alimentation externe et le cordon USB.<br>
 
Débrancher l’alimentation externe et le cordon USB.<br>
 
Au niveau du fer à souder et de sa panne, raccorder uniquement le fil de masse et le fil de sonde (probe) au bornier allant vers la panne.<br>
 
Au niveau du fer à souder et de sa panne, raccorder uniquement le fil de masse et le fil de sonde (probe) au bornier allant vers la panne.<br>
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[[Fichier:Raccordement partiel.png]]<br>
 
Brancher le cordon USB uniquement, lancer le logiciel de programmation Arduino et afficher le moniteur série comme à l’étape 8.4.1.<br>
 
Brancher le cordon USB uniquement, lancer le logiciel de programmation Arduino et afficher le moniteur série comme à l’étape 8.4.1.<br>
 
La vérification de la remontée de l'information de température de la sonde peut se faire par deux biais, le premier par les afficheurs, le second en observant les traces émises par l’Arduino sur le port de communication :<br>
 
La vérification de la remontée de l'information de température de la sonde peut se faire par deux biais, le premier par les afficheurs, le second en observant les traces émises par l’Arduino sur le port de communication :<br>
 
Comme la résistance chauffante de la panne n’est toujours pas branchée, vous avez 15 secondes pour vérifier le fonctionnement de la sonde avant que l’Arduino ne se mette en anomalie. Pour éviter de devoir redémarrer l'Arduino à tout bout de champ, régler la température de consigne à une température inférieure à la température ambiante. Ainsi, la station n'aura pas à faire ''chauffer'' la panne qui n'est pas branchée et ainsi ne tombera pas en erreur.<br>
 
Comme la résistance chauffante de la panne n’est toujours pas branchée, vous avez 15 secondes pour vérifier le fonctionnement de la sonde avant que l’Arduino ne se mette en anomalie. Pour éviter de devoir redémarrer l'Arduino à tout bout de champ, régler la température de consigne à une température inférieure à la température ambiante. Ainsi, la station n'aura pas à faire ''chauffer'' la panne qui n'est pas branchée et ainsi ne tombera pas en erreur.<br>
 
Utiliser un briquet et approcher sa flamme de l'extrémité de la panne. Très rapidement, vous devriez constater une augmentation de la valeur indiquée par l'afficheur de même que sur la trace générée par l'Arduino sur le moniteur de communication.<br>
 
Utiliser un briquet et approcher sa flamme de l'extrémité de la panne. Très rapidement, vous devriez constater une augmentation de la valeur indiquée par l'afficheur de même que sur la trace générée par l'Arduino sur le moniteur de communication.<br>
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[[Fichier:Raccordement partiel 2.png]]<br>
 
Eteindre la flamme, la valeur de température sur l'afficheur et sur la trace devrait décroître.<br>
 
Eteindre la flamme, la valeur de température sur l'afficheur et sur la trace devrait décroître.<br>
 
Cette étape est primordiale : Si l'Arduino ne reçoit pas d'information de température ou une information erronée (comme c'est le cas si la sonde n'est pas raccordée), l'Arduino va faire chauffer la panne au maximum sur une longue période, ce qui aura pour conséquence sa destruction.
 
Cette étape est primordiale : Si l'Arduino ne reçoit pas d'information de température ou une information erronée (comme c'est le cas si la sonde n'est pas raccordée), l'Arduino va faire chauffer la panne au maximum sur une longue période, ce qui aura pour conséquence sa destruction.
Ligne 362 : Ligne 440 :
 
* Raccorder le fil (+) de la panne correspondant à la résistance chauffante sur le bornier.<br>
 
* Raccorder le fil (+) de la panne correspondant à la résistance chauffante sur le bornier.<br>
 
* Brancher le cordon USB puis l'alimentation électrique de puissance.<br>
 
* Brancher le cordon USB puis l'alimentation électrique de puissance.<br>
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[[Fichier:Raccordement complet.png]][[Fichier:Raccordement panne 2.png]]<br>
 
Au niveau de l'afficheur, vous devriez constater que deux points décimaux s'allument, indiquant l'envoi d'impulsions ''modérées'' vers la résistance chauffante de la panne. Puis, un point devrait s'éteindre indiquant que la consigne a été atteinte et que la régulation autour de la consigne est active. La panne devrait tiédir et se maintenir à cette température.
 
Au niveau de l'afficheur, vous devriez constater que deux points décimaux s'allument, indiquant l'envoi d'impulsions ''modérées'' vers la résistance chauffante de la panne. Puis, un point devrait s'éteindre indiquant que la consigne a été atteinte et que la régulation autour de la consigne est active. La panne devrait tiédir et se maintenir à cette température.
Si ce n'est pas le cas (trois points décimaux affichés et restant fixes), la panne va chauffer très rapidement. Vous avez moins de 20 secondes pour réagir : débrancher la puissance immédiatement au risque de vous brûler et de détruire la panne.
+
Si ce n'est pas le cas (trois points décimaux affichés et restant fixes), la panne va chauffer très rapidement. Vous avez moins de 20 secondes pour réagir : débrancher la puissance immédiatement au risque de vous brûler et de détruire la panne.<br>
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Si la régulation fonctionne comme attendu, augmenter la température de commande aux alentours de 280-300°C et tenter de fondre un peu d'étain.<br>
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[[Fichier:Raccordement complet 2.png]]<br>
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L'étain fond ? Félicitations vous avez une station de soudage régulée !<br>
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Prochaine étape, le tuning...
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====Mise en veille du fer lorsqu'il est en attente d'utilisation (option)====
 +
Le programme et la carte prévoit une option intéressante : Il est possible de réduire la température du fer pendant les moments où il repose sur son support. La température baisse jusqu'à une température fixée dans le programme (par défaut  150°C, paramètre ''DEFAULT_STANDBY_TEMPERATURE'' du fichier ''config.h''). Dès que la panne de fer est extirpée de son support, la station reçoit une info et remonter la température de la panne jusqu'à la consigne en moins de 5 secondes.<br>
 +
Le hack d'Electrolab [https://wiki.electrolab.fr/Projets:Lab:2015:SolderStation:Manuel#Le_repose-fer] propose une approche avec une remontée d'info par la mise en contact directe de la panne avec une collerette métallique reliée à la borne ''Standby switch''.<br>
 +
 
 +
Pour activer cette fonctionnalité, il faudra utiliser un interrupteur à lame souple (ILS aussi appelé capteur Reed) et un aimant. Ces deux éléments sont à monter, l'un sur le manche portant la panne, l'autre sur le support de fer.<br>
 +
[[Fichier:ILS aimant.png]]<br>
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Coté carte mère, voici la position de l'ILS (Stand by Switch) :<br>
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[[Fichier:Raccordement panne 3.png]]<br>
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 +
N'ayant pas trouvé de solution pleinement satisfaisante entre la présence de l'ILS sur le manche ou sur le support, je vous laisse mener vos essais pour trouver l'installation qui vous convient le mieux.
  
 
==Liens==
 
==Liens==
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<br>
 
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'''Archives'''<br>
 
'''Archives'''<br>
{{fixme}}<br>
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* Cartes PCB : Archive Kicad [[Fichier:Kicad station soudage.zip]]<br>
* Cartes PCB : Archive Kicad<br>
+
* Programme : Projet Arduino [[:Fichier:SolderStation-master.zip | Programme Arduino et ses dépendances]]<br>
* Programme : Projet Arduino<br>
+
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 +
'''Références'''<br>
 +
* Gestion des bibliothèques avec l'IDE Arduino<br>
 +
{{en}}https://www.arduino.cc/en/Guide/Libraries<br>
  
 
==Auteurs==
 
==Auteurs==
  
* [[utilisateur:Nicof|Nicof]]
+
* AlexisA, [[utilisateur:Nicof|Nicof]]
  
 
==Licence de la page==
 
==Licence de la page==

Version actuelle datée du 17 mai 2017 à 11:31

Fabrication d’une station de soudage utilisant les pannes de fer Weller de la gamme RT.

Présentation

Pannes Weller de la gamme RT (banana for scale)

Les stations de soudage régulées de bonne facture sont souvent onéreuses. Autant le tarif des pannes est relativement bon marché que le prix des stations et des fers à souder de la marque peuvent fortement rebuter. Un des constructeurs les plus réputés du marché, Weller, a eu l’excellente idée de fabriquer des stations de soudage dont les pannes de fers (gamme RT) sont interchangeables et cumules plusieurs avantages :

  • une gamme de panne étendue : allant d’une panne conique très fine dédiée à la soudure de composants CMS jusqu’à des pannes biseautées de 2,2 mm, soit une quinzaine de références de pannes différentes ;
  • elles sont interchangeables facilement, sans outil et à chaud ;
  • elles utilisent un connecteur unique et très courant : une fiche jack de 3,5 mm de diamètre stéréo ;
  • chaque panne dispose de sa cartouche chauffante et de sa sonde de température ;
  • elles sont ergonomiques et agréables à prendre en main ;
  • leur prix est raisonnable vis à vis de la qualité des pannes.

L’objectif du présent montage est de combiner l’utilisation des pannes de fer de gamme professionnelle avec la fabrication d’une station de soudage "maison" bon marché qui sera tout aussi efficace que celle proposée par Weller pour un coût abordable.

Principe de fonctionnement

Le hack repose sur le retro engineering d’une station Weller RT qui, au final, fonctionne comme une boucle fermée d’asservissement en température : le bricoleur définit une consigne de température pour son fer, la station envoie de l’énergie vers la panne pour la faire chauffer, la panne renvoie une information de température à la station qui va adapter l’énergie à envoyer la panne. En dessous de la consigne, on fait chauffer la panne ; au-delà de la température, on stoppe le chauffage. Le signal envoyé par la station de soudage est un signal de type carré dont le rapport cyclique va varier (signal PWM). Il s’agit de signaux en forme de créneaux envoyés à la résistance chauffante de la panne dont le temps à l’état haut sera plus ou moins long en fonction de l’augmentation de température souhaitée. Plus le créneau à l’état haut sera long, plus la panne chauffe.

La gestion de l’ensemble doit donc pouvoir inclure :

  • une interface utilisateur permettant de définir un point de consigne : ie. la température du fer à souder ;
  • un affichage de la consigne ;
  • une entrée permettant de faire varier la consigne ;
  • l’interprétation du signal retourné par la sonde de température ;
  • la régulation de la température ;
  • la génération d’un signal PWM dont le rapport cyclique va varier en fonction de la consigne et de la température détectée par la sonde de la panne ;
  • une indication visuelle du rapport cyclique actuel : ça chauffe à fond pour la montée initiale en température, ça maintient la température, température de veille.

Tout cet ensemble sera géré par un composant programmable : un Arduino/Genuino Nano.

Coût

Tarif évalué en mars 2017. La construction de ce hack vous revient à environ 90 euros.

Niveau de difficulté

Orange.png

Outillage nécessaire

  • Gravure des cartes
    • Mini CNC
    • Fraise conique ou pointe javelot
    • Scie à métaux (détourage des cartes)
    • Toile émeri + brosse métallique
    • Mini perçeuse
    • Forêts de 0,6 et 0,8 mm
  • Montage des cartes
    • Fer à souder
    • Etain, tresse ou pompe à dessouder
    • Pince coupante à raz
    • Pince à becs plats
    • Gaine thermorétractable diamètre 2,4 mm
    • Paire de brucelles ou précelles
    • Tournevis plat
    • Lunettes de protection
  • Programmation de l'Arduino Nano
    • Un PC
    • Cordon mini USB – USB A
    • Logiciel de compilation Arduino (téléchargement sur www.arduino.cc)
  • Vérification du montage
    • Un oscilloscope (facultatif)
    • Un briquet

Composants nécessaires

Liste des composants
Composant Quantité Référence Référence Farnell

Arduino Nano (au choix)

Arduino/Genuino Nano

1

ATMega 328P

non disponible
https://store.arduino.cc

Arduino Nano compatible 1 non disponible

Ebay, Ali Express...

Alimentation

Alimentation 12Vdc 5A 1 Ebay, Ali Express...
Fiche d'alimentation 1 Dépend du diamètre du cordon de l'alimentation

Station de soudage

Panne WELLER RT1 1 RT1 0054460199 2628906
Amplificateur opérationnel de mesure 1 Texas Instruments OPA2336 1097396
Support de CI DIL8 lyre 1 Support DIL8 lyre 1077344
Fet de puissance 1 Infineon IPP80P03P4L-04 (TO-220) 2443406
Afficheur 7 segments 20 mm cathode commune 3 LTS-313AG
Barrette HE14 femelle 15 pin 2 Support pour Arduino Nano 1667535
10 nF / 100 V 2 10 nF / 100 V disque céramique 1827843
100 nF / 50 V 1 100 nF / 50 V disque céramique 1600815
Led diamètre 5 mm 1 Led diamètre 5 mm jaune 1208852
Fet N petits signaux 4 BS170 (TO92) 1077687
R68k 1 68 kΩ 1/4W 1% 2329965
R100 1 100 Ω 1/4W 1% 2329853
R220 9 220 Ω 1/4W 1% 9339299
R1k 4 1 kΩ 1/4W 1% 9339051
R5k6 1 5,6 kΩ 1/4W 1% 2411043
R10k 2 10 kΩ 1/4W 1% 9339060
R100k 1 100 kΩ 1/4W 1% 2329853
Diode 1N4007 1 1N4007 9565051
Encodeur rotatif avec bouton poussoir 1 Alps EC11K1524402 2064998
Fil de câblage 0.2mm² 2,5 m (ou nappe Speedy 20 conducteurs) 2290924
Fiche jack femelle 3,5mm stéréo 1 Neutrik NYS240BG 1390177

Liaison panne de fer vers station

Câble souple LIYY 4x0,25mm² 1 m Résistant aux hautes températures 1515245
Embase DIN 5 broches femelle 1 Lumberg 0107 05 1814800
Fiche DIM 5 broches mâles 1 Lumberg 0132 05 1814829
ou
Cordon 5 broches 1,5m droit M12 sortie fils 1 Phoenix SAC-5P-M12MS/1,5-PUR 1669767
Embase 5 broches femelle 1 Phoenix SACC-E-M12FS-5CON-PG9/0,5 2402315

Composants facultatifs ou optionnels

Bornier 2 fils, pas de 5,08 mm 2 Bornier de la fiche d'alimentation 12V à la carte mère (repère CONN01X02)
Bornier intermédiaire vers la fiche DIN 5 pôles (ou fils soudés directement à la carte)
2396251
Bornier 3 fils, pas de 5,08 mm 1 Bornier intermédiaire vers la fiche DIN 5 pôles (ou fils soudés directement à la carte) 2668642
ILS - Interrupteur reed 1 Normalement ouvert, pour la détection de la mise en veille du fer quand posé sur son support 2453568
Aimant 1

Schémas

Les schémas proposés sont une adaptation de la station proposée par l’Electrolab (Hackerspace basé à Nanterre). Le kit d'origine utilise des composants de surface (CMS). Les schémas fournis ici utilisent des composants dits traversants pour sa réalisation. Electrolab propose par ailleurs des améliorations facultatives dans sa documentation (ajout d’un bouton reset sur l’encodeur rotatif et une sécurité anti emballement en cas de plantage), celles-ci sont implantées dans cette version.

Schéma électronique Kicad

Archive Kicad du projet

Le cerveau du dispositif est l'Arduino Nano. Ses sorties D2 à D11 et A2-A3 sont dédiées aux afficheurs 7 segments, la sortie A4 pour la LED implantée en tant que témoin de chauffe, la sortie D3 envoie les signaux PWM vers le Fet de puissance à destination de la résistance chauffante de la panne. L'entrée A7 reçoit le signal amplifié en provenance de la sonde de température embarquée dans la panne. Les entrées D12 et D13 correspondent à l'encodeur rotatif pour le réglage de la température de consigne et l'appui sur le bouton de l'encodeur permet de réinitialiser l'Arduino Nano en cas de plantage.

Étape par étape

Gravure des cartes électroniques

L'électronique de la station de soudage sera gravé sur deux cartes distinctes reliées par un bus :

  • la première carte supportant l'Arduino Nano hébergera également un amplificateur opérationnel pour le retour de la sonde de température de même que le Fet de puissance pour les impulsions PWM envoyées à la résistance chauffante de la panne.
  • la seconde carte comporte les afficheurs ainsi que l'encodeur rotatif permettant le réglage et l'affichage de la température de consigne, le rapport cyclique actuel. Cette carte est séparée de la première pour réaliser un montage plus aisé dans un boîtier de votre choix.

Archive Kicad du projet

Les cartes détourées avec une CNC :
Carte mère Carte afficheurs
Carte mere.png
PCB termine2.png


Remarque : l'archive fournie est prévue pour l'implantation des références de composants présents dans la liste. Si vous avez modifié des références ou trouvé des équivalences, vérifiez et modifiez en conséquence le schéma Kicad et les empreintes sur le PCB.
Pour exporter le tracé des PCB et des trous de perçage à destination de la CNC du fab, voici la page Wiki dédiée à ces actions.

Gabarit des cartes :

  • Carte mère (Arduino) : 104 mm x 61 mm
  • Carte afficheurs : 82 mm x 52 mm


Une fois les cartes gravées, détourer les cartes avec une scie à métaux puis retirer les copeaux éventuels avec une brosse métallique et casser les arrêtes et les angles des cartes avec de la toile émeri. La CNC ayant pointé les pré-perçages, il faut maintenant percer tous les trous avec une mini perceuse et un forêt de 0,6 mm. Certains composants ont besoin de trous de perçage plus larges (Fet de puissance, borniers, pattes de renfort de l'encodeur rotatif), agrandir les trous avec le forêt de 0,8 mm. Sur la carte afficheur, présentez l'encodeur rotatif pour vérifier qu'il pourra se monter facilement. Rectifier au besoin.

Implantation des composants

Carte afficheurs

Commencer par souder la série de huit résistances de 220 ohms (R14 à R21) et les trois résistances de 1 kohm (R11 à R13). Lorsque vous coupez les pattes des composants, veillez à porter des lunettes de protection.
Souder les afficheurs et les mosfets, attention aux sens de montage et polarités.
Terminer par l’encodeur rotatif.

Carte mère

Débuter en soudant les barrettes de connexion livrées avec l'Arduino Nano si ce n'est pas fait.
Arduino soudureBarrettes.png

Poursuivre en soudant les borniers à vis, le support HE10 (connexion vers la carte afficheur) et les supports de composants (ampli op et Arduino).
Pour les rangées de support de l’Arduino, couper à la bonne longueur les deux rangs de support (2 rangs de 15 contacts).
Barrette maleFemelle arduino.png

Insérer ensuite les supports sur les pattes de l’Arduino. Enfoncer les supports dans les trous prévus sur la carte et souder les contacts de chaque extrémité des rangées.
Arduino sur support.png

Retirer l’Arduino et souder tous les contacts. En procédant de cette façon, vous vous assurez du bon positionnement des rangées de connecteurs et d’une insertion facile de l’Arduino.
Arduino soudure.png

Souder ensuite les résistances et les condensateurs céramiques. Ces composants ne sont pas polarisés.
Poursuivre avec les fets de puissance et la diode. Ces composants-ci sont polarisés, attention à leurs positionnements.

Liaison carte mère - afficheurs

Connexion à la carte mère amovible (option) : Monter le connecteur HE10 à l’extrémité de la nappe. Pour se faire, désolidariser les brins de la nappe sur une longueur d’environ 20 mm. Monter le premier brin (rouge) sur le connecteur femelle en vous assurant du sens de montage vis à vis du support de la carte mère. Enfoncer le filament rouge dans le connecteur femelle et l’insérer dans la griffe métallique avec un tournevis plat fin. Recommencer avec les autres filaments en vous assurant de les prendre dans l’ordre. Couper l’excédent des filaments dépassant du connecteur avec une pince coupante à raz.

Si vous ne souhaitez pas passer par cette étape, vous pouvez lier les cartes entre elles avec du câble nappe ou des fils de câblage coupés à longueur identique et soudés à chaque extrémité.
Carte afficheur.png

Raccordement des fiches

Fiche d'alimentation

Souder le connecteur concentrique pour l’alimentation de la station. Traditionnellement, le pôle positif se trouve à l’intérieur du connecteur, le moins sur le pourtour extérieur. Par convention, utiliser du fil de câblage noir pour le moins et rouge pour le plus. Raccorder ensuite cette fiche concentrique vers le bornier d'alimentation de la carte mère, prêter attention à la polarité.

Fiche vers le fer à souder

La panne de fer à souder utilise un connecteur très commun. Pour son raccordement à la station, on utilisera une fiche jack femelle 3,5 mm stéréo (identique à un casque audio par exemple).
Souder un brin du câble souple à chacun des connecteurs de la fiche jack femelle.
Fiche vers fer.png

Voilà comment raccorder la panne, attention aux courts-circuits qui pourraient endommager la panne.

Côté panne

Raccordement panne.png

Côté carte mère

Raccordement panne 2.png

Modification de l'Arduino Nano

Ledoctomie de la sortie D13 : Comme joliment nommé dans de l'Arduino le hack d'Electrolab, il faut procéder à l'ablation de la LED CMS de l'Arduino Nano raccordée à la sortie 13. Cette étape est rendue nécessaire car l'entrée est utilisée par le raccordement de l'encodeur rotatif. Laisser l'ensemble LED + résistance peut empêcher le fonctionnement de l'encodeur dans l'un des sens de rotation. Chauffer alternativement les deux cotés de la LED marquée « L » sur l'Arduino et la dégager à l'aide d'une paire de brucelles ou pour les mieux équipés d'entre nous par une paire de précelles. Si la LED ne survit pas à ce mauvais traitement, peu importe, elle ne sera pas réutilisée.
Modif arduino.png

Implantation sur la carte mère

Positionner l’amplificateur opérationnel et l’Arduino Nano dans leurs logements. Veillez à respecter le sens de montage de ces composants !
Implantation sur CM.png

Chargement du programme Arduino

Cette étape a pour but de transformer un Arduino Nano en un composant capable de gérer notre future station de soudage.
Dans un premier temps, télécharger le projet Arduino contenant le programme et ses bibliothèques.

Programme Arduino et ses dépendances

Ensuite, adapter au besoin le fichier « config_coagul.h »

  • Connecter l'Arduino au PC au moyen du cordon USB.
  • Sélectionner le type de carte : Menu Outils --> Type de carte, choisir Arduino Nano.

Arduino selection nano.png

  • Editer les préférences pour inclure les bibliothèques externes

Arduino preferences.png

  • Modifier le chemin du carnet de croquis de façon à pointer sur le répertoire contenant le répertoire librairie

Arduino preferences chemin.png

  • Compiler et téléverser le programme vers l'Arduino.

Chargement programme arduino.png

Modification du sens de rotation de l'encodeur

Le programme qui régit l'encodeur rotatif a été prévu de façon à faire augmenter la température lorsque l'encodeur est tourné dans le sens horaire. Si vous souhaitez inverser ce comportement, vous pouvez modifier le fichier config_coagul.h en supprimant le signe moins présent à la ligne ROTATING_UP_DOWN_DIVIDER.
Prog inversion sens encodeur.png
Enregistrer, compiler et téléverser le programme dans l'Arduino une fois la modification réalisée.

Première mise en service de la station

La mise en route va se faire de façon progressive pour tester une à une les fonctionnalités de la carte.
Il est important de valider chacune de ces étapes successivement pour éviter de contrarier (parfois définitivement) l'électronique. Rester sur l'étape en cours et corriger l'anomalie avant de passer à l'étape suivante…
On considère comme condition de départ que la carte mère est raccordée à la carte afficheurs uniquement. Toutes les autres composantes (alimentation externe, liaison USB vers le PC, panne de fer à souder) sont pour l’instant débranchées du montage.

Démarrage de l'Arduino et vérification de la communication avec le PC

La première vérification consiste à valider le démarrage du programme téléversé vers l’Arduino Nano (boot). Cette opération peut se faire hors alimentation extérieure de la carte mère. Il suffit de raccorder l’Arduino au PC via son cordon USB. L'arduino Nano connecté à un PC envoie les informations de son démarrage, son état et son évolution. Brancher le cordon USB et démarrer le logiciel Arduino puis lancer le moniteur série qui va transcrire à l'écran les logs émis par l'Arduino (menu Outils, Moniteur série).
En cas d'absence de communication, vérifier le port série et les paramètres de communication. La vitesse doit être fixée à 115200 baud.
Arduino boot.png
L’image précédente indique que l’Arduino Nano démarre correctement son programme. Il affiche ses paramètres puis fait défiler un paragraphe avec la température remontée par la sonde, la température cible…
Au bout de 15 itérations, l’écran affiche un défaut FAULT qui indique que malgré l’envoi d’un signal de chauffe à la panne, celle-ci ne renvoie pas d’info comme quoi elle chauffe. Rien d’anormal, la panne n’est pas branchée. C’est même plutôt bien, on a pu vérifier que l’Arduino se met bien en défaut lorsqu’il détecte ce type d’anomalie.
En parallèle, les afficheurs 7 segments devraient s’allumer, afficher 000 pendant une seconde, puis 023 ou une valeur avoisinante pendant 15 secondes et enfin Err.
Les afficheurs montrent d’abord la température de la sonde (valeur par défaut remontée par l’ampli op car la panne n’est pas connectée) puis Err quand l’Arduino se met en défaut.
Premiere mise en service2.png

Vérification du fonctionnement des afficheurs et de l'encodeur rotatif

Il est possible de vérifier le fonctionnement de l’encodeur rotatif :
Appuyer sur l’encodeur provoque le redémarrage (reset) de l’Arduino. Il en est de même en appuyant sur le bouton présent sur l’Arduino.
On peut vérifier le changement de consigne de température en tournant l’encodeur pendant les quinze premières secondes du démarrage de l’Arduino (avant qu’il ne se mette en défaut). Vérifier que la température de commande varie dans les deux sens par palier de 5°C. (mini = 0°C, maxi = 350°C). Si vous voulez tester du minimum au maximum, vous aurez peut être à redémarrer plusieurs fois l’Arduino avant qu'il ne tombe en Err. Il est possible de modifier le programme pour changer le sens de rotation de l'encodeur rotatif.
Vous remarquerez au passage que la dernière valeur de consigne est enregistrée dans l’Arduino. Cette température est rappelée après le redémarrage de l’Arduino.
Autre remarque : Les points décimaux des trois afficheurs donnent également une indication sur le rapport cyclique du signal PWM envoyé à la résistance chauffante de la panne. En clair, cela signifie que plus il y a de points décimaux allumés au niveau des afficheurs, plus l’Arduino essaye de faire chauffer la panne vite et fort. Une fois la température de consigne atteinte, le rapport cyclique du signal PWM va diminuer pour maintenir la température et donc le nombre de points des afficheurs va également diminuer.

Alimentation de la carte

Débrancher maintenant le cordon USB vers le PC et raccorder l’alimentation 12V via le bornier présent sur la carte mère. Vérifier la polarité avant de brancher l’alimentation.
L’Arduino démarre ainsi que les afficheurs 7 segments. La panne n’étant toujours pas branchée, vous pouvez bouger la consigne pendant une quinzaine de secondes avant que les afficheurs n’écrivent Err.
Avec l'alimentation externe branchée, le circuit de puissance est maintenant alimenté. Le panne aurait été branchée, elle aurait pu chauffer. Cependant pas d'impatience. Avant de raccorder la panne, on va vérifier un ou deux points au préalable.
Alimentation de la carte.png

Vérification de la formation de signaux carrés à la sortie de l'Arduino

Cette étape (facultative) a pour objectif de vérifier que le signal émis par l’Arduino à destination de la panne a bien une forme de créneaux (signal PWM). Pour vérifier la forme de ce signal, il vous faudra utiliser un oscilloscope. Cet équipement n’étant pas à la portée de tous, les bricoleurs non équipés peuvent passer à l’étape suivante.
Pourquoi vérifier la forme de ce signal ? Ce signal à la sortie de l’Arduino est amplifié par le Fet de puissance puis envoyé à la résistance chauffante de la panne. Weller a conçu sa gamme de pannes pour recevoir des signaux émis par intermittence. L’envoi d’une puissance continue sur la résistance chauffante de la panne va faire qu’elle va chauffer jusqu’au rouge et cela très vite (en moins de 20 secondes). Ceci va entraîner la destruction de la panne : le traitement à sa surface permettant à l’étain d’adhérer facilement à la panne va se disloquer, la sonde de température va mourir et la résistance chauffante risque également de claquer.
Vérifier d’abord la forme du signal à la sortie de l’Arduino. Pour cela, afficher à l’oscilloscope le signal pris entre la masse et la sortie D3 de l’Arduino. L’amplitude du signal devrait être de 5V, la fréquence du signal aux alentours de 50 Hz.
Vérifier ensuite que l’amplification du signal se passe correctement en affichant le signal pris entre la masse et la sortie du Fet de puissance sur la PIN n°5 du connecteur du fer à souder. La fréquence du signal reste la même, la tension devrait être de 12V.
Verif signaux carres.png

Raccordement (partiel) de la panne à la station : vérification de la mesure remontée par la sonde de température

Sans que la panne ait été branchée, les afficheurs 7 segments indiquent une valeur aux environs de 23-24°C. Il s'agit de la valeur constante créée artificiellement avec une résistance et servant de base de comparaison à l'amplificateur opérationnel. Cette constante est comparée à la valeur retournée par la sonde de température est ensuite affichée.
L’idée de cette étape est de raccorder la panne Weller à la station. Enfin partiellement : On va d’abord vérifier que la température remontée par la sonde incorporée dans la panne arrive correctement jusqu’à l’Arduino.
Débrancher l’alimentation externe et le cordon USB.
Au niveau du fer à souder et de sa panne, raccorder uniquement le fil de masse et le fil de sonde (probe) au bornier allant vers la panne.
Raccordement partiel.png
Brancher le cordon USB uniquement, lancer le logiciel de programmation Arduino et afficher le moniteur série comme à l’étape 8.4.1.
La vérification de la remontée de l'information de température de la sonde peut se faire par deux biais, le premier par les afficheurs, le second en observant les traces émises par l’Arduino sur le port de communication :
Comme la résistance chauffante de la panne n’est toujours pas branchée, vous avez 15 secondes pour vérifier le fonctionnement de la sonde avant que l’Arduino ne se mette en anomalie. Pour éviter de devoir redémarrer l'Arduino à tout bout de champ, régler la température de consigne à une température inférieure à la température ambiante. Ainsi, la station n'aura pas à faire chauffer la panne qui n'est pas branchée et ainsi ne tombera pas en erreur.
Utiliser un briquet et approcher sa flamme de l'extrémité de la panne. Très rapidement, vous devriez constater une augmentation de la valeur indiquée par l'afficheur de même que sur la trace générée par l'Arduino sur le moniteur de communication.
Raccordement partiel 2.png
Eteindre la flamme, la valeur de température sur l'afficheur et sur la trace devrait décroître.
Cette étape est primordiale : Si l'Arduino ne reçoit pas d'information de température ou une information erronée (comme c'est le cas si la sonde n'est pas raccordée), l'Arduino va faire chauffer la panne au maximum sur une longue période, ce qui aura pour conséquence sa destruction.

Raccordement (complet) de la panne à la station : première mise en chauffe

L'idée ici est de s'assurer de la chauffe légère de la panne et surtout de la régulation de température autour de la consigne :

  • Brancher le cordon USB.
  • Régler une température de consigne de l'ordre de 40 – 45°C avec l'encodeur rotatif.
  • Débrancher le cordon USB.
  • La valeur de consigne a été enregistrée dans la mémoire de l'Arduino.
  • Raccorder le fil (+) de la panne correspondant à la résistance chauffante sur le bornier.
  • Brancher le cordon USB puis l'alimentation électrique de puissance.

Raccordement complet.pngRaccordement panne 2.png
Au niveau de l'afficheur, vous devriez constater que deux points décimaux s'allument, indiquant l'envoi d'impulsions modérées vers la résistance chauffante de la panne. Puis, un point devrait s'éteindre indiquant que la consigne a été atteinte et que la régulation autour de la consigne est active. La panne devrait tiédir et se maintenir à cette température. Si ce n'est pas le cas (trois points décimaux affichés et restant fixes), la panne va chauffer très rapidement. Vous avez moins de 20 secondes pour réagir : débrancher la puissance immédiatement au risque de vous brûler et de détruire la panne.
Si la régulation fonctionne comme attendu, augmenter la température de commande aux alentours de 280-300°C et tenter de fondre un peu d'étain.
Raccordement complet 2.png
L'étain fond ? Félicitations vous avez une station de soudage régulée !
Prochaine étape, le tuning...

Mise en veille du fer lorsqu'il est en attente d'utilisation (option)

Le programme et la carte prévoit une option intéressante : Il est possible de réduire la température du fer pendant les moments où il repose sur son support. La température baisse jusqu'à une température fixée dans le programme (par défaut 150°C, paramètre DEFAULT_STANDBY_TEMPERATURE du fichier config.h). Dès que la panne de fer est extirpée de son support, la station reçoit une info et remonter la température de la panne jusqu'à la consigne en moins de 5 secondes.
Le hack d'Electrolab [1] propose une approche avec une remontée d'info par la mise en contact directe de la panne avec une collerette métallique reliée à la borne Standby switch.

Pour activer cette fonctionnalité, il faudra utiliser un interrupteur à lame souple (ILS aussi appelé capteur Reed) et un aimant. Ces deux éléments sont à monter, l'un sur le manche portant la panne, l'autre sur le support de fer.
ILS aimant.png

Coté carte mère, voici la position de l'ILS (Stand by Switch) :
Raccordement panne 3.png

N'ayant pas trouvé de solution pleinement satisfaisante entre la présence de l'ILS sur le manche ou sur le support, je vous laisse mener vos essais pour trouver l'installation qui vous convient le mieux.

Liens

Autres projets

  • Manuel et projet documenté par Electrolab, hackerspace basé à Nanterre

http://wiki.electrolab.fr/Projets:Lab:2015:SolderStation:Manuel
Remarque : Le projet d'origine est basé sur des composants de surface. Des modifications ont été apportées par rapport au hack original, elles concernent des références de composants, leurs empreintes et le routage des entrées/sorties de l'Arduino pour faciliter la réalisation des cartes.

  • Autre montage de station de soudage

(en) https://create.arduino.cc/projecthub/sfrwmaker/the-soldering-iron-controller-for-hakko-t12-tips-f5257b

Logiciels externes

  • Le logiciel de conception de PCB Kicad

(en)http://kicad-pcb.org/download/

  • Le logiciel de développement et de compilation Arduino

(en)https://www.arduino.cc/en/Main/Software

Archives


Références

  • Gestion des bibliothèques avec l'IDE Arduino

(en)https://www.arduino.cc/en/Guide/Libraries

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