Точечная сварка на ардуино
В жизни каждого «радиогубителя» возникает момент, когда нужно сварить между собой несколько литиевых аккумуляторов — либо при ремонте сдохшей от возраста АКБ ноутбука, либо при сборке питания для очередной поделки. Паять «литий» 60-ваттным паяльником неудобно и страшновато — чуть перегреешь — и у тебя в руках дымовая граната, которую бесполезно тушить водой.
Мне совершенно не хотелось ради нескольких сварок в год искать трансформатор, пилить его и перематывать. Хотелось найти ультрадешёвый и ультрапростой способ сваривать аккумуляторы электрическим током.
Мощный низковольтный источник постоянного тока, доступный каждому — это обычная б.у. АКБ от машины. Готов поспорить, что он у вас уже есть где-то в кладовке или найдётся у соседа.
дождаться морозов. Подойдите к бедолаге, у которого не заводится машина — он скоро побежит за новым свежим аккумулятором в магазин, а старый отдаст вам просто так. На морозе старая свинцовая АКБ может и плохо работает, но после заряда дома в тепле выйдет на полную ёмкость.
Чтобы сваривать аккумуляторы током от батареи, нам нужно будет выдавать ток короткими импульсами в считанные миллисекунды — иначе получим не сварку, а выжигание дыр в металле. Самый дешёвый и доступный способ коммутировать ток 12-вольтовой батареи — электромеханическое реле (соленоидное).
Проблема в том, что обычные автомобильные реле на 12 вольт рассчитаны максимум на 100 ампер, а токи короткого замыкания при сварке в разы больше. Есть риск, что якорь реле просто приварится. И тогда на просторах Алиэкспресс я наткнулся на мотоциклетные реле стартера. Подумалось, что если эти реле выдерживают ток стартера, причём много тысяч раз, то и для моих целей сгодится. Окончательно убедило вот это видео, где автор испытывает аналогичное реле:
Моё реле было куплено за 253 рубля и доехало до Москвы меньше, чем за 20 дней. Характеристики реле с сайта продавца:
- Предназначено для мотоциклов с двигателем 110 или 125 кубов
- Номинальный ток — 100 ампер сроком до 30 секунд
- Ток возбуждения обмотки — 3 ампера
- Рассчитано на 50 тыс. циклов
- Вес — 156 граммов
Агрегат порадовал качеством — под контакты выведены два омеднённых резьбовых соединения, все провода — залиты компаундом для водонепроницаемости.
На скорую руку собрал «тестовый стенд», контакты реле замыкал вручную. Провод использовал одножильный, сечением 4 квадрата, зачищенные наконечники фиксировал клеммником. Для подстраховки снабдил одну из клемм к АКБ «страховочной петлёй» — если бы якорь реле решил бы пригореть и устроить короткое замыкание, я бы успел сдёрнуть клемму с АКБ за эту верёвку:
Испытания показали, что машинка работает на твёрдую пятёрку. Якорь очень громко стучит, а электроды дают чёткие вспышки; реле не пригорает. Чтобы не тратить никелевую полосу и не практиковаться на опасном литии, мучил лезвие канцелярского ножа. На фото вы видите несколько качественных точек и несколько передержанных:
Передержанные точки видны и на изнанке лезвия:
Едем дальше. Как показал эксперимент на лезвии, выдержать необходимую длину импульса для сварки вручную невозможно, надо делать управление от тактовой кнопки или на микроконтроллере.
Сначала нагородил простую схему на мощном транзисторе, но быстро вспомнил, что соленоид в реле хочет кушать аж 3 ампера. Порылся в ящике и нашёл взамен транзистору MOSFET IRF3205 и набросал простую схему с ним:
Схема довольно нехитрая — собственно, MOSFET, два резистора — на 1К и 10К, да диод, предохраняющий цепь от индуцированного соленоидом тока в момент обесточивания реле.
Сначала пробуем схему на фольге (с радостными щелчками жжёт дырки насквозь через несколько слоёв), потом достаём из загашника никелевую ленту для соединения аккумуляторных сборок. Коротко жмём кнопку, получаем громкую вспышку, и рассматриваем прожжённую дыру. Блокноту тоже досталось — прожгло не только никель, но и пару листов под ним :)
Даже сваренную двумя точками ленту разделить руками не выходит.
Очевидно, что схема работает, дело за тонкой настройкой «выдержки и экспозиции». Если верить экспериментам с осциллографом того же товарища с YouTube, у которого я подсмотрел идею с реле стартера, то на срыв якоря уходит около 21мс — от этого времени и будем плясать.
Пользователь Ютуба AvE тестирует скорострельность реле стартера в сравнении с SSR Fotek на осциллографе
Дополняем схему — вместо нажатий кнопки вручную доверим отсчёт миллисекунд Ардуине. Нам понадобятся:
OLED 1.3" с интерфейсом I2C или точечная сварка - версия Плюс (часть 2: схема, софт)
Прошлый мой обзор про изготовление аппарата точечной сварки вызвал немалый интерес. У людей осталось много вопросов: про детальки, схему, софт… И я решил сделать еще один обзор, в котором опишу все, что вызвало интерес. Любителей самоделок, программирования и схем приглашаю под кат…
К сожалению, сейчас очень плотный график и мне не удалось внести существенных правок в программу, но зато удалось выкроить время на описание (данный обзор).
Предмет обзора приехал в таком пакетике:
Внутри сам экранчик, защищенный предохранительной транспортировочной пленкой:
Обратная сторона:
Размеры:
Для связи с внешним миром экранчик имеет 4 контакта: SDA, SCL, GND, VCC. Соответственно, GND следует соединить с землей, на VCC подать +5 вольт, SDA и SCL — следует подключить к шине I2C. Пример подключения к Arduino UNO:
Для работы с экранчиком я попытался использовать библиотеки от Adafruit (Adafruit GFX Adafruit GFX и Adafruit SSD1306 Adafruit SSD1306) — экранчик показывал шум. Ранее такой же экранчик 0.96" с этими библиотеками отлично работал, требовалось только при инициализации заменить
С экранчиком заработала библиотека u8glib. Единственное, изображение было со смещением на пару пикселей. Поковырявшись с библиотекой, поправил файлик u8g_dev_ssd1306_128x64.c и стало все хорошо.
У меня в коде оно используется так:
Теперь к применению. Схема платы сварки выглядит следующим образом:
Рисовал быстро, без художеств, времени к сожалению сейчас на красоту не хватает. Зато постарался изобразить все понятно.
На схеме показано как управляется включение трансформатора, реле, вентилятора. Указано питание контроллера и описанная ранее схема синхронизации с нулевым напряжением.
Для контроля температуры в этот раз я решил использовать термистор на 100 КОм:
Лучше всего конечно составить таблицу и производить многократные измерения, но для простого варианта, когда не нужна большая точность, можно использовать приведенный подход. Уравнение Стейнхарта-Харта и основанная на нем модель нам вполне подойдут. Снимаем 3 точки сопротивления и температуры, собрав нехитрую конструкцию:
Составляем базу данных показаний :):
Для получнния разных температур я использовал паяльник с жалом Т12, контролируя показания термопарой мультиметра.
Рассчитать параметры A, B, C можно с помощью калькулятора, по трем точкам. Вот мои:
Итог в виде кода:
Проверяем:
Конечно погрешность есть, но нам не требуется точно — так, что вполне норм.
Следующий интересный элемент нашей сварки — энкодер. Я использовал самый распространенный KY-040:
Размеры:
Я не буду писать кучу теории по нему и прочего… Сугубо практическая информация. В программе нам потребуется распознать вращение влево или вправо, длинное и короткое нажатие на регулятор энкодера. Для этого нам нужно выход CLK и DT подключить к выводом контроллера поддерживающим прерывания (D2 и D3 для Arduino). Выход сигнала нажатия SW — можно подключить на любой цифровой вход контроллера.
Вот так обрабатывается:
Как видно из кода, предусмотрено распознавание поворота влево и вправо, путем вызова функции по прерыванию. Также реализовано распознавание короткого и длинного нажатия на на энкодер, причем с защитой от дребезга контактов.
Остальные моменты можно будет глянуть в тексте самой программы, я основное старался комментировать.
Напомню, что в итоге у меня получилось так:
Я заказал платы для сварочного аппарата в Китае (много людей обратились с просьбой изготовить, прошить и выслать им такую), пока еще не все разобрали, желающие пишите в личку.
Спасибо всем, кто дочитал этот обзор до конца, надеюсь кому-то данная информация окажется полезной. всем крепких соединений и добра!
Желающие скачать программу могут взять этот файл. Конечно, это только черновик и позже программа станет существенно лучше. Желающие скачать плату также могут это проделать. Раздача печенюшек :).
Аппарат для точечной сварки с мозгами из Arduino
Как-то понадобился сварочный аппарат для соединения разных аккумуляторов, не то чтобы сильно нужен был, но если захотелось, то почему бы и не сделать. Прочитав в интернетах о подобных сварках выяснил, что необходимо регулировать длительность сварочного импульса чтобы не прожечь металл, а если есть возможность приделать к этому всему дисплей для вывода какой-либо полезной информации, так это вообще «огонь». Для этой цели вполне подошла Arduino Nano. Некоторые составные части были куплены в оффлайне, некоторые на али и ебее.
Компоненты из оффлайна:
— трансформатор (из поломанной микроволновки);
— медный кабель КГ 1х25 сечением 25 мм — 3м (230*3 = 690 руб.);
— наконечник медный ТМ-70 — 2 шт. (35*2 = 70 руб.);
— термоусадочная трубка диаметром 12 мм — 3м (20*3 = 60 руб);
— термоусадочная трубка диаметром 25 мм — 1м (50 руб);
— корпус — 1шт (100 руб.);
— кнопка — 1шт (из личных запасов);
— медный провод одножильный ПВ1 сечением 6 мм — 0,5 м (из личных запасов);
— болты, шайбы, гайки и шурупы (из личных запасов).
Компоненты купленные в онлайне:
— Arduino Nano v.3 куплен тут (126 руб.);
— энкодер KY-040 куплен тут (45 руб.);
— дисплей LCD1602 куплен тут (87 руб.);
— конвертер IIC/I2C для дисплея куплен тут (40 руб.);
— твердотельное реле SSR-40DA, куплен на ебее, но продавец уже не торгует этим товаром, поэтому ссылка на продавца с али (240 руб.);
— соединительные провода, куплены тут (100 руб.);
— варистор 10D471K куплен тут (5 руб)
Цены актуальные на момент совершения покупки.
По отдельности каждый компонент рассматривать не буду, так как на муське полно подобных обзоров по ардуине и всяким шилдам. Хочу отметить что все составляющие хорошего качества, по срокам доставки тоже всё хорошо, около месяца.
Итак приступим. Для начала необходимо переделать трансформатор, для этого ножовкой по металлу спиливаем с одной стороны, вторичную, повышающую обмотку. Она обычно сверху и намотана тонким проводом. При этом очень важно не повредить первичную обмотку, она намотана толстым проводом. Спилили — отлично! Теперь выбиваем с помощью молотка оставшуюся часть обмотки и токоограничивающие шунты, это такие пластины прямоугольные между обмотками, из трансформатора. Задача не простая, но выполнимая.
Для сварочного аппарата вторичная обмотка трансформатора должна содержать 2 витка кабеля сечением не менее 70 квадратных мм. Намотать кабель такого сечения совсем не просто, поэтому будем использовать 3 кабеля КГ 1х25 сечением 25 мм. И всё бы хорошо, но места для 2 витков кабеля в трансформаторе не хватит, из-за того что в нём очень толстая резиновая изоляция. Режем, по всей длине кабеля, очень аккуратно, снимаем изоляцию. Сняли — хорошо! Теперь надо надеть :) На кабель надеваем термоусадочную трубку, все 3 метра. Это ещё та забава, сначала легко — потом не очень. Теперь прогреваем по всей длине промышленным феном чтобы термоусадка поплотнее «села». Кабель режем на 3 равных части, и одновременно тремя кабелями наматываем вторичную обмотку. Края зачищаем, оставляем по 20 сантиметров, сматываем вместе, если всё сделано аккуратно то кабеля сами скрутятся между собой в один цельный сечением 75 квадратных мм. На зачищенные края надеваем примерно по 10 см термоусадочной трубки диаметром 25 мм и снова греем. На кабель надеваем наконечник медный ТМ-70, у меня остался небольшой зазор, чтобы наконечники не слетел в пустоты между кабелем и наконечником были вставлены нарезанные медные толстые одножильные провода. Через шприц вливаем флюс в наконечник и над газовой плитой прогреваем и пропаиваем припоем. Процесс не быстрый, припоя нужно много. После пайки надеваем ещё 10-15 см термоусадочной трубки диаметром 25 мм и греем. В качестве электродов для сварки используется медный одножильный провод сечением 6 квадратных мм.
В процессе переделки трансформатора к сожалению фотографий не делал, в итоге трансформатор буде выглядеть примерно так:
Теперь надо всё это соединить и написать программу для управления.
Дисплей LCD1602 и конвертер IIC/I2C для дисплея соединяются очень просто, вставил и спаял, между ними для изоляции двухсторонний скотч. На конвертере джампер для включения или отключения подсветки и переменный резистор для регулировки контрастности.
Конвертер IIC/I2C и Arduino Nano v.3 подключаем так:
Arduino — LCD i2c
GND GND
5V VCC
A4 SDA
A5 SCL
Arduino — энкодер KY-040
GND GND
5V +
D2 DT
D3 CLK
D4 SW
Для того чтобы прошить устройство не разбирая его целесообразно вывести кнопку сброса на корпус (оранжевый, бело-оранжевый провода).
Arduino — Кнопка
GND 1 контакт кнопки
RST 2 контакт кнопки
Твердотельное реле, через которое подаётся напряжение на трансформатор, подключено следующим образом (синий, бело-синий провода).
Arduino — Реле SSR-40DA
GND — контакт (4)
D5 + контакт (3)
Параллельно реле (контакты 1 и 2) подключен варистор 10D471K для защиты по напряжению. Твердотельным реле повышенное напряжение очень не нравится.
Ардуину пакуем в термоусадку. Как-то не очень получилось. Есть решение — сверху изоленты немного. Знаю, синяя была бы надёжнее…
Теперь надо вставить всё это дело в корпус. С круглыми отверстиями проблем не должно быть, а вот с прямоугольными сложнее, но не на много. Опять же, фото нет, буду рассказывать «на пальцах».
Сверлим отверстия по углам прямоугольника по заранее известным размерам. С помощью линейки и острого ножа прорезаем не глубокие каналы от отверстия до отверстия по периметру. Продеваем капроновую нить в два отверстия, крест накрест, по диагонали и режем как ручной тросовой пилой. От трения пластик нагревается режется очень быстро и ровно. Далее внутрь выламываем треугольники, пластик сломается ровно по линии. Я ошибся с размерами и пришлось подрезать, поэтому нижний край кривоват.
Сборка завершена, «пилим софт». Ардуина должна включать реле на короткий промежуток времени. Временной интервал будет от 10 мс до 120 мс. По нажатию кнопки энкодера выдерживается пауза в 6 секунд, для того чтобы успеть прижать электроды посильнее, после этого включается реле и происходит сварка.
Енкодер работает только на D2 и D3 пинах ардуины. Данные выводы могут быть сконфигурированы в качестве источников прерываний, возникающих при различных условиях: при низком уровне сигнала, по фронту, по спаду или при изменении сигнала. Остальные пины можно менять.
Теперь надо залить скетч в ардуино.
«Ложка дёгтя» в Arduino IDE 1.6.6. Библиотека LiquidCrystal_I2C выводила на дисплей только одну, первую букву текста. Лечится это использованием обновлённой версии библиотеки взятой тут. Как на версии Arduino IDE 1.6.7 не знаю, не проверял.
Сварим что-нибудь. Для начала фото сварки без ардуины, вручную замыкая на минимально возможный промежуток времени контакты через кнопку. Слабонервным не рекомендуется к просмотру :)
Сваривается хорошо, пластина отрывается с «мясом».
В результате получилась полезная в хозяйстве штуковина, с приблизительной себестоимостью около 1600 рублей. В процессе сборки и тестирования сжег одно твердотельное реле, предположительно из-за того что коммутировал им более чем на 2 секунды.
Основные моменты:
— сварные кабели (из трансформатора) большой длины не оставлять;
— общее сечение кабеля не менее 70 квадратных мм.;
— на длительное время реле не замыкать, предполагаю что не более чем на 0,5 секунды;
DIY-поделка: точечная сварка трансформатор+Arduino Pro Mini
Давно ничего не писал о джиме, хотя есть пару моментов, о которых можно написать.
Был занят новым увлечением — микроконтроллеры AVR :). Ну как микроконтроллеры — Arduino c соответсвующей IDE :)
Первое, что хотел сделать — точечную сварку, чтобы заменить элементы в дохлой батарее на ноуте.
Точечную сварку сделал, но вот первый блин комом — батарею в итоге запорол :).
Ну теперь немного о точечной сварке.
Естественно, идея не моя, смотрел несколько реализаций на просторах интернета.
1 Вариант. На основе мощного реле и 12 вольтового аккумулятора. Смотрел на алиэкспрессах — бывают реле на 100, 200, даже 500 ампер. Смущала их неизвестная надежность (если залипнет — мало не покажется).
2 Вариант. На силовых транзисторах. Здесь сложная для меня задача — начинающего путь в электронике :). Нужно использовать несколько силовых транзисторов с желательно одинаковыми параметрами и по хорошему использовать драйверы для синхронного открытия (в параллель транзисторы имеют свойство гореть из-за разного времени переходных процессов) и еще правильную обвязку всего этого. В общем сложно. Вариант отмел после более подробного рассмотрения.
3 Вариант. На основе трансформатора. В принципе, не сложнее первого. Единственная на тот момент проблема — найти нужный трансорматор. Пока приглядывался к реле на алике, оказалось, что у родни валяется старая микроволновка LG. Вот и ушли все сомнения — реализация будет не на реле и аккуме, а на сети 220 вольт и трансформаторе.
Итак, Вариант 3.
Первым делом разобрал микроволновку:
Ниразу до этого не перематывал трансформатор . А пришлось :). Болгаркой спилил тонкую высоковольтную вторичку. Не обошлось без косяка. Один виток первички теперь спаян и заизолирован (чирканул болгаркой, но в итоге работает :)) Транс не разбирал. Вторичку после спиливания долго и нудно аккуратно по сантиметрику выбивал подручными средствами.
Купил кабель 35мм, 1 метр. Сделал 1,75 витка примерно. Получил ~1,7Вольт переменки. Иримерно правильно — около 1 вольт на виток.
Прежде чем так смело сделать данное фото — подключал трансформатор последовательно с лампой накаливания 95 Вт. :) Вдруг которыш в первичной. Но все обошлось хорошо. Ток холостого хода высоковат, так что для долговременной работы трансформаторы от микроволновок не подходят — греются.
Теперь дело стало за корпусом. В "интернетах" видел корпус из доски, металические… Разные в общем. В итоге сделал из того, что было под рукой: кусок полки из ДСП от шкафа и корпус микроволновки:
Любопытно, что на сборку и покраску корпуса ушло намного больше времени (несколько недель в сумме по пол-часа в гараже), чем на этап запрограммировать контроллер (один день с отладкой) и колхоз ардуино к корпусу.
Важный этап обжимки кабеля сечением 35мм2 Выполнил в тисках. Не прессом, но обжимал как мог с помощью гвоздей :)
Читайте также: