Weller WMRP and WMRT compatible soldering station

Deze voeding kan worden gebruikt met Weller-stiften die een geïntegreerd verwarmingselement en temperatuursensor hebben.

Meer precies kunnen tips van de RT serie gebruikt worden met WMRP handvat (soldeerpen) en RTW serie met WMRT handvat (desoldeer pincet). De hardware is zo eenvoudig en goedkoop mogelijk gehouden, terwijl toch bijzondere aandacht is besteed aan bruikbaarheid en nauwkeurigheid. De belangrijkste inspiratie voor dit project was de bruikbaarheid (of het gebrek daaraan) van de originele Weller WD1M en WD2M soldeerstations. Hardware-wise zijn ze trouw aan Weller kwaliteit en techniek, maar de UI ervaring zou beter kunnen. Fabrieksinstelling om de stroom van de tip onmiddellijk af te sluiten wanneer deze in de stand wordt geplaatst – en onmogelijk om het gedrag te veranderen zonder handleiding! Nou ja, iemand anders zou hetzelfde kunnen denken van UI in mijn Weller driver, maar ik ben in ieder geval blij om het te gebruiken.

U kunt dit soldeerstation gebruiken met originele Weller WMRP en WMRT handvatten. Maar u kunt er ook zelf een bouwen:

Voor een demonstratie video van het station in actie en een overzicht van de verschillende functies klik hier. Om een of andere reden zijn de onderschriften uit de youtube video verdwenen, dus de functies zijn niet zo duidelijk meer.

Ik heb ook een galerij samengesteld van Weller stations die andere mensen hebben gebouwd. Zie hier.

Kenmerken:

  • Ondersteunt Weller WMRP en WMRT handvatten
  • Zeer snelle opwarmtijd en respons
  • Ondersteunt RT kale tips (met 3.5mm stereo plug)
  • Ondersteunt de originele Weller kabels/handvatten, inclusief uitlezing van PTC voor koude junctie compensatie en reed schakelaar voor in-stand detectie
  • Nauwkeurige temperatuur uitlezing met auto-zero opamp
  • Netfrequentiefiltering voor lawaaierige omgevingen
  • Terugsteltemperatuur, terugstelvertraging, stand-by, offset-instellingen zoals in originele Weller-stations
  • Mogelijkheid om stapgrootte en temperatuureenheid (°C of °F) te wijzigen
  • Diagnostische functies om thermokoppeltemperaturen van beide WMRT-tips, koude junctie PTC-temperatuur, reed-status en herkend tiptype te tonen
  • Gebruikt interne referentie van microcontroller. Mogelijkheid om te kalibreren met multimeter en diagnostische menu-instelling.
  • Alle functies bediend met één knop

Hardware
De hardware is gebaseerd op PIC16F1788, een vrij goedkope PIC met goede analoge periferie. De schakeling is zo eenvoudig mogelijk gehouden, terwijl geprobeerd is optimale prestaties te leveren. Het schema is beschikbaar in PDF hieronder.
weller_driver_v11_circuit_diagram.pdf

Layout

De layout is ontworpen met Cadsoft EAGLE 5.12.0. Twee-zijdig bord, ontworpen om te passen in goedkope maar mooi ogende aluminium behuizing van eBay. Eagle bestanden zijn hieronder beschikbaar:
weller_driver_hw_v1.zip    (Versie 1, 22 dec 2015)
weller_driver_hw_v11.zip    (Versie 1.1, 4 feb 2018) PICkit2/3 pin header toegevoegd om meer DIY-vriendelijk te maken
Assemblage tekening inclusief materiaallijst:
weller_driver_v1_assy_dwg.pdf
weller_driver_v11_assy_dwg.pdf ( (Versie 1.1. 3 nov 2018) Inclusief gedeelde winkelwagen links voor Mouser, TME en Digi-Key.
IDF geëxporteerd vanuit Eagle en STEP geconverteerd met Solid Works. Kan handig zijn als je een behuizing aan het ontwerpen bent:
weller_driver_v1_idf_and_step.zip

U kunt 10 stuks van deze printplaten bestellen bij PCBWay via deze link. Prijs voor 10 stuks en verzendkosten is ca. 14$. Als u nog niet geregistreerd bent bij PCBWay, kunt u zich via deze link registreren en wat gratis starttegoed krijgen (en verdien ook wat krediet voor mij). Als alternatief kunt u ook het Gerber-bestandenpakket van hier pakken en de printplaten bestellen bij uw favoriete printplatenfabriek.

Firmware
Momenteel verbruikt de FW ongeveer een derde van de totale beschikbare ruimte in de PIC16F1788. Dat betekent dat hij ook past op een PIC16F1786. Onderstaande pakketten bevatten broncode en gecompileerd .hex-bestand. Vanaf versie v0.910 zijn er ook gecompileerde .hex bestanden voor PIC16F1786 en gewone kathode type displays.

weller_driver_fw_v05.zip (Versie 0.5, 27 dec 2015. Gecompileerd met CCS compiler v5.048)
weller_driver_fw_v08.zip (Versie 0.8, 5 feb 2017. Gecompileerd met CCS compiler v5.054) Deze bevat netfrequentiefiltering en verminderde WMRT buzz.
weller_driver_fw_v901.zip (Versie 0.901, 28 jul 2017. Gecompileerd met CCS compiler v5.054) Dit bevat een oplossing voor parameters die buiten het bereik vallen na het programmeren van de PIC.
weller_driver_fw_v910.zip (Version 0.91, Nov 1, 2018. Gecompileerd met CCS v5.081) Gekalibreerde temperatuur lookup tabel voor betere nauwkeurigheid. Voegt duty cycle begrenzing en setback/standby gebaseerd op duty cycle toe.

Gebruik
De youtube-video had vroeger onderschriften om de betekenis van alle menu-instellingen te beschrijven. De bijschriften zijn echter om onbekende reden verdwenen. Ik heb de gebruiksaanwijzing nu hier verzameld. U kunt ook het menu toestandsdiagram verderop in dit document raadplegen om de navigatie in de menu’s te vergemakkelijken.

Basis bediening

Het basisgebruik van het soldeerstation is heel eenvoudig. Als u het inschakelt, warmt het op tot de eerder gebruikte temperatuur. U kunt de temperatuur wijzigen door aan de knop te draaien. Het station kan in stand-by worden gezet door op de knop te drukken.
Er is een setback mode zoals bij het originele Weller station. Dit betekent dat de temperatuur tot een lagere waarde wordt verlaagd om de levensduur van de tip te verlengen als het station een tijdje niet wordt gebruikt. Er is een reed-schakelaar op het handvat en een magneet in de standaard. Wanneer het strijkijzer gedurende een vooraf ingestelde tijd op de standaard staat, gaat het naar een verlaagde terugsteltemperatuur. U kunt terugkeren naar de normale bedrijfstemperatuur door het strijkijzer van de standaard te nemen of op de knop te drukken.
Als het station langere tijd niet wordt gebruikt, gaat het over in de stand-by modus. In de stand-by modus is de verwarming volledig uitgeschakeld. De normale werking kan worden hervat door het strijkijzer van de standaard te nemen of op de knop te drukken.

Instel parameters

De basis instelparameters kunnen worden aangepast in het instelmenu. Deze parameters hebben allemaal dezelfde functie als de originele Weller instelparameters. Het setup-menu kan worden geopend door lang op de knop te drukken, ongeveer een seconde.
bAcc’ of Terug verlaat het setup menu en hervat de normale bediening
Met ‘SEtb’ of Terugstellen kan de terugsteltemperatuur worden ingesteld. De standaardwaarde is 250ºC.
Met ‘dELA’ of Vertraging stelt u de vertraging van de terugsteltijd in minuten in. U kunt de vertraging ook op nul zetten, dan gaat het strijkijzer onmiddellijk op stand-by wanneer het op stand wordt gezet. U kunt de terugstelfunctie ook uitschakelen door de instelling van de vertraging op maximaal ‘oFF’ te zetten. De standaardwaarde is 5 minuten.
Met ‘PoFF‘ of Uitschakelvertraging stelt u de uitschakelvertraging in minuten in. Ook deze instelling kan op nul of uit worden gezet. Het is echter niet aan te raden deze op nul in te stellen, omdat herhaaldelijk afkoelen en opwarmen het verwarmingselement alleen maar meer belast. De standaardwaarde is 30 minuten.
Met “oFset” of Offset kan de temperatuur van de soldeerbout nauwkeurig worden afgesteld. Als u een soldeerbout temperatuurmeter of de Weller calibratiestift heeft, kunt u de temperatuur offset hier corrigeren. Als u niet beschikt over een middel om de werkelijke temperatuur van de soldeerbout te meten, laat deze instelling dan op de standaardwaarde van 0ºC staan.
‘Eenheid’ stelt de eenheid van temperatuurweergave in, Celsius of Fahrenheit. De standaardinstelling is Celsius.
StEP‘ stelt de stapgrootte van de temperatuurregeling in. Deze kan worden ingesteld op 1 ºC of 5 ºC. In Fahrenheit is de grove stap 9ºC.
diAG’ of Diagnostiek opent het menuniveau Diagnostiek en geavanceerde instellingen.
Diagnostiek en geavanceerde instellingen
Het menu diagnostiek en geavanceerde instellingen bevat diagnostische informatie die nuttig kan zijn bij het debuggen van uw nieuw gebouwde soldeerstation. Het bevat ook een aantal geavanceerde instellingen die niet beschikbaar zijn in originele Weller stations.
bAcc” verlaat het diagnose menu en keert terug naar het setup menu
coLd” toont de temperatuur van de koude puntcompensatie. Dit is de temperatuur gemeten aan de binnenkant van het ijzeren handvat, dicht bij de 3.5 mm aansluiting. Deze temperatuur zou dicht bij kamertemperatuur moeten liggen als alleen het handvat is aangesloten zonder de tip (en het handvat verder koel is, d.w.z. enige tijd niet is gebruikt). Deze temperatuur zal tijdens normaal gebruik stijgen, misschien wel tot 50ºC, afhankelijk van het type handvat, de gewenste temperatuur van de tip en de omgevingstemperatuur. Als de temperatuursensor niet is aangesloten (bijv. als de ‘arme’ modus is ingeschakeld), wordt de temperatuur van het koude punt standaard op 30ºC gezet.
Met ‘rEF‘ kunt u de interne spanningsreferentie van de PIC16F1788 fijnafstellen. De interne referentie kan een initiële tolerantie hebben van maximaal ±5%, hoewel ik nog nooit fouten heb gezien die zo groot zijn. Wanneer je deze menu-instelling invoert, staat de referentiespanning constant aan. Je kunt een multimeter gebruiken om de referentiespanning te meten vanaf het testpunt op de print van de Weller driver. Voer vervolgens de gemeten spanning in bij deze menu-instelling. De temperatuurberekeningen zullen dan rekening houden met de referentiefout. Merk op dat de referentiespanning alleen beschikbaar is op het testpunt wanneer deze menu-instelling actief is.
tyPE‘ toont het aangesloten tiptype dat de Weller-driver heeft geïdentificeerd. Toont “WMrP” voor de soldeerpen, “WMrt” voor de soldeerpincet en “nc” als er niets is aangesloten. Het type stift wordt herkend aan de hand van de grootte van de weerstand die parallel staat met de reed-schakelaar in het handvat. Als de soldeerbout tijdens het opstarten op de standaard staat, kan de weerstand niet worden gemeten omdat de reed-schakelaar de weerstand kortsluit. In dit geval wordt het tiptype herkend door kortstondig stroom te pulseren naar verwarmingselement 2, en wordt het tiptype herkend op basis van de respons.
tc 1′ en ’tc 2‘ geven de ongefilterde temperatuur van het thermokoppel weer. Thermokoppel 1 is de WMRP thermokoppel of WMRT rechter pincet temperatuur. Thermokoppel 2 is de temperatuur van het WMRT linker pincet.
dc 1″ en “dc 2” tonen de duty cycles van de verwarmingselementen. Duty cycle 1 is weer de WMRP of WMRT rechter pincet verwarmingscyclus. Duty cycle 2 is WMRT linker pincet.
Met “idLE” kan een waarde voor de duty cycle worden ingesteld waaronder het strijkijzer als “idle” wordt beschouwd. Dit is een alternatieve manier om te detecteren dat het ijzer niet wordt gebruikt. U kunt dit bijvoorbeeld gebruiken als u de magneet niet op de stand of de reed-schakelaar op de handgreep hebt. Als de inschakelduur lager is dan de hier ingestelde waarde voor de duur van de terugstelvertraging, gaat hij naar de terugsteltemperatuur. Hij gaat ook verder in stand-by als de duty cycle nog steeds onder deze instelling blijft voor de duur van de uitschakelvertraging. Het station keert ook terug naar de normale temperatuur vanaf de verlagingstemperatuur als de bedrijfscyclus hoger wordt dan deze instelling. Als de verlagingstemperatuur echter erg laag is, is het misschien niet mogelijk om een duty cycle te krijgen die hoog genoeg is voor hervatting. Ook vanuit stand-by moet u terugkeren naar normaal bedrijf door op de knop te drukken, omdat de inschakelduur daar altijd 0 zal zijn omdat het verwarmingselement uit staat. U kunt kijken naar typische duty cycles in ‘dc 1’ menu tijdens solderen en inactiviteit om hier een geschikte instelling te kiezen. Als de componenten die u soldeert erg klein zijn, werkt deze methode waarschijnlijk niet omdat de duty cycle de hele tijd klein is. U kunt deze instelling op 0 zetten of op ‘oFF’ om deze functie uit te schakelen, wat de standaardinstelling is.
dCLi‘ stelt een maximale duty cycle in voor de verwarmers. Een hogere waarde geeft u een snellere opwarmtijd en meer verwarmingsvermogen, maar het nadeel is een kortere levensduur van het verwarmingselement. Een kleinere waarde kan de levensduur van het verwarmingselement verlengen, maar het verwarmen gaat langzamer en het solderen van grote onderdelen wordt moeilijker. De standaard duty cycle is 58% voor 50 Hz netspanning en 50% voor 60 Hz netspanning. Wanneer de voedingsspanning van de Weller driver 12.0 V is, geeft de 58% duty cycle een zeer vergelijkbare opwarmsnelheid als de originele Weller WD1M, WD2M en WR3M stations. Het wordt sterk aanbevolen om deze instelling op de standaardwaarde te laten staan. Als u echter meer vermogen nodig heeft om iets groots en zwaars te solderen, kunt u deze instelling op eigen risico kort verhogen.
Poor‘ maakt het mogelijk om de ‘poor mode’ aan of uit te zetten. Deze modus maakt het mogelijk om een poor mans handvat te gebruiken, d.w.z. alleen de 3,5 mm stereo jack. Als de modus is ingeschakeld, gaat het station ervan uit dat er altijd een WMRP is aangesloten, dat de reed-schakelaar gesloten is en dat de temperatuur van het koude punt 30ºC is. Ondanks de naam van deze mode, werkt het eigenlijk heel goed en is het volledig geschikt voor hobby-gebruikers. Zie meer info in de Vraag & Antwoord sectie over hoe de 3,5 mm stereo jack aan te sluiten in deze mode. De standaardinstelling is ‘poor mode off’.
FrEq‘ stelt de frequentie van het lichtnet in. Stel deze in op 50 Hz of 60 Hz, afhankelijk van de frequentie die in uw land wordt gebruikt. Deze instelling beïnvloedt de timing van de temperatuurmeting en de filtering. Ik heb gemerkt dat de koppeling van netfrequentieruis aan de ijzerkabel de meest voorkomende oorzaak is van instabiele temperatuurmetingen van de tip. Het thermokoppel produceert een minuscule spanning van millivolt-niveau, die gemakkelijk kan worden verpest door ruis die aan het signaal wordt gekoppeld. De netfrequentie kan zeer effectief worden geëlimineerd door de temperatuur te bemonsteren op tweemaal de netfrequentie, en het gemiddelde te berekenen van twee opeenvolgende metingen. Het maakt niet uit dat de bemonstering niet synchroon loopt met de netfrequentie, aangezien de twee metingen de fout zullen opheffen, aangenomen dat deze sinusvormig of anderszins symmetrisch is (wat gewoonlijk het geval is). De standaardinstelling is 50 Hz.
vErS” toont de firmwareversie.

Menu state diagram

Het bouwen

Ik heb het soldeerstation gebouwd in een volledige aluminium behuizing van eBay (zoek op ‘0905 aluminium behuizing’ of klik hier, zou ongeveer 14 € moeten kosten inclusief verzending).
De foto hieronder toont de binnenkant van het station. Ik gebruik een voeding van 10 ampère, omdat ik oorspronkelijk van plan was om twee controllers in één station te stoppen. 120 W zou genoeg zijn om een WMRP en een WMRT gelijktijdig te laten werken. Ik raad aan een kleinere PSU te nemen, omdat deze 10 A voeding erg krap in de behuizing past. 7 Ampère zou voldoende moeten zijn, of 4 Ampère als u alleen de WMRP gaat gebruiken. U kunt (en moet!) natuurlijk een externe voeding gebruiken om netaansluitingen in de behuizing te vermijden. Dat verkleint de kans op een elektrische schok aanzienlijk.

Op de foto hieronder is nog connector stuk van een Weller WDH10T statief aangesloten op de driver PCB (het zwarte plastic ding achter de kast).

Het frontpaneel van de behuizing is 6 mm dik aluminium, dus er was wat bewerking nodig om ruimte te maken voor de roterende encoder en het display. Als je een kleinere PSU en encoder met een langere as gebruikt, is de bouw een stukje eenvoudiger. Voor de encoder raad ik echt aan een encoder van het merk Alps te gebruiken! Er zijn ook modellen van Bourns en TT Electronics verkrijgbaar die direct compatibel zijn, maar de kwaliteit van Alps is superieur. U kunt bijvoorbeeld Alps EC12E24407 onderdeelnummer 1520813 van Farnell of onderdeelnummer STEC12E08 van Reichelt gebruiken. De foto hieronder toont ook de display lens die ik gebruikt heb, een stuk rook getint Lexan. De BOM specificeert een Lite-On LTC-4627JR display, maar je kunt ook Youngsun ATA3492BR-1 display gebruiken dat je kunt krijgen bij Sparkfun en ook bij Hobbytronics. Een derde alternatief is de Vishay TDCR1050M, verkrijgbaar bij TME.

Hieronder is een achteraanzicht foto van het station. De netstekker zit bij de behuizing, maar gat voor ijzeren stekker moet natuurlijk gemaakt worden. De connector is een gemodificeerde Amphenol T 3437 000 connector, zie deze link voor instructies in het Duits (met dank voor deze tip van FlyGlas Soldeerstation bouwpagina!). Hij is o.a. verkrijgbaar bij Farnell, onderdeelnummer 1123523.

Nauwkeurigheid en stabiliteit van de temperatuur

Het thermokoppel in de WMRT en WMRP tips lijkt vrij dicht bij het D-type thermokoppel te liggen. Op firmware versies tot 0.901 gebruikte ik een opzoektabel gebaseerd op een D-type thermokoppel. In nieuwere firmwares is de opzoektabel gekalibreerd met Weller K1101 calibratie tip. Gekalibreerd TC voltage vs temperatuur is te zien in onderstaande grafiek. Je kunt de gegevens in excel formaat hier downloaden

Ik heb ook temperatuurstabiliteitsmetingen gedaan om te zien hoe goed de compensatie van het koude punt werkt. In onderstaande grafiek staan drie metingen. De blauwe curve is gemeten met een origineel Weller WMRP handvat. De rode is met een DIY handvat v1 van Rens. Op basis van deze meting heeft Rens een wijziging aangebracht aan de printplaat van het handvat om de PTC zo dicht mogelijk bij de 3.5 mm connector te plaatsen. Het resultaat is te zien in de gele curve die gemeten is met DIY handvat v2. De stabiliteit is nu uitstekend, en identiek aan het originele Weller handvat. De temperatuurwaarden zijn opnieuw gemeten met de Weller K1101 ijktip. Het eerste datapunt wordt genomen onmiddellijk nadat de tip is opgewarmd. Daarna worden de gegevens eenmaal per minuut opgenomen.

Je vraagt je misschien af waarom de DIY handle v1 zo’n grote afwijking heeft ten opzichte van de andere twee. Het antwoord is te zien in de temperatuurgegevens van het koude punt, die ook werden geregistreerd, zie onderstaande grafiek. Voor elke meting werd de opstelling een uur lang uitgeschakeld om af te koelen. De temperatuur van het koude punt was dus op kamertemperatuur voordat het verwarmingstoestel werd aangezet. We kunnen zien dat de temperatuur van het koude punt 15 graden stijgt in slechts 10 seconden met DIY handvat v2. Het echte Weller handvat is gemaakt van aluminium en heeft een goed thermisch contact tussen punt en handvat, wat waarschijnlijk de oorzaak is van het andere gedrag. Ondanks het afwijkende gedrag lijkt de koudpuntcompensatie perfect te werken, want de werkelijke temperatuur van de tip is correct en stabiel. Bij het doe-het-zelf handvat v1 zit de PTC te ver van de connector en volgt hij de temperatuur van de connector niet goed, waardoor de temperatuur van de tip in bovenstaande grafiek een afwijking vertoont.

 

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.