构建一个返修工作站

这是继往开来，受众多先前焊接项目以及Hackster社区粉丝们建议与期望启发而设计的SMD返修站项目的第二版。本次项目以著名的Bluepill板所使用的STM32微控制器(STM32F103C8T6)为基础。返修控制器可管理两种焊接工具：858D热风枪或AOYUE 1001等类似型号的热镊子。858D热风枪内部装有常闭开关，用于控制其供电。当热风枪手柄连接到底座时，底座内的磁铁会激活该常闭开关，使信号短路至地线。控制器读取来自常闭开关的信号后，关闭加热器电源。当你将热风枪手柄从底座上取下时，常闭开关断开，控制器则重新开启热风枪电源。

如图所示，您还可以选配一个双位按钮开关，将其并联连接在热风枪内部的常闭开关上。按下按钮开关时，干簧管信号会短路至地，控制器随即关闭热风枪。

热风枪的风扇由控制器内部安装的24伏交流-直流电源供电。当热镊子连接到控制器时，该交流-直流电源为安装在热镊子中的两个24伏焊接加热器提供电力。

所需元件清单

控制器所需的大部分组件列于EasyEda网站上的BOM清单中。此处还包含未在BOM中列出的部件：

•交流-直流电源 24V 6A

•铝制外壳 137*72*150

•电源线插头插座

•12毫米防水金属按钮开关

•保险丝座 5*20

控制器组装

控制器电路图分为两部分：主板和高压板(来自另一个项目)。

主板电路图可在EasyEda网站上查看，并可选择订购。电路图共分两页：MCU页面和返工部件页面。你可以从MCU页面的元件开始组装控制器，首先焊接STM32 MCU，然后焊接第一页所示的所有电阻和电容。完成后，可将ST-Link编程器连接到电路板，并在笔记本电脑上运行STM32 CubeProgrammer来测试MCU模块。如果所有焊点都正确焊接，就可以连接到MCU并读取其闪存内容;否则应检查焊接质量，因为MCU部分引脚可能未正确焊接。

如第二页所示，加热器的温度由MAX31855K温度传感器IC检测，当前版本的控制器中没有使用运算放大器或类似组件。也许吧。可以认为，一旦热风枪内部装有K型温度传感器，便无需立即进行校准。但遗憾的是，原始的温度读数并不完全准确，控制器中仍需执行校准程序。MAX31855K芯片可能会提示热风枪的热电偶连接不正确，在这种情况下，控制器会报告热风枪未连接。

高压PCB

高压PCB同样可在EasyEda网站上获取。其电路图包含TRIAC和光电耦合器模块，可将电源板与项目主控板隔离。

高压板采用宽线设计，建议订购2盎司(oz)深度的PCB，以确保为热风枪加热元件提供更大的电流。若订购整块2盎司深度的PCB成本过高，因此高压部分被拆分为独立的PCB。EasyEda页面提供了三种版本的PCB，所有版本均正确，唯一区别在于螺丝连接器的排列顺序。您可以选择自己偏好的版本。

电路板左侧有4个螺丝式连接器，右侧有一个接口连接器。

•JP3 是一个交流电源连接器，用于将家庭插座的 220 伏交流电接入此处。请务必在安装前先装上 5A 熔断器，熔断器可安装在控制器外壳的后板上。

•JP6 是一个可选的主电源开关连接器。可在此处连接主开关，或直接短接其引脚。

•JP4 是一个热风枪加热器连接器，应连接到 GX16-8 连接器的第 7 和 8 号引脚。

•JP7 是一个为 AC-DC 24V 电源供电的连接器。

•JP8 是连接主板的接口接头。

JP8 接口接头有 5 个引脚，用于控制高压电路板：

•“+24” 是来自交流-直流电源的 +24 伏电压，用于激活可选的 K1 继电器。如果未安装继电器，可移除此导线。

•“GND” 显然是地线引脚。

•“E” 是电源使能信号，用于激活继电器。若未安装继电器，则可跳过此信号。

•“P” 是热风枪加热器信号，用于激活热风枪的供电。

•“Z” 是来自交流线路的零交叉信号。

建议您可跳过 TE Connectivity 设计用于控制器安全性的可选 24V RTE24024 继电器。该继电器在热风枪不使用时，会完全切断来自前面板 GX16-8 航空插头的交流电源。控制器仅有一个接口，热风枪或热镊子应插入该接口。

如需完全拆除 RTE24024 继电器，请按下图中红色线条所示，对继电器引脚进行焊接。因此，如果你不想安装控制器的主电源开关，应按照下图中紫色线所示，对主电源开关(JP6)的引脚进行焊接。

此外，你也可以将R24、VT6和D3连同继电器一起从PCB板上拆除。

调整DC-DC转换器的输出电压

在Aliexpress上可以找到基于MP1584 IC的高精度、高效能DC-DC降压转换器，例如以下这款：

该转换器有多种型号可选：带可调电阻(如上图所示的可调版本)或固定电阻。其中，固定电阻可能更可靠，因为它能提供更精确的输出电压。若要获得7伏的输出电压，需将可调电阻更换为68k 0805(0603)SMD电阻。

858D手柄定制

若想将控制器改装为工作站，可订购如下图所示的Hakko 858D热风枪手柄。该手柄价格实惠，并已包含所有必要组件：加热元件、风扇、温度传感器和干簧管。

当通过GX16-8插头将热风枪手柄连接到控制器时，可参考以下插头引脚排列图。我被告知市场上有不同类型的Hakko 858D手柄，您的手柄可能具有不同的引脚排列和电线颜色。为了检查您手柄的引脚配置，可以参考以下标准：

插头应包含两根用于加热元件的电线、两根用于温度传感器的电线，以及两根用于风扇的电线。常点开关(reed switch)与温度传感器共用地线。

•接地线应连接到手柄的金属外壳上。

•加热元件的电阻约为60欧姆。

•热电偶(温度传感器)的电阻约为1-3欧姆。

•当手柄靠近磁铁时，常点开关应与地线短接。

•当给风扇端子施加24伏电压时，风扇应开始工作。

要运行热风枪，连接器应按以下方式接线：

也许您的手柄线路有所不同，您需要拆下热风枪手柄，然后检查并修改现有的电线连接。

在手柄内部，您可以找到简化连接步骤的连接PCB板。

显然，热风枪手柄的连接PCB板右侧有8根电线。我的手柄型号的接线如下：

•1. 红色 - 地面

•2. 棕色 - 莲花开关

•3. 蓝色 - 热电偶(+)

•4. 黑色 - 热电偶(-)

•5. 白色 - 主加热器 1

•6. 灰色 - 主加热器 2

•7. 黄色 - 粉丝(-)

•8. 绿色 - 风扇(+)

如您所见，默认的接线方式假设接地端子是连接继电器开关第二个连接器的公共端。但控制器认为继电器开关应短接到接地端子，而不是“earth ground”。然而，风扇的“-”端子也应连接到地。左侧的两根白色电线连接至热电偶：上部电线为“+”，下部电线(位于PCB中央)为“-”。

在我的情况下，左侧的一根黑色电线(风扇的“-”端子)从第4行移至第2行(从上往下)，请参见图片中的紫色箭头。

AOYUE 1001 热镊子定制

与控制器配合使用的第二种工具是如下图所示的AOYUE 1001热镊子。该手柄包含两个并联的加热元件和一个用于检测温度的热电偶。加热元件需要24伏电压才能工作。

当通过GX16-8插头将热镊子连接到控制器时，可参考以下插头引脚排列。检查手柄引脚布局时，请牢记以下标准：

•插头应有两根电线用于加热元件，两根电线用于温度传感器，以及一根接地线。

•接地线应连接到镊子的金属外壳上。

•加热元件的电阻约为9欧姆。

•热电偶(温度传感器)的电阻约为1-3欧姆。

•要运行热镊子，连接器应按以下方式接线：

•将所有模块组装在一起。

下图展示了帮助您连接所有部件的原理图。

如图所示，5A保险丝后的主交流电源进入高压板的JP3接口。您可以将主电源开关连接到JP6接口，或短接其引脚，若不想使用主开关，则可将其完全拆除。高压板上的JP4接口以及主板上的J3和J4接口用于连接GX16-8连接器。加热器的220V交流电源来自JP4接口，其余所有线路均连接至J3和J4接口。地线应连接到交流电源的地线(此处未显示)。高压板上的JP8接口与主板上的J5接口应进行针对针的连接。

组装/启动检查清单

为明确控制器启动顺序，请按以下步骤依次操作：

1. 组装控制器硬件，按照相应的EasyEda页面所示焊接所有元件。

2. 将固件刷入控制器。

•连接热风枪

•开启控制器电源

•通过菜单设置一些常用参数。

•运行调试模式，确保控制器硬件正常工作。

•校准热风枪和热镊子。

•将固件刷入控制器

本项目基于STM32F103RET6(类似Bluepill)微控制器。要将预构建的固件刷入控制器，需要使用ST-Link v2编程器和ST-Link工具。

从ST官网下载STM32 ST-LINK工具，并在笔记本电脑上安装该工具。启动ST-LINK工具，将编程器连接到控制器的4针SWD接口(J1)，然后点击“连接”按钮。主窗口应显示微控制器的内存内容。点击“刷写”按钮，将固件写入MCU。

注意：当控制器连接至USB编程器时，请勿接通交流电源。否则可能导致微控制器或计算机损坏。

警告：在连接或断开热风枪手柄时，请断开控制器的交流电源。在控制器运行期间连接此设备可能会损坏控制器端口。

调试控制器

控制器搭建完成后，应先确认项目硬件部分正常工作。为此，可使用控制器的调试模式。将热风枪或镊子连接到控制器并打开电源，然后长按旋转编码器按钮进入主菜单。旋转编码器手柄，即可进入“关于”菜单项。短按编码器进入“关于”界面，再长按编码器按钮，此时应显示如图所示的调试画面。

当按下可选按钮或将热风枪从底座上接通后，控制器会向热风枪提供少量电力，风扇随即开始运行。电源指示灯表明工具已通电。交流零点(AC Zero)指示灯应每秒旋转一次。若控制器未从高压板接收到来自交流零点的信号，则该指示灯不会转动。同时请检查交流零点周期值：在50赫兹电源插座下，周期应为10毫秒。

在调试模式下，您无法控制加热器的供电，但可以通过旋转编码器手柄来调整风扇转速。

要关闭热风枪，请将手柄压到底部或按下可选的开关按钮。控制器将启动冷却程序：加热器将被关闭，风扇转速可调节以加快冷却过程。

当镊子连接到控制器时，调试界面可能会有所不同，如下图所示。

在热镊子的调试模式下，可通过旋转编码器手柄来控制加热器的供电。

主工作模式

如下图所示的主工作模式界面。

如图所示，主界面显示预设温度、当前温度、风扇转速预设值、供电功率值以及环境温度(即MAX31855K温度传感器IC上的温度)。图中热风枪的电源处于关闭状态。

您可以通过旋转编码器手柄来更改预设温度，通过短按编码器按钮并旋转编码器来改变预设风扇转速。风扇转速调节模式为临时模式，当您停止调整预设的风扇转速时，控制器将返回至预设温度调节模式。

要启动热风枪，请将手柄从底座连接或按下可选按钮。控制器将启动风扇，随后激活安全继电器，开始加热热风枪。

主工作界面取决于连接到控制器的设备。当连接了热镊子时，主界面会相应改变，如下图所示。

您可以通过旋转编码器手柄来调整预设温度。

热风枪冷却程序

控制器支持两种热风枪冷却方式：快速冷却和精确冷却。您可在设置菜单中选择所需的方式。快速冷却模式在热风枪关闭后立即使用最高风速;精确冷却模式则在热风枪刚关闭时降低风扇转速，并随着热风枪温度下降而逐渐提高风扇速度。精确冷却模式旨在提升热风枪的安全性。底座可放置在某些敏感设备附近，高温空气可能对其造成损坏。

热风枪校准

注意：校准热风枪需要使用外部热电偶。

可通过“校准”菜单项对热风枪进行校准。在校准过程中，您需“猜测”与参考温度相匹配的内部温度读数。

首先，应选择四个校准温度点之一，并轻按编码器以启动校准过程。此过程为迭代式操作：从预设的内部温度值开始，控制器将热风枪加热至该预设温度并准备就绪。然后通过外部热电偶测量实际温度。若实际温度与预设温度不一致，则应通过旋转编码器手柄来增加或减少校准数据的温度值。

控制器会持续将热风枪的温度维持在接近校准值的状态。如需提高预设温度，请向右旋转编码器;如需降低，则向左旋转。

当热风枪达到所需温度时(检查外部热电偶传感器)，轻按编码器。控制器会立即读取内部温度并保存校准值，然后返回参考点选择界面。在此处可选择下一个温度参考点。完成校准后，请长按编码器。

调整PID参数

注意：可能无需对热风枪或热镊子的PID参数进行调整。

这些参数决定了热风枪加热的速度以及控制器维持温度的精度。您可以将旧的参数值记录在纸上，并通过PID调校菜单手动恢复。

主菜单中的“调校PID”选项可用于调整热风枪或镊子的PID参数。启用调校PID模式后，可选择要修改的参数并按下编码器按钮，进入调校模式。长按编码器可启动设备并开始操作流程。

要开启或关闭热风枪，请长按编码器按钮;如需更改所选参数的数值，也请长按编码器。如需选择其他参数进行更改，请轻触编码器，您将返回参数选择界面。完成操作并保存新的PID参数值时，请在参数选择界面中长按编码器。

本文编译自hackster.io