Laminator-Temperatur-Regelung

Umbau eines handelsüblichen Laminiergerätes in einen Platinen-Laminator zur Herstellung gedruckter Schaltungen mit der Tonermethode

Um Platinen herzustellen habe ich mir ein Laminier-Gerät (Typ GENIE L-405 HC) zugelegt. Dieser schien zum auflaminieren des Toners auf die Platine besser geeignet zu sein als das bisher verwendete Bügeleisen.
Schnell stellte sich jedoch heraus, dass die Temperatur des Gerätes dafür nicht ausreichend ist. Eine Anpassung der Temperatur war nicht möglich da diese über Bimetall-Schalter fest vorgegeben ist.
Es musste also eine eigene Temperaturregelung entwickelt werden.

Temperaturmessung mit 1N4148

Da NTCs für den angepeilten Temperaturbereich um 200°C nicht geeignet sind, suchte ich nach einem passenden Ersatz - und wurde fündig:
Eine einfache 1N4148-Diode im Glasgehäuse!

Erwärmung einer 4148-Glasdiode mit dem Lötkolben

Bild 1: Erwärmung einer 4148-Glasdiode mit dem Lötkolben

Die Diode wurde testweise mit einem geregelten Lötkolben erwärmt...

Temperatur/Durchlassspannung

Bild 2: Temperatur/Durchlassspannung

...und dabei die Durchlassspannung gemessen. Wie man sieht, ist die diese recht linear zur Temperatur.

Hardware

Die alte Elektronik des Laminier-Gerätes wurde vollständig entfernt.

Für die neue Regelung wurde ein AVR-ATMega8 von Atmel verwendet. Dieser verfügt über einen internen 10-Bit ADC und eine interne Referenzspannung mit denen die Sperrspannung an der Diode gemessen wird.
Die Heizung wird über einen Opto-Triac geschaltet.
Über einen zweiten Triac (K2) ist eine Reduzierung der Geschwindigkeit des Motors vorgesehen. Dies wird jedoch von der Software nicht benutzt. K2 kann daher entfallen und die Anschlüsse 1 und 2 können über eine Brücke verbunden werden.

Die fertig aufgebaute Platine

Bild 3: Die fertig aufgebaute Platine

Hinweis: Anders als im Schaltplan angegeben, wurde für die Heizung anstatt dem S202S11 ein günstigerer S202S02 verwendet.

Software

Die Software misst ständig die Temperatur und erzeugt einen entsprechendes PWM-Signal für die Heizung.

int convert2degree(int value) {
  static const float c1=19.5;
  static const float v1=268;  //ADC-Wert=268 @ 19.5°C
  static const float c2=222;
  static const float v2=125;  //ADC-Wert=125 @ 222°C
...

Da die interne Referenzspannung des Mega8 als auch die Diode fertigungstechnischen Schwankungen unterliegt, müssen beide zunächst kalibriert werden. Dafür wurde der Wert des Analog/Digital-Wandlers (ADC) bei Raumtemperatur und bei z.B. 222°C (Lötkolben ;-) gemessen und in der Software eingetragen. Durch Externer LinkLineare Interpolation kann daraus zu jedem ADC-Wert die Temperatur berechnet werden:

Die beiden Temperaturen sind beliebig, sollten aber möglichst weit auseinander liegen (sinnvoll ist z.B. Raumtemperatur und Arbeitstemperatur). Falls man auf eine genaue Temperaturmessung keinen Wert legt und nur eine experimentell ermittelte Temperatur halten möchte, kann auf die Kalibrierung auch verzichtet werden.

PWM Wert, PWM Zähler, ADC-Wert, berechnete Temperatur

Die gemessenen Werte werden im Sekundentakt auf der seriellen Schnittstelle (PD1/TXD) mit 9600 Baud 8N1 in folgender Form ausgegeben:

Für die Verbindung zum PC ist ein entsprechender Pegelwandler (z.B. Externer LinkMAX232 oder FTDI232) erforderlich. Damit das Timing stimmt, muss über die Fuse-Settings der interne Oszillator auf 8 MHz eingestellt werden (lfuse=E4 hfuse=D9).

Temperaturkurve des Laminiergerätes mit 180°C als Sollwert

Temperaturkurve des Laminiergerätes mit 180°C als Sollwert.

Der fertige Platinenlaminierer

Bild 5: Der fertige Platinenlaminierer

Das fertige "Platinen-Laminier-Gerät". Die Elektronik und die Laminier-Mechanik wurden - passender weise - auf ein Stück Fußboden-Laminat geschraubt.

Montage der Diode

Bild 6: Montage der Diode

Die Diode wurde unten an das Metallprofil geschraubt. Damit das Glas nicht springt und die Wärme sich besser verteilt, wurde die Diode in etwas Alufolie gewickelt. Als Isolierung dienen zwei Stücke Silikonschlauch.

Ergebnisse

Download

Sicherheitshinweis:
In der Schaltung wird mit Netzspannung von 230V gearbeitet - Lebensgefahr !!!. Es ist höchste Vorsicht geboten !
Es versteht sich von selbst, dass ein derart modifiziertes Gerät nicht ohne Aufsicht betrieben werden darf. Benutzung wie immer auf eigene Gefahr.

laminator3.zip (245 KB) - Download (GPL)

Links

Externer LinkThread auf Mikrocontroller.net, hier findet man Hinweise auf eventuell geeignete Laminatoren

Nachtrag 19.11.13

Mit einer aktuellen WinAVR-Installation lässt sich der Quellcode nicht mehr compilieren da sich die Parameter der fdevopen-Funktion geändert haben:

avr-gcc -g -Wall -Os -mmcu=atmega8    -c -o Laminator.o Laminator.c
In file included from Laminator.c:39:
p:/winavr/lib/gcc/../../avr/include/avr/delay.h:36:2: warning: #warning "This fi
le has been moved to ."
Laminator.c: In function 'UART_Init':
Laminator.c:66: warning: passing argument 1 of 'fdevopen' from incompatible poin
ter type
Laminator.c:66: error: too many arguments to function 'fdevopen'
make.exe: *** [Laminator.o] Error 1

Dies wurde korrigiert.

Tags: Laminiergerät Platine Toner Tonermethode PCB ätzen herstellen Atmel AVR Mikrocontroller Projekte Projekt uC diy selbstbau tutorial µC selbstgebaut schaltung schaltplan schema bauplan bauanleitung schematic programmierung elektronik controller embedded Atmega8 Atmega32 arduino bascom avr-gcc avr studio atmega microcontroller isp
eXTReMe Tracker