Hack einen Toaster für Reflow

19 Schritt:Schritt 1: Bevor Sie beginnen Schritt 2: Reflow-Grundlagen Schritt 3: Circuit Design und PCB Layout Schritt 4: Schaltungsanordnung Teil 1 Schritt 5: USB Wall Charger Hack Schritt 6: Thermo Modification Schritt 7: Heat Sink Schritt 8: Schlussschaltungsbaugruppe Schritt 9: Programmierung und Verwendung der Bootloader Schritt 10: Firmware Schritt 11: Kunststoff-Schild Schritt 12: Toaster Modification Schritt 13: Menü Usage Schritt 14: Testen, Tuning, Protokollierung Schritt 15: Leistungsverbesserungen Schritt 16: Lotpaste Stencil Schritt 17: Darstellende Reflow Schritt 18: Final Thoughts Schritt 19: Anhang

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Wie bekomme ich mehr ernst zu meinen Elektronik Hobby, ich muss mit SMD-Bauteilen arbeiten. Einige Komponenten-Pakete sind sehr schwer oder gar nicht mit einem herkömmlichen Lötkolben zu löten. Um dieses Problem zu lösen, beschloss ich, einen Toaster zu hacken, um ein Reflow-Lötofen zu werden.

Grundsätzlich ergibt sich für Aufschmelzlöten durchzuführen, Lötpaste auf einer Leiterplatte platziert, und die Komponenten gelötet werden auf der Oberseite der Lötpaste platziert. Wenn der Ofen erhitzt die Lotpaste an der Schmelztemperatur der Lotpaste schmilzt und Lote die Komponente an der Leiterplatte.

Um Temperatur des Ofens zu steuern, habe ich meine eigene Reflow Toaster Steuerschaltung. Diese Schaltung verwendet einen ATmega32U4 Mikrocontroller Temperatur des Ofens mit einem Thermoelement und AD595AQ zu überwachen, zu steuern und dann unter Verwendung eines Halbleiterrelais des Ofens Heizelement. Der Controller verfügt über USB Logging / Debugging, USB Urladen, eine Grafik-LCD-Display und 3 Tasten. Die Firmware verfügt über Optimierungen für alle Einstellungen, manuelle Temperaturregelung, manuelle Heizelement Kontrolle und automatischer Temperaturprofilsteuerung (mit einem schönen Temperaturdiagramm-Anzeige). Diese Schaltung wird in eine Steckdose stecken, und der Ofen wird in dieser Schaltung stecken, während der Halbleiterrelais Grunde wirkt wie ein Schalter, der zwischen der Steckdose und des Ofens Heizelement. Sicherheit ist das Hauptentwicklungsziel (aber einige Dinge sind durch Kosten beschränkt ist), und Benutzerfreundlichkeit ist das zweite Ziel.

Hier ist eine Demo-Video:



Einige weitere wichtige Funktionen:
Das Thermoelement ist, um mehr als 500 Grad Celsius ausgelegt. Löten mit meinem Lotpaste benötigt nur bis zu vielleicht 250 Grad Celsius. Die Halbleiterrelais verwendet wird, da sie eine bessere Kontrolle als mechanische Relais zu schaffen, und sie sicherer sind. Mechanische Relais können aufgrund ihrer mechanischen Natur zu tragen, und aus internen Funken, die beim Schalten auftreten. Ich habe vor, Schalten des Relais bei 1 Hz, so ist dies von Bedeutung. Das Relais ist für 240 V und 25 A bewertet, so es mit jedem typischen Toaster in jedem Teil der Welt, sollte funktionieren. Das Relais ist mit einem speziell angefertigten Aluminium-Kühlkörper und einem kleinen Lüfter gekühlt. Alles, was auf dieser Strecke wird von der Netzsteckdose, weil ich mit einem winzigen USB-Ladegerät mit Strom versorgt, wie eine integrierte AC-zu-DC-Wandler. Das ist gut, da ein Kabel Power alles. Ein Computer ist nicht erforderlich, um es zu betreiben. Eine Kunststoffabdeckung wird erstellt, um die Schaltung vor Dinge versehentlich berühren zu schützen. Ich kann die Schaltung sicher zu handhaben, ohne sich schockiert.

Hier enthalten (siehe unten auf dieser Stufe) sind alle Projektdateien. Dieses Paket enthält die CadSoft EAGLE 5.11 Schaltplan und PCB-Dateien, die PCB Gerber-Dateien, der Quellcode für den Mikrocontroller-Firmware (einschließlich des Bootloader), und einige technische Zeichnungen für den Kühlkörper und Kunststoff Abschirmung.

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Schritt 1: Bevor Sie beginnen

  1. Hack einen Toaster für Reflow
    Es gibt mehrere Videos in diesem Instructable. Bitte sehen sie in vollem Umfang und einer Auflösung von 720p, denn es wird ein Text, die Sie vielleicht zu lesen. Der Textinhalt dieser Instructable wird auch zusätzliche Hinweise und Links. Die meisten Bilder aus den Videos wird auch in die Galerie hochgeladen werden. Die meisten Bilder (es gibt mehr als 150 Bilder in diesem Instructable) sind annoted und in einer Weise, dass sie nicht von der Bildkompressions leiden bemessen. Die Bilder, Texte, Bilder und Dateien nicht genau übereinstimmen wegen Revisionen und mit verschiedenen Versionen, aber ich werde garantieren, dass die Texte und Dateien sind in ihrer endgültigen Versionen. Ich in der Regel etwas Neues lernen mit jeder meiner Projekte und habe ich die wichtigen Sachen in einem letzten Gedanken Seite und Anhang am Ende.

    Sicherheitshinweise

    Dies ist wahrscheinlich die gefährlichste Elektronik-Projekt habe ich bisher getan, an denen hohe Spannungen und Brandgefahr. Ich bin nicht für Ihre Sicherheit verantwortlich ist, und ich bin nicht verantwortlich für Ansprüche, Schäden oder sonstige Haftung. Haben Sie dieses Projekt auf eigenes Risiko.
    Überlassen Sie nichts unbeaufsichtigt, müssen Sie wissen, ob Funken passieren oder ein Feuer ausbricht und entweder power down alles schnell oder zu evakuieren. Achten Sie darauf, einen Feuerlöscher griffbereit zu haben. Stellen Sie sicher, dass Sie eine Steckdose, die eine Sicherung oder Schutzschalter hat, nur für den Fall etwas Kurzschlüsse. Bitte verwenden Sie einen GFCI Steckdose wenn Sie eine haben, ist dies die Art von Steckdose, Stromausfall wird, wenn Sie einen Fön in eine Badewanne sinken. Denken Sie daran, die Herrschaft über Drähte: Jedes Verlängerungskabel müssen dicker als das Kabel, das bereits auf dem Toaster verwendet wird. Sobald Sie den Toaster zum Löten verwenden, sollten Sie es nicht verwenden für Lebensmittel wieder. Sobald Sie führen in diesem Ofen geschoben haben, werden Sie jetzt nicht sicher in den Ofen sein. Denken Sie daran, dass Blei ist eine langsame Anhäufung poision, und es kann später Geisteskrankheiten verursachen. Arbeiten Sie in einem gut belüfteten Raum. Stellen Sie sicher, Sie wissen, alle Materialien, die in der Nähe der Toaster sind. Die Schaltung Ich habe build nicht über einen Ein- / Ausschalter für einen Grund. Es zwingt Sie dazu, vollständig trennen Sie es, wenn Sie fertig sind.

Schritt 2: Reflow-Grundlagen

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    Um zu verstehen, warum ich brauche etwas, um die Öfen Temperatur genau zu steuern, müssen Sie die Stadien der Reflow-Löten zu verstehen. Sehen Sie die Grafiken in der Galerie für einen allgemeinen Überblick. Diese Art von Graphen, manchmal als eine Reflow-Profil bekannt ist, wird in vielen Datenblätter gefunden, so können Sie elektrischen Komponenten sicher zu löten.

    Erstens, Sie erkennen, dass Küche Toastern sind schrecklich auf die Beibehaltung eines bestimmten Temperatur auf ihre eigenen, aber es ist gut genug für das Kochen. Man kann nicht einfach rechnen mit den Temperaturregler auf dem Toaster.
    Zweitens, denken Sie daran, dass die Wärme dehnt Materialien und kalten Verträge Materialien. Heizung zu schnell oder Kühlen zu schnell können Risse verursachen. Ungleichmäßige Temperaturverteilung kann dazu führen, Dinge zu verziehen oder wellen. Sie wollen nicht, Dinge zu brechen, und Dinge, die gebogen sind, wird nicht richtig löten wegen schlechter Kontakt.

    Lötpaste ist im allgemeinen eine Mischung aus Flussmittel und mikroskopische Lotkugeln. Das Flußmittel wird die Lötflächen zu reinigen, wenn es erhitzt wird, und die Kugeln von Lötmittel zu schmelzen und die Oberflächen.
    Bei der Reflow-Löten, eine Lotpaste setzen Sie die Pads auf der Leiterplatte. Um dieses zu erleichtern, können Sie eine Schablone aus einem dünnen Blech aus Kunststoff, mit Löchern verwenden hinein, wo man Lotpaste möchten lasergeschnitten (I wird behandelt, wie der Herstellung und Verwendung Schablonen später). Setzen Sie die Komponenten auf den Pads, dann knallen sie in den Ofen und lassen Sie es durch die Stadien gehen.
    Die erste Stufe ist mit dem Wärmekonditionierungsstufe Vorwärmen. Die Aufheizgeschwindigkeit kontrolliert werden muss. Die zweite Stufe ist die thermische Einweichen der PCB und alle Komponenten. Diese Stufe gewährleistet gleichmäßige Temperaturverteilung und aktiviert den Fluss, um die Oberflächen zu reinigen. Beachten Sie, dass größere Komponenten mehr Zeit zu erwärmen, insbesondere Komponenten mit Abschirmung. Die dritte Stufe ist die Temperatur zum Schmelzen der Lotpaste, die tatsächliche Löten durchzuführen. Schließlich wird alles bei einer kontrollierten Geschwindigkeit abgekühlt wird.
    Deshalb brauche ich einen Controller, um die Temperatur des Ofens automatisch zu steuern, gehen durch alle Phasen in der richtigen Temperatur für die rechte Zeitdauer und zum richtigen Heiz- oder Kühlrate.

Schritt 3: Circuit Design und PCB Layout

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    Bitte sehen Sie das Video, wie ich erklären, wie ich die Schaltung ausgelegt. Ich werde darauf hinweisen, jede Komponente, zeigen Ihnen, wo es ist, und erklären im Detail.


    Die Design-Dateien sind alle in das Projekt-Download enthalten, es ist vor allem in CadSoft EAGLE 5.11 Format, aber ich habe Bilder enthalten auch.

    Die Leiterplatten-Layout ist keine komplizierte Layout. Es gibt einige Dinge, die ich möchte darauf hinweisen:
    Die Größe muss unter 10 cm mal 10 cm, so kann ich es von Seeed Studio und günstige gemacht zu werden (siehe nächster Schritt) sein. Es gibt Montagelöcher an jeder Ecke. Später werde ich Ihnen zeigen, wie man ein Kunststoffschutz für diese Schaltung zu machen, und das Schild wird an diesen Löchern montiert werden. Die Leiterplatte ist mit Löchern, die die Halbleiterrelais wird direkt in die Schraube ausgelegt. Ich wollte wirklich ein Design ohne lose Gegenstände. Die Hochleistungsbahnen sind super breit und auch das Lot Maske entfernt so Lot kann hinzugefügt werden, um der Spur Dicke zu erhöhen, so dass für mehr Strom. 240 V und 120 V AC ist V RMS, nach der Berechnung V Spitze, der empfohlene Abstand Leiterbahn (nach IPC-2221) bei 2,5 mm für 300 V bis 500 V (240 V RMS = 339.4V peak), 1,25 mm für 150 V bis 300 V (120 V RMS = 169.7V peak). Beachten Sie, dass diese Schaltung ist nicht sicher über 10000 Fuß über dem Meeresspiegel. Ich habe einen großen Raum für das LCD. Ich habe eigentlich zwei LCD Fußspuren auf dieser Leiterplatten-Design, hat der andere fast die gleiche Schaltung verwendet jedoch anstelle von SPI I2C, und wird direkt auf die Leiterplatte statt mit einem Flachkabel. Aber ich habe den Code für diesen "anderen LCD" nicht schreiben.

Schritt 4: Schaltungsanordnung Teil 1

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    Hier ist eine Einkaufsliste für elektrische Komponenten:
    Qty Sch Ref Name Wert Paket Wertung Aufzeichnungen
    1 C3 Tantal-Kondensatoren 10 uF 1206 6V oder länger
    4 C4, C5, C6, C7 Ceramic Capacitor 0,1 uF 0805 oder 0603 6V oder länger
    2 C8, C9 Ceramic Capacitor 22 pF 0805 oder 0603 6V oder länger
    1 C10 Aluminum Caoacitor 47 uF oder mehr 6,6 mm x 6,6 mm 6V oder länger
    1 C11 Tantal-Kondensatoren 4,7 uF 1206 6V oder länger
    10 C1, C2, C12 bis C20 Ceramic Capacitor 1 uF 0805 oder 0603 6V oder länger
    1 IC1 LM1117 3.3V SOT-223
    1 JP1 Stiftleiste 3x2 0.1 "Pitch Standard 6 Pin ISP-Header für AVR
    1 JP2 Schraubanschluss 2 Pins, SparkFun PRT-08084 3,5 mm Rastermaß Für Thermoelement-
    1 Q1 Kristall 16 MHz HC49 SMD 20 pF, +/- 30 PPM
    2 R1, R2 Chip-Widerstand 22 Ω 0805 oder 0603 1/10 W, +/- 10%
    4 R3, R4, R7, R8 Chip-Widerstand 10 k & Omega; 0805 oder 0603 1/10 W, +/- 10%
    1 R6 Chip-Widerstand 330 Ω 0805 oder 0603 1/10 W, +/- 10%
    2 S1, S2 Button Switch TL3330
    3 S3, S4, S5 Button Switch TL6120DF Muss Super groß sein
    1 USB USB Mini-B Buchse UX60A-MB-5ST SMD Mein Favorit, einfach zu löten, flachen Boden
    1 LCD LCD COG Graphic Display NHD-C160100DiZ 160x100 Pixel
    1 LCD FPC Steckverbinder A100284CT, 1-1734592-4 14 Pos, 0,5mm Pitch,
    Right Angle SMD
    1 U1 AVR Mikrocontroller ATMega32U4-AU 44 TQFP
    1 U2 Thermoelement-Verstärker AD595AQ 14 DIP-
    1 U2 Chip-Sockel 14 Pins 14 DIP-
    1 Relais Solid State Relais D2425 von Crydom 240 VAC, 25 A
    1 JP2 Thermoelement,
    Typ K
    GK11M,
    von Test Products Int
    -40 Bis 510 ° C
    1 USB Wall Charger 120 V oder 240 V bis 5 V DC, 1000 mA Verwendet als Wand AC bis 5V DC-Wandler
    1 Kühlgebläse 5V DC 40mm x 40mm,
    10 mm bis 17 mm dick
    1 AC Verlängerungskabel 16 AWG oder Dickere 300V

    Löten Sie diese Komponenten auf die Leiterplatte, folgen Sie der PCB-Design.

    Um eine PCB erhalten, laden Sie die Projektdateien, und senden Sie die Gerber-Dateien auf einem Leiterplattenfertigung. Ich habe Seeed Studio 's Fusion PCB Service, es kostet Sie 29 € für 10 Stück.

    Die meisten Komponenten sind 0805 (kann aber mit 0603 ersetzt werden), alles, was auf der Leiterplatte kann Hand gelötet werden. Oberflächenmontagelöten ist einfach, da in meinem Video demonstriert:


    Es gibt mehrere spezielle Verbindungen, die Sie brauchen, um zu machen, finden Sie in den Diagrammen in der Galerie zu folgenden Themen: Sie müssen sich an die Schaltung löten eine dicke Verlängerungskabel. Ich lebe in Nordamerika, so ein Draht ist "heiß" und ein Draht ist "neutral". Ihrem Land vielleicht eine etwas andere System zu verwenden, aber wenn Sie nicht zu vertauschen Sie die Kabel, sollte diese Schaltung auch für Ihr Land zu arbeiten. Wie ich schon erwähnt, ist eine billige USB-Ladegerät als 5V DC Netzteil, AC in Gleichstrom umwandelt, verwendet. Nachdem Sie dieses Ladegerät (die Anweisungen in einem anderen "Instructable Step" sein) zu hacken, zeigen Sie die Diagramme, wo um die Verbindung herzustellen. Ich verwendete Klettverschluss, um die LCD auf der Leiterplatte zu befestigen. Schließen Sie das Flachkabel in die FPC-Steckverbinder. Löten Sie die Hintergrundbeleuchtung Drähte mit dem Anschluss für die Hintergrundbeleuchtung.
    Sie müssen eine Menge von Lot auf den breiten ausgesetzt AC Tracks setzen, damit es die große Menge an elektrischer Strom zu behandeln.

    Reinigen Sie das PCB mit Alkohol oder Flussreiniger. Verlassen Fluss auf der Leiterplatte kann dazu führen, ungenaue Messwerte aus dem AD595AQ.

    Die schematische hat einige Hinweise darauf, ich hoffe, Sie sie zu lesen.

Schritt 5: USB Wall Charger Hack

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    Finden Sie das USB-Ladegerät I eingesetzt. Es hat, klein zu sein, arbeitet mit 120 V AC und 240 V AC (so funktioniert es in Nordamerika und anderen Orten) und liefert 5V DC bei 1000mA.

    Schneiden Sie es offen, ich verwendet eine Säge, um die beiden Enden abgeschnitten.

    Entfaltete es. Gelötet zwei Drähte für den Wechselstromeingang (Polarität spielt keine Rolle, so habe ich zwei schwarze Kabel). Löten Sie zwei weitere Leitungen an den USB-Port, wo die 5 V DC-Ausgang und DC Boden ist, habe ich einen schwarzen Draht für Boden und rot für 5V seit Polarität ist wichtig hier.

    Ich schlage vor, Sie 22-Gauge-Litze für all das zu nutzen. Stärke 24 ist akzeptabel. Litze ist flexibel.

    Isolieren Sie das gesamte Gerät. Ich benutzte Isolierband für diese. Eine riesige Schrumpfschlauch auch akzeptabel sein.

    Schließen Sie Ihren neuen Leitungen an die entsprechenden Stellen auf der Steuerplatine, wie in meinem Diagrammen dargestellt.

Schritt 6: Thermo Modification

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    Sie können diesen Schritt zu vermeiden, wenn Sie Ihr Thermoelement keine speziellen Anschlüsse am Ende. Versuchen Sie den Kauf der K-Typ-Thermoelement aus Adafruit Industries (Produkt-ID 270), oder SparkFun Version (SEN-00251). Der, den ich verwendet, ist ein GK11M von Test Products Int.
    Das Thermoelement I verwendet wird, einen speziellen Stecker. Niemand verkauft das eigentliche Buchse für dieses Plug (es ist wirklich für einen bestimmten Handgerät konzipiert).

    Also musste ich ein paar Drähte des Thermoelements zu verbinden, und stecken Sie die Drähte in die Klemmleiste.

    Denken Sie daran, dass die Polarität ist hier sehr wichtig, so habe ich rote Kabel für, wo es ein Pluszeichen (Chromel Seite) und schwarzen Draht für das negative Vorzeichen (Alumel Seite).

    Denken Sie daran, die gleiche Art von Draht für beide Leitungen zu verwenden. Wenn Sie Kupfer für die rote Kabel verwenden, müssen Sie die exakt gleiche Kupfer für das schwarze Kabel zu verwenden. Es muss nicht sein, aber beide Kupferdrähte müssen das gleiche Material sein, weil verschiedene Metalle würde eine kleine Spannungsdifferenz, die wird mess up die Spannungswerte haben.

    Bitte lesen Sie den Anhang, wie Thermoelemente zu arbeiten.

Schritt 7: Heat Sink

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    Die Herstellung dieser Halbleiterrelais tatsächlich verkauft die entsprechenden Wärmesenken, die speziell für ihre Relais entwickelt, sie sind etwas teuer. Aber ich bin ein Geizkragen DIY liebende Studentin, die Zugang zu kostenlosen Schrott in der Schule hat, so dass ich baute meine eigenen Kühlkörper.

    Aus dem Datenblatt, gibt es ein Diagramm (siehe Galerie), die zeigt, was der thermische Widerstand des Kühlkörpers muss. Ich werde 25 Grad C wie Raumumgebungstemperatur und 15A verwenden. Wenn Sie auf die Grafik sehen, könnte man meinen, ein 4 C / W Kühlkörper ist genug.

    Warum ich glaube, ich kann einen Kühlkörper, der geeignet ist, zu machen? Das HS351 Kühlkörper 3 C / W:
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    Es ist nur eine einfache kleine Stück Aluminium. Ich glaube, mein Kühlkörper wird genauso effektiv, zzgl Ich habe einen Lüfter. Der Kühlkörper machte ich macht es auch einfach für die gesamte Schaltung auf einer Oberfläche zu sitzen, im Gegensatz zu den kleinen Kühlkörper, die Sie kaufen können.

    Im ersten Test habe ich das Relais mit einem 120 V AC, 1300 Watt Toaster, in einem Kellerraum, der bei etwa 18 Grad C für 20 Minuten ist, um maximale Leistung. Die Temperatur des Relais und Kühlkörper wurde unter Verwendung eines Infrarot-Temperaturmesspistole gemessen und es wird nie mehr als 30 Grad Celsius erreicht. Dies zeigt meiner Kühlkörper ist ausreichend.

    Genug Rambling, Wie man das Heat Sink Körperbau:

    Kaufen Sie ein paar Aluminiumblech, die Sie schneiden, biegen, und Bohrer (oder Punsch) Bevor Sie fortfahren, beachten Sie bitte, dass der Lüfter habe ich, ich im Grunde in den Papierkorb zu finden, so dass ich weiß nicht, wo Sie eine genau wie es zu bekommen . So stellen Sie sicher, es ist 40mm x 40mm quadratisch, rund 15 mm dick, und läuft auf 5V DC. Die Abmessungen des Kühlkörpers hängt mein etwas von der Größe des Ventilators, so smart über die Anpassung der Dimensionen ein wenig, wenn der Lüfter, die Sie erhalten nicht passen. Kaufen Sie ein paar Wärmeleitpaste, dieses Zeug, um Wärme zwischen den Metallen durchführen müssen Sie, wird es füllen Sie alle mikroskopisch kleinen Lücken, wo Wärme nicht übertragen. Schneiden Sie die Stücke von Aluminium nach den technischen Zeichnungen, die Sie heruntergeladen Bohren Sie die Löcher, so dass Sie den Ventilator mit Schrauben (# 4 oder # 6 Maschinenschrauben) kann befestigen Bohren Sie die Löcher für das Relais als auch (# 6 oder # benötigen habe 8 Maschinenschrauben) biegen Sie die Aluminiumbleche erst, nachdem alle Schnitte vorgenommen wurden und alle Löcher An dieser Stelle gebohrt wurden, sollten Sie den Lüfter (# 4 oder # 6 Maschinenschrauben befestigen) Sie müssen etwas Wärmeleitpaste zwischen jeder Anwendung Schicht vor dem Einschrauben sie zusammen alle Aluminiumteile Schrauben Sie nach dem Auftragen der Wärmeleitpaste (# 6 oder # 8 Maschinenschrauben)

Schritt 8: Schlussschaltungsbaugruppe

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    Schauen Sie sich die Diagramme, während Sie die nächsten Schritte.

    Jetzt können Sie das Relais in die Unterseite des PCB Schraube, sollte das Relais mit den Schrauben Sie schon brauchen gekommen. Prüfen Sie die Ausrichtung des Relais, aber der Lochabstand ist etwas anders auf jeder Seite, so dass es nicht wirklich möglich, es nach hinten schrauben.

    Lötdrähte des Lüfters zur Leiterplatte, sehen Sie Ihre Polarität. (Ich habe keine Anschlüsse, aber wenn Sie möchten, verwenden Sie eine polarisierte Molex oder JST-Stecker für diese)

    Lötdrähte der modifizierten USB-Ladegerät zur Leiterplatte, sehen Sie Ihre Polarität. (Ich habe keine Anschlüsse, aber wenn Sie möchten, verwenden Sie eine polarisierte Molex oder JST-Stecker für diese)

    Verwenden Sie ein Flussmittel Reiniger, um den Fluss von der Leiterplatte zu reinigen. Ich habe diese Sprühdose das ist bei diesem Job absolut magisch. Ich habe entdeckt, dass der Fluss tatsächlich wirkt sich auf die Thermoelement-Messwerte stark, so ist es wichtig, die Reinigung.

    Verstauen alles, was lose ist, und befestigen Sie es. Ich steckte alles unter der Leiterplatte und sichern Sie ihn mit Isolierband.

Schritt 9: Programmierung und Verwendung der Bootloader

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    Bitte beachten Sie das Video, in dem ich Ihnen zeigen, wie Sie den Bootloader zu kompilieren, wie Sie den Bootloader in den Mikrocontroller, wie Sie den Bootloader, und wie Sie den Treiber installieren müssen Sie mit Blitz.


    Um tatsächlich eines der Dinge in dem Video, müssen Sie ein funktionierendes Setup GNU-Toolkette haben. Folgen Sie einige dieser allgemeinen AVR-Tutorials, die Ihnen den Einstieg erhalten sollten:
    AVR Programmierung Einführung - Hack a Day , gibt es mehrere Teile. AVR-Tutorial, Schritt-für-Schritt, wie Sie AVRs starten - Ladyada A Quickstart Tutorial für Atmel AVR - I Make Projekte AVR-GCC-Tutorial - Scienceprog.com , eine Sammlung von Tutorials zur Verwendung von AVRs AVR-Tutorials - AVR Freaks , eine Sammlung von Tutorials zur Verwendung von AVRs auf der AVR-Freaks Foren gesamten Code sehen Sie im Video wird in Download-Dateien dieses Projekts enthalten

Schritt 10: Firmware

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    All des Quellcodes sind in Download-Dateien dieses Projekts enthalten. Sie sind komplett kommentiert.
    Der Code wird aus mehreren Komponenten besteht:
    Eine virtuelle serielle Schnittstelle wird mit dem Code vorgesehen umgesetzt PJRC . Wenn Sie die Treiber benötigen, gehen Sie zu ihrer Website. Ich schrieb drei Funktionen, um die LCD über I2C zu kommunizieren, dann einige weitere Funktionen, um das LCD zu initialisieren und zu zeichnen Zeug auf dem LCD. Es gibt auch eine 8x5 Pixel-Schriftart, die im Flash-Speicher gespeichert ist, so kann ich Text einfach an den LCD zu schreiben. (Die Schrift wird durch ein benutzerdefiniertes Tool Ich schrieb generiert, aber Sie können auch eine ähnliche Schriftart auf der Website des Newhaven Display finden) Ein Dateizugriffs das Verhalten der Menüs, eine andere Dateikennungen Temperatur Leseprobe sammeln, ist eine andere Datei zum Speichern / Laden verantwortlich Daten aus dem EEPROM-Speicher. Die Hauptdateikennungen Berechnungen für die Temperaturregelung und automatisch gehen durch die Reflow-Löten Stufen. Es behandelt auch die Initialisierung der verschiedenen AVR interne Hardware wie Timer.
    Es gibt einige wichtige Details muss ich an dieser Stelle betonen:
    Wenn Sie "% d" mit "printf" verwenden, wird das Argument als vorzeichenbehaftete 16-Bit-Integer, auch wenn die Variable nicht übernommen, so schrieb ich "str_from_int", um diese Einschränkung zu umgehen. Ich schrieb auch "str_from_double" für die Bequemlichkeit, als mit "% f" bietet nicht viel Kontrolle und Formatierung "dtostrf" macht den Code chaotisch. Das LCD, NHD-C160100DiZ, hat ein Datenblatt, das sagt, dass die maximale Taktfrequenz I2C es verwenden können, ist 400 kHz. Das ist falsch, wird es nicht bei dieser Frequenz zu reagieren und den I2C-Bus komplett einfrieren. Ich habe auch versucht 280 KHz und es wäre immer noch nicht funktioniert. Schließlich habe ich 100 kHz, und es begann. Bildrate der LCD ist durch meine relativ langsamen Mikrocontroller (Betrieb bei 8 MHz), der Niederfrequenz-I2C-Bus (100 KHz), und der Tatsache, dass eine Menge von Schriftdaten in dem Flash-Speicher statt RAM gespeichert unglaublich langsam. Ich bin mit PWM, um die Halbleiterrelais zu steuern. Meine Argumentation ist, dass ich das Heizelement zu steuern, als ob ich die Helligkeit einer LED-Controlling. Die PWM-Frequenz ist niedrig zu sein, für die Überlegung dahinter finden Sie im Anhang. Der PWM-Wert verwendet wird, zwischen 0 bis 65535. So OCR Wert 0 bedeutet 0% Einschaltdauer reichten, OCR-Wert 5000 bedeutet 7,6% ED bedeutet OCR-Wert 40000 61% Tastverhältnis und OCR-Wert 65535 bedeutet 100% ED. Die AD595AQ Chip gibt ein Rechteck statt einer konstanten Spannung, ist die Spitze der Rechteck die Spannung, als die Temperatur gelesen werden sollte. Ich bin mir nicht sicher, ob dies ist beabsichtigt und ein Teil der AD595AQ Design (ich kann nicht dieses heraus aus dem Datenblatt), oder wenn es irgendwie meine Schuld. Unabhängig von der Argumentation, die Sensorleseroutinen Ich schrieb Konten für diese und nur probieren Sie die Spitze der Rechteckwellen, aber auch keine Mittelwertbildung. Die rohen Sensorwert liegt zwischen 0 und 1023 lag, weil der ADC auf der AVR verfügt über 10 Bit Auflösung. 1023 bedeutet, der Messwert 3,3 V, da der analoge Referenzspannung ist 3.3V. Laut Datenblatt des AD595AQ, ist die Ausgangsspannung für 320 Grad Celsius 3.227V (0 Grad ist 0,027 Volt, die übrigens ziemlich nahe 0 wird der AD595AQ zur Ausgabe 10 mV pro Grad Celcius soll). Aus diesen Zahlen, ich weiß, dass 1 Grad Celsius ist 3,125 raw ADC Leseeinheiten und 1 raw ADC Leseeinheit ist etwa 0,32 Grad Celsius. Diese Umrechnungen sind hart in meinem Source-Code codiert. Sie sollten die Konstante von 0,32 erinnere mich, als sich mit den Protokolldateien. Ein PID-Regler wird verwendet, um die entsprechende Menge an Energie zu berechnen, um zu dem Heizelement zu liefern. Der Anwender ist in der Lage, um die PID-Konstanten mithilfe der Benutzeroberfläche bearbeiten. Dieser PID-Regler ist kein typisches PID-Regler ist, wird unter Verwendung von Informationen, die bereits über die Eigenschaften der Toaster ist bekannt unterstützt wird. Sie sind mit den Eingangs erlaubt die höchste stationäre Temperatur, der Ofen erreichen kann, und wie lange es dauert, um diese Temperatur zu erreichen. Aus diesen Informationen weiß die Steuerung, wie man die richtige Menge an Energie zu liefern, zu schätzen. Der PID-Regler wird verwendet, um diese Bestimmung, die für die Nichtlinearität der Schätzung korrigiert zwicken. Hinweis: Verwenden Sie das "Handbuch PWM-Steuerung" Modus, um die höchste Temperatur, die Sie erreichen können und wie lange es dauert, es zu erreichen messen. Tun Sie dies, indem Sie in diesem Modus aus dem Menü, und drehen Sie die PWM bis max, und speichern Sie das Protokoll zu lesen (oder mit einer Stoppuhr). Es gibt eine Fehlerüberprüfung in den Temperaturprofil und Geräteeinstellungen. Die Software erlaubt Ihnen nicht, um Änderungen, die keinen Sinn machen zu machen, und wenn etwas falsch ist, werden Sie aufgefordert, es zu beheben, bevor Sie fortfahren.
    Beziehen sich auf die bisherigen "Instructable Step" über den Bootloader zu sehen, wie zu kompilieren und Bootload den Anwendungscode, es gibt sogar ein Video drin.

Schritt 11: Kunststoff-Schild

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    Bitte beachten Sie die technischen Zeichnungen in den Projekt Downloads. Schneiden Sie ein Blatt mit 2 mm starkem Acrylglas (billiger) oder Polycarbonat (stärker) auf die quadratische Form und bohren Sie die entsprechenden Löcher.
    Beachten Sie, dass das Bild ein Loch, das in der Zeichnung existiert fehlt. Das Loch ist so dass Sie die Schraubklemmen zugreifen können.

    Ich heiße geklebt einige 0,25 "long # 8 Maschinenschrauben an den Tasten, so dass sie über die Kunststoffschild herausragen.

    Bevor Sie die Plastikfolie über der Leiterplatte zu befestigen, müssen Sie die AVR-Mikrocontroller ersten programmieren, das ist eigentlich in einem anderen "Instructable Step". Wenn Sie fertig sind, dass, verwenden Sie 1 "long # 4 Maschinenschrauben und Muttern, um den Kunststoffschutz auf die Leiterplatte zu befestigen. (Ich habe keine Stand-offs haben, verwenden Sie Stand-offs, wenn Sie wollen)

    Dies wird über die Leiterplatte zu gehen und vor Dingen herabfallende und eure Finger vor den nicht isolierten Bereichen auf der Leiterplatte. Aber wenn Sie tatsächlich versucht, Sie mit dem Finger unter dort zu bleiben, können Sie immer noch verletzt. Bewahren Sie diese Sache weg von Menschen, die es nicht verstehen.

    Dieser Schritt kommt, nachdem alle der Softwareaufgaben, denn es ist nicht möglich, den ISP-Header verwenden, wenn die Kunststoffabdeckung an war.

Schritt 12: Toaster Modification

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    Sie müssen einen Toaster zu ändern. Ziel der Änderung ist es, die oberen und unteren Heizelemente direkt an das Netzkabel anstelle der Toaster eigenen Drehregler verbinden. Bitte beachten Sie diese Video-Präsentation, wo ich zeigen, wie Sie diese Änderung in einer sicheren Weise durchzuführen.


    Meine Schritte zusammenfassen:
    Demontieren Sie den Toaster, und reinigen, die Essenskrümel, wenn es verwendet wird Finden Sie die Drähte für die Heizelemente und das Netzkabel, und trennen Sie sie von die Zifferblätter Schließen Sie die Heizelemente direkt an das Netzkabel. Tun Sie dies in einer sicheren Weise mit sicheren Materialien.
    Ich möchte wiederholen, meine safetly Hinweise:
    Ihr Ofen ist eine 1300-Watt-Ofen, und sein Netzkabel verwendet 16-Gauge-Kabel. Ihr Verlängerungskabel darf 16 Gauge oder dicker sein, um sicher zu handhaben die gleiche Menge an elektrischem Strom. Das im Inneren verwendet Drähte einen hitzebeständigen Isolierung, damit sie nicht schmelzen, wenn sie den heißen Ofen Gehäuse berühren. Wenn Sie irgendwelche Kunststoffisolierung verwenden, kann die Isolierung schmelzen oder brennen, und einen Kurzschluss verursachen. Sie können mit Isolierband aus dem gleichen Grund. Solder können nicht in verwendet werden, weil es sehr heiß Dinge werden sicher befestigt, so dass sie den heißen Ofen Gehäuse nicht berühren
    Weitere leistungssteigernde Modifikationen wurden nach der Prüfung, die später diskutiert werden gebildet.

Schritt 13: Menü Usage

  1. Hack einen Toaster für Reflow

    Hack einen Toaster für Reflow

    Sehen Sie dieses Video, wo ich zeigen, wie Sie das Menü verwenden (Achtung: etwas langweilig)


    Es gibt drei Tasten, die obere Taste als "wählen" oder "add" verwendet wird, die mittlere Taste als "nächsten Menüpunkt" oder "Ausgang Strommodus", die untere Taste als "subtrahieren" verwendet wird, verwendet wird.
    Das Hauptmenü bietet 4 Optionen:
    "Auto-Modus" für automatisch durch einen Reflow-Lötprozess gehen "manuelle Temperaturkontrolle" wird verwendet, um den Ofen mit einer konstanten Temperatur zu halten "Handbuch PWM-Steuerung" wird verwendet, um eine stetige Menge von Energie an das Heizelement zu liefern "Einstellungen bearbeiten" Hier können Sie die PID-Konstanten, die Ofenmaximaltemperatur und die Zeit es braucht, um die maximale Temperatur zu erreichen, während in "Auto-Modus" können Sie die Eigenschaften des Temperaturprofils eingestellt einzustellen, und drücken Sie "select", während auf dem " Start "Menüpunkt zu starten. Drücken Sie die "exit Current-Mode-Taste" ", um den Kreislauf zu stoppen. Einmal gestartet, werden Sie die aktuelle Temperatur, Soll-Temperatur, Stromstufe und ein Temperaturdiagramm zu sehen, die auf dem LCD-gezeichnet.
    Die Bildschirmaktualisierungsrate langsam ist, sollte man nicht vergessen, müssen Sie die Taste für eine Sekunde gedrückt halten, bevor es reagiert könnten.

Schritt 14: Testen, Tuning, Protokollierung

  1. Hack einen Toaster für Reflow

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    Im folgenden Video zeige ich Ihnen, wie ich meine Schaltung zu testen, wie man die Temperaturdaten während der Prüfung zu protokollieren, und wie man diese Daten verwenden, um die Einstellungen zu konfigurieren.


    Zusammenfassen:
    Schalten Sie den Stromkreis, sollte die Firmware-Funktionalität. Stecken Sie das modifizierte Toaster. Legen Sie die Thermoelement im Toaster. Ich band einen Knoten, um sie in einer Weise, dass es nicht im Inneren an den Metall zu sichern. Eine Verbindung zu Ihrem Computer über ein USB-Kabel. Es sollte sich zeigen, wie ein virtueller serieller Port. Installieren Sie den Treiber, wenn Sie benötigen. Verwenden Sie das Menü auf "manuell PWM-Steuerung" ausgeführt werden. Stellen Sie die Leistung, um maximale, indem der PWM-Tastverhältnis auf Maximum. Schalten Sie es aus, wenn die Temperatur nicht mehr erhöhen. Verwenden Sie ein serielles Terminal ausgeben, um die Protokolldatei zu sehen. Speichern Sie das Protokoll und öffnen Sie sie bis sie eine Tabellenkalkulation wie Excel. Berechnen Sie die maximale Temperatur, die erreicht wurde, und berechnen, wie lange es dauerte, um es zu erreichen. Die rohen Sensorwerte muss von 0,32 multipliziert, um in Grad Celsius umgerechnet werden. Verwenden Sie die "Einstellungen bearbeiten" Untermenü, um die Werte einzustellen.

    Hinweise I Made Während Erster Test

    Sie haben vielleicht bemerkt, dass ich legte den Ofen auf einer Holzplatte. Das ist sicher, da die meisten Küchenarbeitsplatten sind aus Schichtholz. Die maximale Temperatur erreicht ist stark mit dem Abstand zu den Heizelementen, wie auch die Zeit, um diese Temperatur zu erreichen, erfolgt. Dies ist offensichtlich erwartet, aber nicht in dem Ausmaß I beobachtet, gemeint 2 Inch eine Differenz von 100 Grad. Ich wünschte, ich hätte eine Wärmebildkamera, dies zu visualisieren. So don't worry if the data in the video showed the temperature rising too slow, I can just move the thermocouple up to speed it up. Due to the above observation, I plan on using ceramic tiles to raise my PCBs up a bit while performing the actual reflow soldering. Ceramic or bricks can handle the high temperatures without problems. A steel solution can also be considered. Do not try to use wood for this. I measured the temperature of the relay and heat sink during operation and they never reached over 25 degrees during the entire duration of the test (120V AC, 1300 watts, 20 minutes on full power, inside a cold 18 degree basement room). I think this means the heat sink is effective. The constant pulses to the heating elements caused the fluorescent lighting in my basement to dim and brighten repeatedly. I'll also note that I've very happy with how effective the PWM control is at controlling the power output. The temperature readings are accurate and stable while temperature is increasing, but it is sometimes buggy and noisy while the temperature is decreasing. The majority of the reflow soldering process involves raising the temperature so this isn't a major concern. It must have something to do with how thermocouples work. The thermocouple's insulation does indeed handle the extreme temperature inside, but it did become darker. It is supposed to be rated to 510 degrees C, I think it lives up to that. Oven thermometers heat up slower but stays hot for longer. The reading from the thermocouple is pretty much instant.

    Data Format


    From this serial port, data is sent in comma-seperated-value format. You can use a serial terminal to log this data into a .csv file and then open it in a spreadsheet program. Remember that raw ADC readings must be multiplied by 0.32 to convert it to degrees Celcius, and PWM OCR values are between 0 and 65535.

    In "manual temperature control" mode, the text you see will look like
    1, 234, 567, 559,
    2, 237, 567, 564,
    3, 232, 567, 536,
    4, 235, 567, 524,

    The format is
    time in seconds, raw ADC reading, target ADC reading, PWM OCR value

    In "manual PWM control" mode, the text you see will look like
    1, 567, 559,
    2, 567, 564,
    3, 567, 536,
    4, 567, 524,

    The format is
    time in seconds, raw adc reading, PWM OCR value,
    Note: Use this mode to measure the highest temperature you can achieve and how long it takes to achieve it.

    In "auto" mode, the text you see will look like
    0, 1, 567, 559, 524,
    0, 2, 567, 564, 559,
    1, 3, 524, 559, 559,
    1, 4, 567, 524, 564,
    1, 5, 564, 559, 559,
    1, 6, 567, 564, 524,
    2, 7, 567, 559, 559,
    2, 8, 567, 559, 564,
    2, 9, 564, 559, 559,
    3, 10, 567, 559, 559,
    3, 11, 564, 559, 564,

    The format is
    stage number, total time in seconds, raw ADC reading, target raw ADC reading, PWM OCR value,
    time doesn't reset if the stage changes

    Tweaking

    Run through the auto mode a few times to test it, remember to save the log data to help you. If it doesn't keep the temperature steady or heat/cool at an unsteady rate, then adjust the PID constants from the "edit settings" submenu.

    If the temperature tends to rise too fast, then lower the P constant. If the temperature doesn't rise fast enough, then raise the P constant.

    Adjusting the I and D constant will affect overshooting or oscillating behaviour. This takes experimentation.

    If all else fails, try to just turn up the P constant up really high and set I and D to 0, this will effectively stop the software from using PWM and just turn on the relay if the measured temperature is below the desired temperature.

    Test Run

    After tuning and performance optimization, you should run the "auto mode" reflow cycle just to see what the temperature curve looks like. I did this with a junk PCB populated with a single resistor just as a test. In the pictures, you can see I didn't do the cleanest job because I applied the paste with the syringe tip directly without a stencil. But the solder did melt and the component is soldered in place perfectly.

Step 15: Performance Improvements

  1. Hack einen Toaster für Reflow

    Hack einen Toaster für Reflow

    Hack einen Toaster für Reflow

    Hack einen Toaster für Reflow

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    The very first test showed that the temperature reached 225 degrees Celcius in 520 seconds, and 260 degrees Celcius in 900 seconds. This is a little too slow.

    I then raised the rack about 1.5" closer to the top heating element, and sealed most of the holes and tiny seams inside the oven using aluminium tape. This isn't the smartest idea since I had no idea what temperature the adhesive can withstand, but it seems to be OK.

    After these changes, the temperature reached 225 degrees Celcius in 360 seconds, and 260 degrees Celcius in 570 seconds.

    Then I applied a layer of aluminium tape to the front glass door, covering the bottom 2/3 of the glass door. I then performed another test: 225 degrees Celcius in 320 seconds, and 275 in 560 seconds.

    This is just fast enough for reflow soldering according to the temperature timeline that I am following, but more improvements would need to be made.

    I stuffed the inside of the oven with a layer of pink fiberglass insulation. This stuff is not electrically conductive and can handle a temperature of 500 degrees Celcius. It is safe for use in my situation.

    I also found a large brick to place in the oven. The purpose of the brick is to occupy volume so there is less air inside the oven to heat. The brick is covered with aluminium foil to stop it from absorbing heat too fast. This brick actually did not get very hot, it is actually cooler than the surface of the glass door. It does its job exactly as I expected it to.

    I am very happy with the final results: 225 degrees Celcius in 300 seconds, and 275 degrees in 540 seconds. I can reach the end of the "soak" stage in just 3.5 minutes.

Step 16: Solder Paste Stencil

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    Here is a video showing you how to generate a Gerber file that you can use to create a solder paste stencil using CadSoft EAGLE 5.11


    To Summarize: Open up your PCB drawing in Eagle. The solder paste layer is the "tCream" and "bCream" layers, for the top and bottom. Enable these layers to look at them. This is where solder paste will be placed, and where the holes will be cut into your stencil. I recommend you print out those layers with 1:1 scale on paper, so you can check that the footprints will match your components. Open up the CAM processor, set it to generate for only the tCream layer (or bCream) and the dimension layer. Make sure it's generating a Gerber RS274X file. "Pos coord" and "optimize" should be enabled. The file extension should be ".gtp" for Gerber Top Paste. Run the job. You can double check the file you generated in a Gerber file viewer. Once you are happy, send it to somebody with a laser cutter, who will use the file to cut your stencil. Other Notes: You can place multiple designs together by cloning your design in Eagle. Do this if you want to make two or more stencils per sheet of plastic. If your board is a single sided design, you only need one file. If you have a double sided design, you need one for each layer. According to SparkFun, 4 mil thick stencils are good for 0805 or 1206 sized components and 3 mil thick stencils are good for finer pitched components. The thickness of the stencils determines the thickness of the solder paste that is applied. If you don't want to spend the money on a stencil, you can also carefully manually apply the solder paste to your PCB using a toothpick, or buy the paste in a syringe. I only know three companies that can make affordable stencils for hobbyists (if you know more, post in the comments): Pololu, they sell robot parts but can also do laser cutting for you, they can make Mylar stencils for you Ohararp, they make Kapton stencils using a laser cutter QuickStencil, they sell complete reflow soldering kits with custom laser-cut steel stencils, expensive When designing a PCB that you intend on soldering by reflow, you need to consider the following: large copper planes will dissipate heat fast, when a pad is on a plane, it usually uses "thermals" to lower the heat transfer between the pad and the plane. The area that the paste covers is usually as big as the pad. But for chips with a exposed bottom pad, only about one quarter of the center pad should be covered with paste. Having a solder stop mask is the best way of preventing solder bridges between pins. You can pre-bridge solder jumpers by putting solder paste over it before reflowing. This is useful if you use stencils to "mass produce" with a default jumper setting.

Step 17: Performing Reflow Soldering

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    Watch the following video presentation, where I show you how to perform reflow soldering:


    Here are some other tutorials from other websites: SparkFun's tutorial on how to use solder paste (tutorial 58) http://www.sparkfun.com/tutorials/58 Shopping:
    Purchase some solder paste, I got some leaded paste from Deal Extreme. SparkFun sells them too (TOL-10448). I also got a syringe tube of Chip Quik solder paste. Keep the paste sealed and cool, I put it in a zip lock bag and then in my fridge. This stuff is kind of expensive. Tweezers are a must, also get one of these suction component placement tools (see picture in gallery). I got mine from eBay.
    Summary of Steps:
    Secure your PCB to a surface first. Do this by surrounding it with other PCBs that are the same thickness so the entire surface is still flat. Use some tape to do this. Then secure your stencil over the PCB, making sure everything is aligned. Tape it down. Apply the solder paste using a squeegee (credit cards work for this if you are a cheapskate like me). Pass over it twice, the first time should be soft to make sure that the paste covers everything, the second time should be hard to scrape off the extra paste. Save the extra paste, put it back in the container. Clean the stencil later using rubbing alcohol and paper towel. Don't take too long as alcohol can cause some plastics to warp out of shape. Remove the stencil carefully. Inspect the paste job. Place the components onto the paste using your tweezers or that special suction pen tool thing. Put the PCB into the oven. Stick the thermocouple into the oven as close to the PCB as possible (don't let the thermocouple touch anything conductive). Run "auto mode". The default settings I put in are shown in the reflow profile graph I've shown in the gallery.
    If you notice that the cooling is too slow, you can open the door just a bit, while watching the LCD display so you don't cool too fast.

    After it's finished, take it out of the oven and your circuit should be all soldered.

    You need to clean your PCB using alcohol or flux cleaner, unless you are using "no clean" solder paste.

    Potential Problems:

    Large components might not be soldered well due to their huge heat capacity. If you have a large component that didn't reach the right temperature, make a note so you increase the thermal soak time for the next attempt. If you get solder bridges, you should use a de-soldering wick to remove the bridge. Try using less solder paste next time, or use a thinner stencil. Solder paste not melted? The temperature didn't reach the melting point at that location. Do a few adjustments to the settings and do a few tests to make sure the solder will melt. If you have melted solder but the component didn't really make a joint, consider adding more solder and flux. The temperature might be too low. The component might also be dirty. Also, remember that if the component doesn't sit flat or is warped, it can't be soldered well. If you see too many little balls of solder that are just sitting around, you might be pre-heating for too long or your solder paste has gone bad. This is sometimes caused by the lack of flux, or the pre-heating period dried out all the flux for too long. If your solder paste is dried out, buy some liquid flux and stir it in.

Step 18: Final Thoughts

  1. The AD595AQ chip is a old chip and it costs € 20 each. Newer designs should use a newer and cheaper alternative. Example: MAX31855 or MAX6675

    I did find some other relays with similar ratings but the only way they can achieve those ratings is by using a heat sink or with a cooling fan. So I decided the "puck" shaped relay is a great idea since it makes it easy to mount.

    A full enclosure would have been the best idea. The plastic shield offers enough protection for me to handle my circuit, but I am still able to be shocked if I tried to stick my finger underneath the plastic.

    For the toaster oven I chose, I have to raise the PCB closer to the heating element. See my test results from before. I did this using ceramic tiles or a brick. This lowers the amount of air that needs to be heated as well, which should speed up the rate of heating (adding same amount of energy into less volume). However, solids have more heat capacity than air, which should actually slow down the rate of heating as (it takes in more energy). But since it'll take more time for the solid to suck the energy out of the air, the final effect should still be that it makes the air get hotter faster.

    This project can easily be ported to the ATMega328P, which is important if you really want to use an Arduino. Please note that my circuit is running on 3.3V, and although a 16 MHz crystal is used, it's actually running at 8 MHz. I might design an "Arduino Shield" version of my circuit later.

    I have seen similar projects using mechanical relays that simply turn on and off the heating element, with the slow reaction time of the heating element, this apparently works well enough.

    I am capable of building my own AC to DC converter circuit, but I just don't feel like it's worth the effort for this project. I would have had to squeeze it in the PCB design as well.

    The heat sink is not grounded. I did not find any reliable documents that indicates that it is safe to ground the heat sink. It probably is safe to ground it, but you might not be using a grounded extension cord. My toaster oven isn't grounded.

    Arduino Leonardo's bootloader (currently in beta as the date of this page) should also work, but I don't want to rewrite a lot of instructions.

    This Instructable has so many videos because I'm experimenting with different methods of presentation. I've used computer screen capture, panning around in CadSoft EAGLE with both the schematic and PCB side-by-side, 720p video recordings with my new smartphone, slide shows, and fooled around with video editing a lot. I like using videos to get my thoughts out in the order I want to present in, and then providing a text and picture summary, which I can use to fill in gaps that the videos did not cover.

Step 19: Appendix

  1. Hack einen Toaster für Reflow

    Hack einen Toaster für Reflow

    Hack einen Toaster für Reflow

    Hack einen Toaster für Reflow

    PWM Frequency and the Solid State Relay

    The solid state relay is built using a TRIAC (or something similar, like two thyristors) because it needs to handle large alternating currents. Remember that we are trying to put 120V AC at 60 Hz (these numbers are North American) through this relay.

    Wikipedia on thyristors http://en.wikipedia.org/wiki/Thyristors
    omega.com: Solid State Relays (pdf)

    Once you trigger a thyristor, it starts to conduct, but it will not stop conducting until the voltage reaches zero.

    This also means if you tried to power the heating element with a DC power source, once the relay has been triggered, it will stay on forever. So do not attempt to use a DC power source. (Also, if you did use DC, you would probably fry the USB charger).

    The fact that thyristors won't stop conducting will make high frequency PWM ineffective as the PWM duty cycle won't correlate to the power delivered to the heating element. When a pulse from the PWM output ends, it doesn't mean the AC current is turned off.

    If a low PWM frequency is used, then you have more control over how much power is being delivered. If the PWM frequency is 1 Hz, PWM duty cycle at 50%, and the AC power is 60 Hz, then you are basically saying "I want to let about 30 out of 60 oscillations through per second". The relay will try to turn it self off 60 times per seconds at regular intervals, unless you keep the input signal high.

    The gallery includes a few diagrams that illustrates what I'm saying in terms of voltages and waveforms.

    The Crydom solid state relay is actually more complicated because it has special zero-cross triggering. This means the relay will conduct immediantly after the voltage is zero (instead of at any time) and turn off immediantly when the voltage is zero again if the trigger is removed. What I am saying still applies. The output waveform will always start at 0V and end at 0V, which is good for equipment that doesn't like being turned on too fast.

    There are special solid state relays that can control the output waveform according to a linear input (and thus, filtered high frequency PWM can be used). But these cost more, and the heating element doesn't react fast enough for this to be useful anyways.

    How Thermocouples Work

    Wikipedia about thermocouples http://en.wikipedia.org/wiki/Thermocouple
    Maxim application note 4026 http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/4026

    I used a K type thermocouple, with the AD595AQ thermocouple amplifier chip. The K type thermocouple is made of a junction between chromel and alumel, where a small voltage is generated proportional to the temperature difference at the junction. The AD595AQ is designed to amplify the small voltage between the chromel and alumel to a voltage that is 10 mV per degrees Celcius. The AD595AQ features "cold junction compensation", which basically it means it can use room temperature as the reference voltage.

    Remember how I said you must use the same metal for the wire that connects the thermocouple to the terminal block? For example, using copper, the voltage beween the alumel and copper would be cancelled out by the voltage between the chromel and copper, while the left over voltage would be proportional to the temperature. As another example, if you used copper connected to the chromel and steel to connect the alumel end, then your final voltage reading would be the voltage between the alumel and chromel plus the voltage beween the copper and steel, which is not accurate.