PIC-Lämpötilakontrollerin sovellus : Reflow-uuni

Abstract

Opinnäytetyössä rakennettiin tietokoneohjattu konvektiouuni pintaliitoskomponenttien juottamiseen. Tällaista uunia kutsutaan reflow-uuniksi, joka helpottaa valmistusta olennaisesti silloin kun kasattavilla levyillä on suuri määrä pintaliitoskomponentteja. Työ valmistettiin yhteistyössä Gecko Systems Oy:n kanssa, tavoitteena oli valmistaa kustannustehokkaita työkaluja pienimittaiseen elektroniikan prototyyppituotantoon.

Laitteen kehitystyö alkaa suunnittelemalla piirilevy CadSoft EAGLE PCB-ohjelmalla. Reflow-kontrollerin piirilevyn layoutin valmistuttua suoritetettiin piirilevyn kokoonpano. Toimiakseen kontrolleri vaatii huomattavan määrän sulautettua ohjelmistoa, joka luotiin käyttäen avuksi mikrokontrollerivalmistajan referenssiohjelmistoja. Mikrokontrollerin ohjelmisto on kirjoitettu C-ohjelmointikielellä.

Reflow-uunin ohjaamiseen lämpötilakontrollerin avulla tarvitaan omavalmisteinen ohjelmisto. Tämä toteutettiin ohjelmoimalla PC-tietokoneella toimiva Python/Matplotlib-ohjelmisto, joka piirtää reaaliaikaisen graafisen esityksen lämpötilakontrollerin antureiden lämpötilasta. Ohjelmaan sisällytettiin toiminto puolijohdereleen ohjaamiseksi, jolla reflow-uunin tilaa hallitaan.

Työssä suunniteltu lämpötilakontrolleri toteuttaa sille asetetut vaatimukset hyvin. Uunin juotosprofiilin lämpötilanmuutoksista saisi nopeamman nostamalla käyttöjännitettä sopivalla säätömuuntajalla uunin sietokyvyn rajoissa. Välittämättä hieman liian pienestä lämpötehosta, lopullinen reflow-uuni on täysin käyttökelpoinen pintaliitoskomponentteja sisältävien levyjen valmistuksessa.

This thesis is about the process of developing a computer controlled convection oven for purposes of electronics manufacture and/or prototyping. This kind of oven is called a “reflow” oven, which makes it possible to solder boards with multiple SMD components simultaneously. Core of the project is a self-made temperature controller which reads K-type thermocouples and relays the data to PC computer.

Engineering thesis applies knowledge of software, embedded systems and electronics as the project involves each of these matters, requiring software, embedded electronics and modification of the oven control electronics. During this project, a circuit board will be designed with Cadsoft EAGLE PCB, and assembled.

Thesis also includes development of Python/Matplotlib software for PC environment. This software draws the graphical representation of temperature versus time, allowing real-time monitoring and manipulation of the reflow process. Programming languages used in thesis are Python and C.