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INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE ZAPOPAN
INGENIERA EN ELECTRNICA
REPORTE DE RESIDENCIAS PROFECIONALES
DICIEMBRE 2014
HORNO DE REFLUJO
PRESENTADO POR:
AMAURY ARCE SNCHEZ
NO. DE CONTROL
14012840
ASESOR INTERNO:
MTRO. ADALBERTO CHVEZ VELZQUEZ
CAMINO ARENERO NO. 1101, EL BAJO
ZAPOPAN, JALISCO.
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INDICE
1. CAPITULO 1. INTRODUCCIN
...............................................................................................
1
INTRODUCCIN
.........................................................................................................................
1
JUSTIFICACIN
..........................................................................................................................
2
ALCANCES Y LIMITACIONES
....................................................................................................
4
PROBLEMAS QUE SE RESOLVERN
.......................................................................................
5
ANTECEDENTES DE LA EMPRESA
..........................................................................................
6
2. CAPITULO 2. MARCO TEORICO
............................................................................................
7
QU ES UN HORNO DE REFLUJO?
........................................................................................
7
ANTECEDENTES
........................................................................................................................
8
LA FUNCIN DE LA CURVA DE TEMPERATURA
.....................................................................
9
FUNCIONAMIENTO DE UN HORNO DE REFLUJO
.................................................................
11
PARMETROS DE TEMPERATURA.
.......................................................................................
12
3. CAPITULO 3. METODOLOGIA
..............................................................................................
14
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
..........................................................................................
14
ETAPAS DEL PROCESO QUE REQUIERE UN HORNO
.......................................................... 15
SELECCIN DE COMPONENTES.
...........................................................................................
17
4. CAPITULO 4. CONSTRUCCION
............................................................................................
20
SHIELD ARDUINO
.....................................................................................................................
20
MODIFICACIN DEL HORNO
...................................................................................................
24
5. CAPITULO 5. DESARROLLO DEL SOFTWARE
...................................................................
30
SOFTWARE DEL TECLADO
.....................................................................................................
30
REDUCCIN DE TIEMPO
.........................................................................................................
34
CONTROL DE TEMPERATURA
................................................................................................
36
PROGRAMA EN ARDUINO
.......................................................................................................
38
1. CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
................................................................
57
CONCLUSIONES
.......................................................................................................................
57
AGRADECIMIENTOS
................................................................................................................
58
INDICE DE TABLAS
..................................................................................................................
59
INDICE DE FIGURAS
................................................................................................................
59
HOJAS DE DATOS
....................................................................................................................
60
BIBLIOGRAFA
..........................................................................................................................
69
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1. CAPITULO 1. INTRODUCCIN
INTRODUCCIN
El horno de reflujo se utiliza para soldar componentes de
montaje superficial (Surface mount dispositiveS) o SMD por sus
siglas en ingles, los cuales requieren de un cierto proceso de
calentamiento con temperaturas diferentes, dependiendo del tipo de
soldadura y componentes utilizados.
Se dividen en 3 tipos: Soldadura de baja temperatura, Soldadura
de mediana temperatura y Soldadura de alta temperatura. Para lograr
eficiencia y no daar los componentes el proceso se divide en 5
segmentos de temperatura que son precalentamiento, calentamiento,
fundicin, mantenimiento y enfriamiento.
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CAPITULO 1. INTRODUCCIN
2
JUSTIFICACIN
Este proyecto se realiza ante la necesidad de un equipo para
poder soldar componentes de montaje superficial, esto requiere de
un horno automtico con un rango de temperatura y tiempo especfico
para los diferentes tipos de soldadura.
El horno funcionara de la siguiente manera, la forma de ajustar
la temperatura es a travs de valores ya pre programados los cuales
pueden ser visualizados por medio de una pantalla LCD, adems estos
parmetros podrn ser modificados por el usuario de acuerdo a sus
requerimientos, como pueden ser caractersticas de dispositivos y el
tipo de soldadura.
Para garantizar una temperatura adecuada y estable, se
implementara un sistema de control PID, protegiendo as los
componentes electrnicos que se desean soldar en una baquelita.
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CAPITULO 1. INTRODUCCIN
3
OBJETIVOS
Implementar un horno automtico. el cual funcione para soldar
circuitos impresos con componentes de montaje superficial, con
rangos de temperatura y tiempos programables.
Reducir el tamao de los circuitos impresos para los proyectos
que se realizan en la institucin, mejorando as el diseo y
disminuyendo el costo.
Disminuir el tiempo que se requiere para soldar compones en una
baquelita.
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CAPITULO 1. INTRODUCCIN
4
ALCANCES Y LIMITACIONES
Se lograra implementar el horno de reflujo el cual sirve para
proyectos escolares, as como pequeos proyectos externos los cuales
requieran baquelitas de 30 centmetros como mximo.
El tiempo de soldado de cada prototipo dura aproximadamente 5
minutos lo cual es algo lento en un proceso industrial pero ideal
para el diseo de circuitos en la carrera de Ingeniera
Electrnica.
Las limitaciones en cuanto al tamao, no permite soldar varias
baquelitas al mismo tiempo as que este horno para un uso industrial
es ineficiente, ya que limitara mucho la produccin de placas en
serie.
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CAPITULO 1. INTRODUCCIN
5
PROBLEMAS QUE SE RESOLVERN
Que los estudiantes tengan el equipo necesario para poder usar
este mtodo de soldadura de montaje superficial, el cual es muy
utilizado en la actualidad en todos los equipos electrnicos. Esto
har que sus proyectos queden mejor presentados, de una manera ms
profesional; adems de disminuir el costo del material que necesitan
para realizar estos proyectos ya que los componentes SMD cuestan
una cuarta parte aproximadamente que los componentes through hole
que son los nicos que se nos ensea a utilizar acadmicamente.
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CAPITULO 1. INTRODUCCIN
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ANTECEDENTES DE LA EMPRESA
El Instituto Tecnolgico Superior de Zapopan (ITSZ), inici
operaciones como organismo pblico descentralizado en Septiembre de
1999, con el fin de impulsar el desarrollo de la zona metropolitana
de Guadalajara.
El ITSZ ha logrado gracias a la actuacin de su personal
acadmico, administrativo y de apoyo la certificacin ISO 9001:2008
demostrando la consistencia en todo el proceso educativo desde el
momento en que ingresa el alumno, hasta su titulacin. As mismo
cuenta con la certificacin del sistema de gestin ambiental
ISO14001:2004.
Cuenta con un campus de 13 hectreas y una superficie construida
de 3,500 metros cuadrados que albergan 7 edificios, de los cuales 4
son edificios departamentales, una unidad multifuncional de
talleres y laboratorios, un centro de cmputo y un auditorio de usos
mltiples.
Ofrece 7 carreras que son Ingeniera Industrial, Ingeniera
Electrnica, Ingeniera Electromecnica, Ingeniera en Sistemas
Computacionales, Ingeniera Civil y Licenciatura en Gastronoma,
adems de una Maestra en Sistemas Computacionales.
El consejo de acreditacin de enseanza de la ingeniera, A.C.
CACEI, ha acreditado que las carreras de Ingeniera en Sistemas
Computacionales, Electrnica, Industrial y Mecatrnica, cumplen con
los requisitos de calidad.
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2. CAPITULO 2. MARCO TERICO
QU ES UN HORNO DE REFLUJO?
El Horno de reflujo es un equipo que se utiliza en procesos de
produccin en serie de placas con componentes SMD, el cual adopta
componentes de calefaccin y medidores de temperatura que permiten
un control preciso durante el proceso de soldado.
La curva de control de temperatura se debe ajustar con exactitud
para satisfacer los requerimientos de muchos tipos de pasta de
soldadura, los cuales difieren de acuerdo a la composicin qumica y
combinacin de materiales.
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CAPITULO 2. MARCO TERICO
8
ANTECEDENTES
La tecnologa de montaje superficial fue desarrollada por los aos
'60 y se volvi ampliamente utilizada a fines de los '80. La labor
principal en el desarrollo de esta tecnologa fue gracias
a IBM y Siemens.
La estructura de los componentes fue rediseada para que tuvieran
pequeos contactos metlicos que permitiese el montaje directo sobre
la superficie del circuito impreso, de esta manera, los componentes
se volvieron mucho ms pequeos y la integracin en ambas caras de una
placa se volvi algo ms comn que con componentes through hole.
Usualmente, los componentes slo estn asegurados a la placa a
travs de las soldaduras en los contactos, aunque es comn que tengan
tambin una pequea gota de adhesivo en la parte inferior.
Es por esto, que los componentes SMD se construyen pequeos y
livianos. Esta tecnologa permite altos grados de automatizacin,
reduciendo costos e incrementando la produccin, los componentes SMD
pueden tener entre un cuarto y una dcima del peso, y costar entre
un cuarto
y la mitad que los componentes through hole.
Hoy en da la tecnologa SMD es ampliamente utilizada en la
industria electrnica, esto es debido al incremento de tecnologas
que permiten reducir cada da ms el tamao y peso de los componentes
electrnicos.
La evolucin del mercado y la inclinacin de los consumidores
hacia productos de menor tamao y peso, hizo que este tipo de
industria creciera y se expandiera.
Hoy en da componentes tan pequeos en su dimensin como 0.5
milmetros son montados por medio de este tipo de tecnologa.
En la actualidad casi todos los equipos electrnicos de ltima
generacin estn constituidos por este tipo de tecnologa. LCD TV,
DVD, reproductores porttiles, telfonos mviles, laptops, por
mencionar algunos.
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CAPITULO 2. MARCO TERICO
9
LA FUNCIN DE LA CURVA DE TEMPERATURA
En el proceso de produccin SMT, se ajusta la curva de
temperatura de acuerdo a las diferentes frmulas de aleacin o pasta
de soldadura utilizados lo cual mejora la calidad del producto.
Por lo general, la soldadura por reflujo tiene cinco segmentos
de temperatura. Enseguida se describen los diferentes parmetros de
la curva de temperatura:
Pre calentamiento
El pre calentamiento es un proceso que eleva la temperatura
entre 120 y 150 lo que permite eliminar la humedad y gases
residuales de los componentes y PCB, es una transicin suave de la
temperatura que transcurre entre 1 a 5 minutos.
Calentamiento
El calentamiento sirve para preparar la soldadura en pasta para
el proceso de soldado o fundicin En este proceso la temperatura
baja para la soldadura en pasta se debe establecer de manera
precisa entre 150 y180 dependiendo de su composicin.
La temperatura media se puede establecer entre 180 y 220 y la
temperatura alta en una aleacin de soldadura sin plomo entre 220 y
250 . Es indispensable tener la informacin de la soldadura y el
estao para ajustar este parmetro adecuadamente, la temperatura
de
calentamiento se puede establecer a 10 por debajo de la
temperatura de fundicin.
Temperatura de fundicin
El objetivo es completar el proceso de soldado. Divido a que en
esta etapa se establece la temperatura ms alta en todo el proceso
de soldadura es fcil daar los componentes sin embargo, los cambios
fsicos y qumicos en este proceso de soldadura tambin son necesarios
para lograr una fundicin adecuada ya que la soldadura se disuelve
muy fcilmente en la oxidacin a alta temperatura en el aire.
Se ha dividido la soldadura en tres tipos:
a) Soldadura de baja temperatura (150-180 )
b) Soldadura de media temperatura (190-220 )
c) Soldadura de alta temperatura (230-260 )
Comnmente se utiliza soldadura sin plomo para procesos de altas
temperaturas, la soldadura de baja temperatura es generalmente
usada para metales preciosos y la soldadura de baja temperatura es
utilizada en productos electrnicos.
Actualmente, muchas soldaduras sin plomo son tambin sustituidas
en procesos de temperatura media ya que tienen excelentes
propiedades elctricas, mecnicas, anti oxidantes y resistencia a
choque trmico, por lo tanto, en los productos electrnicos comunes,
tambin se utiliza a gran escala.
En este paso del proceso, la soldadura se funde y presenta
propiedades de un lquido (Tensin superficial) por lo que todos los
componentes en la superficie flotan y tienden a moverse hacia el
centro del punto de soldadura. En este punto se forman capas de
aleacin de estao y metal de la superficie de los componentes que
forman la estructura ideal de soldadura.
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CAPITULO 2. MARCO TERICO
10
Cuando se trabaje con reas pequeas de PCB, la temperatura de
fusin se establece en un tiempo ms corto, con el fin de garantizar
la calidad de la soldadura; en esta etapa, se debe acortar el
tiempo tanto como sea posible para la proteccin de componentes.
Mantenimiento de temperatura
Durante este periodo, la soldadura lquida tiende a
solidificarse, la calidad de solidificacin tiene un impacto directo
en la estructura cristalina del soldado y sus propiedades mecnicas.
Si la solidificacin es rpida, conducir a la formacin de soldado
cristalino spero, la soldadura no es brillante, y sus propiedades
mecnicas disminuyen.
Bajo condiciones de alta temperatura e impacto mecnico, los
puntos de soldadura fcilmente pueden fracturarse perdiendo sus
propiedades mecnicas y elctricas, por lo que el producto final
tendr menor durabilidad.
Siempre se usan mtodos de calentamiento y mantenimiento de
temperatura durante un tiempo que depender del tipo de soldadura en
pasta utilizada, tipo de PCB y cantidad de componentes.
Generalmente se establece el mantenimiento de temperatura a un
ms bajo que el punto de
fundicin de la soldadura, alrededor de 10-20 .
Enfriamiento
Durante este proceso, la temperatura disminuir paulatinamente
hasta llegar a la temperatura
ambiente, es posible detener el proceso cuando la temperatura
est por debajo de 150 .
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CAPITULO 2. MARCO TERICO
11
FUNCIONAMIENTO DE UN HORNO DE REFLUJO
La soldadura por reflujo se basa en calentar el circuito
siguiendo rampas y fases de soldadura
predefinidas. La soldadura por reflujo no es simplemente
calentar la placa y los componentes
hasta que se alcance la temperatura a la que el estao se funde,
es posible hacerlo as pero
existe el riesgo de daar los componentes o de no soldar en
absoluto los componentes.
Los fabricantes de los componentes normalmente recomiendan unos
perfiles de soldadura
determinados. Nos recomendarn las rampas mximas/mnimas de
calentamiento/enfriamiento y
los tiempos mximos para evitar daar los componentes en la figura
2.1 se muestra una grfica
del proceso de soldado y las temperaturas que este requiere.
Figura 2.1 Perfil de Soldado y funcionamiento.
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CAPITULO 2. MARCO TERICO
12
PARMETROS DE TEMPERATURA.
Para un correcto funcionamiento se deben observar las hojas
tcnicas de cada elemento para as determinar los tiempos y
temperatura los cuales se muestran en la tabla 2.1, en la tabla 2.2
se muestran los parmetros que requiere la soldadura que
utilizaremos, se seleccion debido a la facilidad de conseguirla en
la regin lo cual a su vez reduce el costo. Las figuras 2.2 y 2.3
muestran el perfil del soldado que requiere o se puede configurar
dependiendo el tipo de PCB y los componentes que se vayan a
utilizar.
Tipo de soldadura Proporcin Calentamiento
(/1 min)
Calefaccin
(/1 min)
Soldadura
(/30 s)
Preservacin
Enfriamiento
Baja temperatura
con plomo
Sn43-Pb43Bi14 100-120 130-150 200-210 170 150
Baja temperatura sin
plomo
Sn42-Bi58 100-120 120-130 180-200 150 150
Baja temperatura sin
plomo
Sn48-In52 100-120 120-130 180-200 150 150
Temperatura media
con plomo
Sn63-Pb37 130-150 170-180 230-240 180 150
Temperatura media
con plomo
Sn60-Pb40 130-150 170-180 230-240 180 150
Temperatura media
con plomo
Sn62-Pb46Ag2 130-150 170-180 230-240 180 150
Temperatura media
sin plomo
Sn96.5Ag3.5 130-150 180-190 240-250 240 150
Temperatura media
sin plomo
Sn87-Ag3Cu3-In7 130-150 180-190 240-250 240 150
Temperatura media
sin plomo
Sn91-Zn9 130-150 180-190 240-250 230 150
Temperatura media
sin plomo
Sn95.4Ag3.
1-Cn1.5
130-150 180-190 250-260 240 150
Temperatura media
sin plomo
Sn99.3Cu0.7 130-150 180-190 270-280 260 150
Temperatura alta sin
plomo
Sn94-Ag3Cu3 130-150 190-220 240-250 240 150
Temperatura alta sin
plomo
Sn97-Cu3 130-150 190-220 270-280 250 150
Temperatura alta sin
plomo
Sn95-Sd5 130-150 190-220 270-280 250 150
Tabla 2.1 Parmetros de ajuste de la curva de temperatura para
aleacin de soldadura comn.
Tabla 2.2 Parmetros de la soldadura SAC305
RATE OF
RISE 2C /
SEC MAX
RAMP
TO
150C
(302F)
PROGRESS
THROUGH
150C-175C
(302F-
347F)
TO PEAK
TEMP 230C245C
(445F474F)
TIME ABOVE 217C
(425F)
COOLDOWN
4 C / SEC
PROFILE
LENGTH
AMBIENT
TO
PEAK
Short
Profiles
75 Sec 30-60 Sec 45-75 Sec 30-60 Sec 45 15 Sec 2.75-3.5 Min
Long
Profiles
90 Sec 60-90 Sec 45-75 Sec 60-90 Sec 45 15 Sec 4.5-5.0 Min
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CAPITULO 2. MARCO TERICO
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Figura 2.3 Perfil de reflujo para tarjetas de alta densidad.
Figura 2.2 Perfil de reflujo para tarjetas de baja densidad
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3. CAPITULO 3. METODOLOGIA
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
La tabla 3.1 muestra una lista detallada de las actividades que
se realizaran para fabricar el horno, as como las fechas que se
asignaran a cada una de estas.
Actividad Responsable de la actividad
Periodo de realizacin Inicio Termino
Justificacin
Investigacin de caractersticas, funcionamiento y componentes de
un horno de reflujo
Amaury Arce Snchez
25 de Agosto 2014
25 de Septiembre
2014
Identificar los ltimos avances
Diseo de planos, diagramas electrnicos y desarrollo de
software
Amaury Arce Snchez
26 de Septiembre
2014
15 de Noviembre
2014
Implementar la informacin obtenida para as desarrollar un
correcto y eficiente diseo.
Experimentacin, anlisis de errores y elaboracin de manual de
usuario
Amaury Arce Snchez
15 de Noviembre
2014
12 de Diciembre
2014
Obtener datos estadsticos e ir resolviendo los errores o
problemas que se presenten durante su construccin
Tabla 3.1 Cronograma de Actividades
Investigacin de caractersticas funcionamiento y componentes de
un horno de reflujo
En esta etapa se buscara informacin relacionada con la tcnica de
soldado por reflujo, para as mismo ver cules son los requerimientos
que debe tener un horno para esta labor, tambin verificar que tipo
de hornos existen en el mercado, cul es su funcionamiento para as
implementar estas caractersticas en nuestro diseo y si es posible
mejorar algunas.
Diseo de planos, diagramas electrnicos y desarrollo de
software
Se disearan diagramas a bloques de los etapas que necesita un
horno de reflujo para as verificar que componentes pueden ser tiles
para cada una, adems del desarrollo de diagramas de flujo para el
software que se desea implementar.
Experimentacin y anlisis de errores
Mediante mtodos experimentales se verificara cual es el
comportamiento del horno con respecto al tiempo que este tarda en
alcanzar ciertas temperaturas, comprobar si el programa funciona
correctamente, ver cules son los mrgenes de error de temperatura
que el horno maneja, para en caso de ser necesario corregir el
programa y reducir estos errores al mnimo.
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CAPITULO 3. METODOLOGA
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ETAPAS DEL PROCESO QUE REQUIERE UN HORNO
Con lo visto en el captulo anterior, se puede construir un horno
de reflujo tomando un horno
tostador convencional y controlar estas rampas de temperatura de
manera digital, en la figura
3.1 se muestra un diagrama a bloques de las etapas de control y
potencia del sistema en
general las cuales son las siguientes:
Figura 3.1 Diagrama a bloques del sistema de control del
horno.
Etapa de Control
En esta etapa, se controla todo el proceso de soldado a su vez
recibe y procesa informacin dada por el usuario a travs del
teclado, se encarga de mandar informacin a la pantalla para mostrar
el proceso al usuario y el estado de su PCB.
Pantalla
Se encarga de mostrar la informacin al usuario y sirve como
interfaz para configurar tiempos de soldado y temperaturas que este
requiera.
Teclado
A travs de este se selecciona el modo de trabajo que se
requiere, se pueden ingresar valores numricos para as asignar
tiempos y temperaturas.
Amplificador
En esta etapa se amplifica la seal dada por el sensor de
temperatura el cual entrega una diferencia de voltaje en Volts y lo
aumenta a mVolts, la cual es una diferencia de potencial que el
Controlador puede detectar, adems de eso cuenta con un digitaliza
la seal por lo cual ya entrega una palabra binaria dependiendo del
valor en C.
TECLADO ETAPA DE CONTROL
PANTALLA
AMPLIFICADOR
SENSOR DE TEMPERATURA
ETAPA DE POTENCIA
ELEMENTO CALEFACTOR
Horno
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CAPITULO 3. METODOLOGA
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Sensor de Temperatura
Este se encarga de detectar la temperatura que el horno aplica
en la PCB este debe tener contacto directo con la baquelita para as
detectar de manera ms exacta la temperatura real que se est
aplicando.
Etapa de Potencia
Debido a que la etapa de control no puede alimentar con el
voltaje que las resistencias de este tipos de horno demandan, adems
de que trabajan con CA, se encarga de controlar estas voltajes que
requiere el elemento calefactor, basndose en la etapa antes
mencionada.
Elemento Calefactor
Se encarga de producir el calor que se requiere para el soldado,
puede variar este elemento dependiendo el tipo de horno que se
desee fabricar lo ms convencional son resistencias de Cuarzo aunque
tambin pueden ser resistencias IR que ofrecen un mejor rendimiento
para estos procesos.
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CAPITULO 3. METODOLOGA
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SELECCIN DE COMPONENTES
Teclado
Para el teclado se seleccion un 4x4 Touch Pad el cual se muestra
en la figura 3.2, tiene un teclado dinmico, comunicacin Serial y
BCD, lo cual reduce el nmero de pines que requerira si se trabajara
directamente con el Controlador.
Figura 3.2 Touch Pad 4x4
Etapa de control
Para esta etapa se utilizar un Arduino Uno que se muestra en la
figura 3.3 el cual ofrece una interfaz de programacin amigable,
posee un Controlador Atmega 328 el cual ofrece los puertos de
entrada y salida que requieren todos los dispositivos.
Figura 3.3 Arduino Uno
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CAPITULO 3. METODOLOGA
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Pantalla
Se seleccion una LCD de 20X4 que se muestra en la figura 3.4, la
cual permite ver el estado del horno de una manera ms amigable para
el usuario, adems de tener un mdulo I2C para reducir el nmero de
pines que se requieren para controlarla.
Figura 3.4 Blue LCD 20X4
Amplificador
Se utilizara un Adafruit Max31855 el cual funciona con
termopares de Tipo K el cual se muestra en la figura 3.5, ya se
encuentra compensado y posee sus libreras para la lectura de la
temperatura.
Figura 3.5 Adafruit Max31855
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CAPITULO 3. METODOLOGA
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Sensor de Temperatura
Para sensar la temperatura se utiliz un termopar Tipo K el cual
se muestra en la figura 3.6, trabaja en los rangos de temperatura
que el horno requiere, adems de que es el ms accesible para
conseguir y por lo tanto tiene un costo significativo a diferencia
de los otros.
Figura 3.6 Termopar Tipo K
Etapa de Potencia
Para est etapa se utilizaron los siguientes componentes:
a) 1 relevador 12VDC 10A-240VAC
b) 1 Diodo 1N4148
c) 1 Resistencia 12K
d) 1 Transistor 2N2222A
e) Fuente de 12V 1.5A
Elemento Calefactor
Se utiliz un Horno de la Marca Hamilton Beach modelo 31137 que
se muestra en la figura 3.7, el cual contiene 2 resistencias de
Cuarzo que son las que se utilizara para calentar y fundir la
soldadura.
Figura 3.7 Horno tostador Hamilton Beach 31137
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4. CAPITULO 4. CONSTRUCCION
SHIELD ARDUINO
Se dise un shield para poder conectar todos los dispositivos que
irn a la tarjeta de una manera prctica y evitar posibles problemas
de ensamblaje, en la figura 4.1 se muestra el diagrama de
conexiones en el cual nos basamos para el diseo del shield.
Figura 4.1 Diagrama de Conexiones
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
21
El shield se dise en un software de simulacin llamado Isis
Proteus el cual se muestra en la figura 4.2.
Figura 4.2 Diseo en Isis
Este diseo se exporto a un plotter de corte para fabricar las
pistas en la figura 4.3 se muestra la baquelita ya ruteada y en la
figura 4.4 con las perforaciones para ya insertar los
componentes.
Figura 4.3 Circuito ruteado
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
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Figura 4.4 Circuito perforado
En la siguiente etapa se colocaron y soldaron los componentes,
en la figura 4.5 se muestra el shield ya armado completo y en la
figura 4.6 con los dispositivos conectados.
Figura 4.5 Shield con componentes
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
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Figura 4.6 Shield con dispositivos conectados
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
24
MODIFICACIN DEL HORNO
La primer parte fue desarmar y quitar todos los dispositivos
analgicos que tena el horno para controlarlo, como eran el
termostato, el cronometro etc., los cuales se muestran en la figura
4.9, En la figura 4.7 y 4.8 se tiene una vista frontal y lateral
del horno ya desarmado.
Figura 4.7 Horno desarmado vista frontal
Figura 4.8 Horno desarmado vista lateral
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
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Figura 4.9 Componentes analgicos del horno
Se colocaron los conectores para CA que servirn para alimentar
las resistencias y el regulador de 12V el cual alimentara todos los
dems dispositivos, en la figura 4.10 y 4.11 se tiene una vista
frontal y de la parte de trasera del horno.
Figura 4.10 Vista frontal conexiones de CA
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
26
Figura 4.11 Vista trasera conexiones de CA
Antes de colocar los dispositivos para controlar el horno se
aislaron con una tela que soporta temperaturas de ms de 400C, en la
figura 4.12 se ve el horno ya con el aislante trmico de la etapa de
control y potencia y en la figura 4.13 ya con los dispositivos
armados y conectados.
Figura 4.12 Horno con aislante trmico
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
27
Figura 4.13 Horno con dispositivos conectados.
En la siguiente etapa se conectaron el teclado y la pantalla en
la parte frontal y hacia el shield de la arduino, lo cual se
muestra en la figura 4.14.
Figura 4.14 Pantalla y teclado armados en el horno.
Por ultimo para evitar fugas de calor por la parte frontal se
aisl el vidrio con un aislante trmico inflamable resistente al
calor y as se asegura que el calor se distribuya ms uniformemente.
Para un mejor rendimiento se recomienda un horno que ya venga con
un ventilador integrado interno para distribuir el calor. En la
figura 4.15 se ve la tapa forrada con el aislante trmico, en la
figura 4.16 y 4.17 se tiene una vista frontal y lateral del horno
ya terminado y ensamblado.
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
28
Figura 4.15 Tapa forrada con aislante trmico.
Figura 4.16 Vista frontal del horno terminado
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CAPITULO 4. CONSTRUCCION
29
Figura 4.17 Vista lateral del horno terminado
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5. CAPITULO 5. DESARROLLO DEL SOFTWARE
SOFTWARE DEL TECLADO
Cuando usas el teclado con la configuracin por el puerto serial
debes considerar el retraso que sucede mientras presionas las
teclas y las sueltas, para poder sincronizar los datos que son
mandados desde el teclado al controlador, esto se puede apreciar en
la figura 5.1.
Se mandan 3 bytes cuando presionas el botn y otros 3 cuando lo
sueltas, para nuestro propsito solo necesitamos leer los 3 bytes de
cuando presionas, solo se requerira leer todos en caso de usar
configuraciones como presionar 2 teclas al mismo tiempo para
opciones especiales, como lo tienen la mayora de dispositivos del
mercado.
El primer byte es un 83 en decimal, que indica que se mand la
informacin, el ultimo byte es un 13 en decimal e indica que ya
termino de mandar la informacin, el byte intermedio vara de acuerdo
a la tecla que se haya presionado como se muestra en la tabla 5.1,
en la figura 5.2 se muestra el byte que se le asigna a cada tecla.
En la tabla 5.2 se muestra ms detalladamente el valor de este byte
dependiendo la tecla.
Figura 5.1 Grafico del teclado en funcin del tiempo
ASCII CODE
Action/Data Status Key (Byte 1)
Key Code (Byte2)
End Byte (Byte 3)
PRESS P (0x50) 0-9, A-F 0x0D
RELEASE R (0x52) 0-9, A-F 0x0D
Tabla 5.1 Bytes enviados por el teclado
En base a esta informacin proporcionada por el fabricante se
desarroll el algoritmo mostrado en la figura 5.3, el cual sirve
para ingresar los valores y ser mostrados en pantalla de forma
dinmica este a su vez sigue el flujo del men de pantallas que se
muestra en la figura 5.4 el cual se dise en base a la configuracin
de tiempos y temperaturas que requiere este tipo de hornos.
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
31
Configuracin de los nmeros del teclado
Hexadecimal Decimal 0
0X30 48 1
0X31 49 2
0X32 50 3
0X33 51 4
0X34 52 5
0X35 53 6
0X36 54 7
0X37 55 8
0X38 56 9
0X39 57 10
0X41 65 A
0X42 66 B
0X43 67 C
0X44 68 D
0X45 69 E
0X46 70 F
Tabla 5.2 Cdigo en ASCII del teclado byte intermedio
A B
C
D E F Figura 5.2 Valores los bytes intermedios del teclado
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
32
Figura 5.3 Algoritmo del teclado y pantalla
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
33
Figura 5.4 Men de Pantallas
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
34
REDUCCIN DE TIEMPO
Se dise este algoritmo para ir descontando 1s a los tiempos
configurados e irlos mostrando en pantalla y a su vez, al terminar
estos cambiara la temperatura de referencia sin afectar los otros
procesos ni entretener al Controlador en esta etapa.
Para eso existan 2 opciones que era utilizar otro Controlador
que se encargara de esto, pero eso aumentaba los costos
significativamente y era innecesario, ya que este adems de tener un
Procesador tienen otros elementos como son los contadores los
cuales se usaron para poder hacer este programa eficiente. En la
figura 5.5 se muestra el algoritmo que realiza estas funciones.
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
35
Figura 5.5 Algoritmo reduccin de tiempo y cambio de
temperaturas
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
36
CONTROL DE TEMPERATURA
Este algoritmo el cual combina el control PID con la etapa de
potencia se dise para que trabajaran en sincrona, en el cual se
establecieron parmetros de control, tiempos mximos y mnimos.
El controlador PID proporciona una salida, un valor numrico de
entre 0 a 5000 el cual se usa para hacer conmutar el relevador,
cuanto la salida es 5000 por ejemplo el relevador esta siempre
activado cuando la salida es 2500 el relevador se activa la mitad
de tiempo y se desactiva la otra mitad y as dependiendo de cada
valor.
Para la salida del controlador PID se estableci un tiempo de
muestreo de 1s ya que la temperatura no requiere un control tan
veloz y a su vez para que en este tiempo se encargue de la etapa de
potencia y no interfiera el controlador ya que cuando este est
ajustando los parmetros la otra etapa queda inhabilitada, algo que
no es notable debido a que esto sucede en segundos. En la figura
4.6 se muestra este algoritmo.
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
37
Figura 5.6 Algoritmo para el control de temperatura
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
38
PROGRAMA EN ARDUINO
#include
#include //Librera Termopar
#include //Librera LCD
#include //Librera LCD
#include ///Librera PID
#include //Librera Sofware Serial
#define relevador 7 //Pin que activa o desactiva el
relevador
#define RX 2
#define TX 3
int thermoDO = 10; //Pines del MAX31855 conectados a la
arduino
int thermoCS = 9;
int thermoCLK = 8;
Adafruit_MAX31855 thermocouple (thermoCLK, thermoCS, thermoDO);
// Inicia la comunicacin SPI
double Setpoint, Input, Output; // Constantes del PID
double consKp = 100; //Constante proporcional
double consKi = 0.05; //Tiempo integrativo
double consKd = 20; //Tiempo derivativo
PID myPID (&Input, &Output, &Setpoint, consKp,
consKi, consKd, DIRECT); //Inicializa el controlador PID llamado
myPID
int Tmuestreo = 1000;
int WindowSize = 5000; //Tiempo mximo de conmutacin
unsigned long windowStartTime;
unsigned long now;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x20,20,4); //Inicializacin de LCD
int byte1,byte2,byte3; //Variables para recepcin de datos del
teclado
int x3,x2,x1,x0; //Variables para mostrar los nmeros en
pantalla
long t1,t2,t3,t4,t5; /// Tiempos de horneado//
long T1,T2,T3,T4,T5; //Temperaturas de Horneado//
int M; //Bandera para la tecla enter
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
39
boolean b1; //Variable para saber la seleccin automtica o
manual
boolean N; //Variable para cancelar o activar las flechas del
teclado
SoftwareSerial mySerial (RX, TX); // RX, TX
unsigned long previousMillis; // Variable que sirve de
referencia para reducir el tiempo de conteo
int interval = 1000; //Variable para reducir un segundo en el
conteo del tiempo
void setup()
{
consKp = 100; //Constante proporcional
consKi = 0.05; //Tiempo integrativo
consKd = 20; //Tiempo derivativo
Serial.begin(9600); //Activa el puerto Serial 0 para la
comunicacin con el CPU
mySerial.begin(9600); //Inicializa el Software Seria1 con una
velocidad de 9600 bps
pinMode(relevador,OUTPUT); //Declara el pin 7 como salida del
relevador
digitalWrite(relevador,HIGH);
//Configuracin del control PID//
myPID.SetOutputLimits(0, WindowSize); //Limites del PID de 0 a
WindowSize
myPID.SetSampleTime (Tmuestreo); //marca el tiempo de muestreo
del controlador
myPID.SetMode(AUTOMATIC); //Activa el PID
//Fin de Configuracin del control PID///
windowStartTime = millis() ;
previousMillis = 0;
Setpoint = 0;
M=0;
b1=false;
N=false;
//Inicializacin Del Men Amaury Arce//
lcd.init(); // inicializa la lcd
lcd.backlight(); //La luz de la pantalla lcd
lcd.clear(); //Limpia pantalla
lcd.setCursor(2,0);
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
40
lcd.print("Horno de Reflujo");
lcd.setCursor(4,2);
lcd.print("Amaury Arce");
delay(1000);
lcd.clear();
//Finalizacin Del Men Amaury Arce//
}
void loop()
{
///***Software Serial Code*****/////
//-------------------------------Cdigo para la ET-Touch
4X4---------------------------------//
// -----------Llenado de variables con los datos del puerto
Serial
byte1 = mySerial.read();
byte2 = mySerial.read();
byte3 = mySerial.read();
//-----------------Fin de llenado de variables
delay(9.999999813); //Tiempo que tarda en mandar los 3
nmeros
if (byte1 == 82 && byte3 == 13) //(P y R en ASCII
Mandados por el Teclado para indicar que se Presion y Solt el
Botn)
{
// ---------Configurar Nmeros del Teclado------//
switch (byte2)
{
////Botn 0 //////
case 48:
byte2=0;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
41
x0=byte2 ;
break;
////Fin de Boton 0///////
////Boton 1 //////
case 49:
byte2=1;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
////Fin de Boton 1//////
////Boton 2 //////
case 50:
byte2=2;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
//// Fin de Boton 2 //////
//// Boton 3 //////
case 51:
byte2=3;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
//// Fin de Boton 3 //////
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
42
////Boton 4 //////
case 52:
byte2=4;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
//// Fin de Boton 4 ////
////Boton 5 //////
case 53:
byte2=5;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
//// Fin de Boton 5 //////
////Boton 6 //////
case 54:
byte2=6;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
//// Fin de Boton 6 //////
////Boton 7 //////
case 55:
byte2=7;
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
43
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
//// Fin de Boton 7 //////
////Boton 8 //////
case 56:
byte2=8;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
//// Fin de Boton 8 //////
////Boton 9 //////
case 58:
byte2=9;
x3 = x2;
x2=x1;
x1=x0;
x0=byte2 ;
break;
//// Fin de Boton 9 //////
////Boton de Clear (A) ////
case 65:
M = 0;
x0=0;
x1=0;
x2=0;
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
44
x3=0;
b1 = false ;
N=false;
break;
/////Fin de Boton Clear/////
////Boton Enter (D) ////
case 68: M ++;
N = true;
x3 = 0;
x2 = 0;
x1 = 0;
x0 = 0;
break;
////Fin de Boton Enter(D) ////
////Boton Regreso (E) ////
case 69:
x3 = 0;
x2 = 0;
x1 = 0;
x0 = 0;
break;
////Fin de Boton Regreso (E) ////
} //Fin de Switch
} //Fin de if
if (N==false)
{
switch(byte2)
{
////Botn Flecha Arriba (B) ////
case 66:
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
45
b1 = false;
break;
////Fin de Botn Flecha Arriba (B) ////
////Botn Flecha Abajo (C) ////
case 67:
b1 = true ;
break;
////Fin de Botn Flecha Abajo (C) ////
}
} //Fin de if N para las Flechas
//-----Termina comparaciones para detectar los
nmeros-------//
//-------------------------------Fin de Cdigo para la ET-Touch
4X4---------------------------------//
//-------------------------------Cdigo para la LCD i2c
20x4---------------------------------------//
/////--------Configuracin de tiempos y temperaturas
Automtico
if (b1==false )
{
switch (M)
{
case 0:
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Soldado Automatico ");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" (NC257-2 SAC305)");
lcd.blink();
delay(100);
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print(" Soldado Manual ");
lcd.setCursor(0, 3);
lcd.print(" ");
break;
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
46
case 1 :
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" (NC257-2 SAC305) ");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.blink();
lcd.print(" Aceptar ");
delay(100);
break;
case 2:
t1=75;
t2=60;
t3=45;
t4=30;
t5=120;
T1=150;
T2=175;
T3=245;
T4=217;
T5=100;
M=11;
break;
}///Fin de switch
}////Fin de If False
else
{
switch (M)
{
case 0:
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
47
lcd.noBlink();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Soldado Automatico");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" (NC257-2 SAC305)");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print(" Soldado Manual ");
lcd.blink();
delay(100);
lcd.setCursor(0, 3);
lcd.print(" ");
break;
//-------------------------------Configuracion de los Tiempos y
Temperaturas Manual---------------------------------------//
case 1:
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" t. Calentamiento ");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print(" T. Calentamiento ");
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print("000C");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" ");
lcd.print(x3);
lcd.print(x2);
lcd.print(":");
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.blink();
lcd.print(" ");
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
48
delay(100);
t1 = (x3*600 + x2*60 + x1*10 +x0);
break;
case 2:
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print(x2);
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.print("C");
T1 = x0*1+x1*10+x2*100;
break;
case 3:
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" t. Calefaccion ");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print(" T. Calefaccion ");
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print("000C");
lcd.setCursor(8,1);
lcd.print(x3);
lcd.print(x2);
lcd.print(":");
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.blink();
delay(100);
t2 = (x3*600 + x2*60 + x1*10 +x0);
break;
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
49
case 4:
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print(x2);
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.print("C");
T2 = x0*1+x1*10+x2*100;
break;
case 5:
//lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" t. Soldadura ");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print(" T. Soldadura ");
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print("000C");
lcd.setCursor(8,1);
lcd.print(x3);
lcd.print(x2);
lcd.print(":");
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.blink();
delay(100);
t3 = (x3*600 + x2*60 + x1*10 +x0);
break;
case 6:
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
50
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print(x2);
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.print("C");
T3 = x0*1+x1*10+x2*100;
break;
case 7:
//lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" t. Preservacion ");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print(" T. Preservacion ");
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print("000C");
lcd.setCursor(8,1);
lcd.print(x3);
lcd.print(x2);
lcd.print(":");
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.blink();
delay(100);
t4 = (x3*600 + x2*60 + x1*10 +x0);
break;
case 8:
lcd.setCursor(8,3);
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
51
lcd.print(x2);
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.print("C");
T4 = x0*1+x1*10+x2*100;
break;
case 9:
//lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" t. Enfriamiento ");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print(" T. Enfriamiento ");
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print("000C");
lcd.setCursor(8,1);
lcd.print(x3);
lcd.print(x2);
lcd.print(":");
lcd.print(x1);
lcd.print(x0);
lcd.blink();
delay(100);
t5 = (x3*600 + x2*60 + x1*10 +x0);
break;
case 10:
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print(x2);
lcd.print(x1);
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
52
lcd.print(x0);
lcd.print("C");
T5 = x0*1+x1*10+x2*100;
break;
} //Final de Switch2
} //Final de if true
//-------------------------Fin de la configuracin de tiempos y
temperaturas--------------------//
switch (M)
{
case 11:
Input = thermocouple.readCelsius(); //La variable Input toma el
valor del termopar en grados Centigrados
myPID.Compute(); //Activa el PID
now = millis();
if (isnan(Input)) { ///Mecanismo de seguridad para el
termopar
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Error en el sistema");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Repita el Proceso");
digitalWrite(relevador,HIGH); //Desactiva el relevador
}
else //--------- Enciende el pin de salida basado en la salida
del PID-----///////
{
if((now - windowStartTime)>WindowSize)
{ windowStartTime += WindowSize;} //Tiempo para cambiar la
ventana del relevador
if(Output > (now - windowStartTime))
{
digitalWrite(relevador,LOW); //Activa las resistencias
}
else
{
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
53
digitalWrite(relevador,HIGH);
}
} //Final Else
unsigned long currentMillis = millis();
if(currentMillis - previousMillis > interval) {
previousMillis = currentMillis;
lcd.noBlink();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("xxxxxHorneandoxxxx");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Input=");
lcd.print(Input);
lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,2);
lcd.print("Setpoint=");
lcd.print(Setpoint);
lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,3);
if (t1 >0 && t2>0 && t3>0 &&
t4>0 && t5>0) /////Primera Condicion//////
{
t1 = t1 - 1;
Setpoint = T1;
lcd.print("Calentamiento=");
lcd.print(t1);
lcd.print(" ");
}
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
54
////*****************Segunda condicion **********//////
else if ( t1 0 && t3>0 && t4>0 &&
t5>0)
{
t1 = 0;
t2 = t2 - 1;
Setpoint = T2;
lcd.print("Calefaccion=");
lcd.print(t2);
lcd.print(" ");
}
////*****************Tercera condicion **********//////
else if ( t1 0 && t5>0)
{
t1 = 0;
t2 = 0;
t3 = t3 - 1;
Setpoint = T3;
lcd.print("Soldado=");
lcd.print(t3);
lcd.print(" ");
}
////*****************Cuarta condicion **********//////
else if ( t1
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
55
Setpoint = T4;
lcd.print("Mantenimiento=");
lcd.print(t4);
lcd.print(" ");
}
////*****************Quinta condicion **********//////
else if (t1
-
CAPITULO 5. DESARROLLO DE SOFTWARE
56
lcd.clear();
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print("Terminado");
delay(5000);
M=0;
N= false;
b1 = false;
}
else{
lcd.clear();
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print("Error-Configuracin");
M=0;
N= false;
b1 = false;
delay(2000);
}
} //Final del if conteo del horneado
break;
} //Final de switch3
} //Final del Loop
-
1. CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
CONCLUSIONES
El proceso para un buen soldado es algo tardado pero necesario
para que la soldadura no pierda sus caractersticas y as la tarjeta
tenga una garanta de funcionamiento mayor, adems existen
componentes delicados alas temperaturas, con los cuales no se puede
exceder en lo ms mnimo, ya que pueden daar su funcin directamente o
reducir notablemente el tiempo til que se les da.
Las tendencias actuales implementan la tecnologa de montaje
superficial as como la through hole, es por esto que se necesita el
conocimiento de las 2 tcnicas para as perfeccionar los diseos de
circuitos PCBs.
Un horno de reflujo es un elemento indispensable para este tipo
de mtodos de soldado el cual necesita, que la temperatura y el
tiempo sean lo ms precisos posibles.
El control de una variable como la temperatura es muy comn
encontrarlo en la mayora de procesos industriales, la cual siempre
da muchos problemas en estos, al controlarla en este horno de una
manera tan precisa y con cambios de tiempo cortos me ayudado a
tener un manejo o un cierto conocimiento el cual se podr
implementar industrialmente.
Este prototipo me permiti aplicar muchos de los conocimientos
que adquir durante la carrera, los cuales eran necesarios para
poder hacerlo funcionar.
Implementar un control PID de manera digital tiene mucha ms
complejidad que la manera analgica ya que se requiere de
conocimientos de control un poco avanzados para poder programarlo,
pero este tipo de control aun que ya lleva bastantes aos an es muy
til para ciertos procesos industriales.
A un que existen bastantes tipos de soldadura, comercialmente
solo se encuentran pocas en el mercado, despus de una bsqueda
exhaustiva solo encontr una soldadura en pasta en la regin, la cual
fue la que se program para que funcionara de manera automtica en el
horno, debido a que los estudiantes del tecnolgico que utilicen
este dispositivo tendrn fcil acceso para conseguirla y as gastaran
lo menos posible.
El resultado obtenido fue un horno completamente funcional y
practico en el cual se pueden configurar todos los tiempos y
temperaturas que el usuario requiere de una manera muy amigable y
con la opcin de que este los configure de manera automtica, adems
muestra en tiempo real el cmo se est comportando la temperatura con
que velocidad se llega a la deseada y la reduccin del tiempo que
fue programado.
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
58
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mis padres y a mis hermanos por haberme apoyado en
todo el transcurso de mi carrera, ya que sin ellos no me hubiera
sido posible realizarlos, gracias a su apoyo tanto econmico como
moral he logrado cumplir mis objetivos y metas.
A mis maestros los cuales han dedicado gran parte de su tiempo y
esfuerzo en transmitirme sus conocimientos tanto acadmicos como
morales.
A mi novia Miriam Ramos Berenice la cual me ha apoyado
incondicionalmente en mi carrera y en esta tesis ayudndome con la
presentacin de las imgenes.
A mi compaero Aureliano Martnez Santacruz el cual me brind la
oportunidad de vivir con l y su to con el cual estoy muy
agradecido, para poder culminar mis estudios en este tecnolgico
A mis compaeros con los cuales he pasado momentos difciles
durante la carrera y gracias a su apoyo en estas situaciones logr
salir adelante.
A todos los que directa e indirectamente me ayudaron en la
realizacin de este proyecto.
Por ultimo terminare con una reflexin ma.
El xito de una persona no se logra con ser inteligente, alguien
exitoso la utiliza para cumplir sus objetivos, al aprender de sus
errores y volverlos su fortaleza.
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
59
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Parmetros de ajuste de la curva de temperatura para
aleacin de soldadura comn....... 12
Tabla 2.2 Parmetros de la soldadura SAC305
..................................................................................
12
Tabla 3.1 Cronograma de Actividades
................................................................................................
14
Tabla 5.1 Bytes enviados por el teclado
.............................................................................................
30
Tabla 5.2 Cdigo en ASCII del teclado byte intermedio
......................................................................
31
INDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Perfil de Soldado y funcionamiento.
...................................................................................
11
Figura 2.2 Perfil de reflujo para tarjetas de baja densidad
..................................................................
13
Figura 2.3 Perfil de reflujo para tarjetas de alta densidad.
..................................................................
13
Figura 3.1 Diagrama a bloques del sistema de control del horno.
...................................................... 15
Figura 3.2 Touch Pad 4x4
...................................................................................................................
17
Figura 3.3 Arduino Uno
.......................................................................................................................
17
Figura 3.4 Blue LCD 20X4
..................................................................................................................
18
Figura 3.5 Adafruit Max31855
.............................................................................................................
18
Figura 3.6 Termopar Tipo K
................................................................................................................
19
Figura 3.7 Horno tostador Hamilton Beach 31137
..............................................................................
19
Figura 4.1 Diagrama de Conexiones
..................................................................................................
20
Figura 4.2 Diseo en Isis
....................................................................................................................
21
Figura 4.3 Circuito
ruteado..................................................................................................................
21
Figura 4.4 Circuito perforado
..............................................................................................................
22
Figura 4.5 Shield con componentes
....................................................................................................
22
Figura 4.6 Shield con dispositivos conectados
...................................................................................
23
Figura 4.7 Horno desarmado vista frontal
...........................................................................................
24
Figura 4.8 Horno desarmado vista lateral
...........................................................................................
24
Figura 4.9 Componentes analgicos del
horno...................................................................................
25
Figura 4.10 Vista frontal conexiones de CA
........................................................................................
25
Figura 4.11 Vista trasera conexiones de CA
.......................................................................................
26
Figura 4.12 Horno con aislante trmico
..............................................................................................
26
Figura 4.13 Horno con dispositivos conectados.
.................................................................................
27
Figura 4.14 Pantalla y teclado armados en el horno.
..........................................................................
27
Figura 4.15 Tapa forrada con aislante trmico.
...................................................................................
28
Figura 4.16 Vista frontal del horno terminado
.....................................................................................
28
Figura 4.17 Vista lateral del horno terminado
.....................................................................................
29
Figura 5.1 Grafico del teclado en funcin del tiempo
..........................................................................
30
Figura 5.2 Valores los bytes intermedios del teclado
..........................................................................
31
Figura 5.3 Algoritmo del teclado y pantalla
.........................................................................................
32
Figura 5.4 Men de Pantallas
.............................................................................................................
33
Figura 5.5 Algoritmo reduccin de tiempo y cambio de temperaturas
................................................ 35
Figura 5.6 Algoritmo para el control de temperatura
...........................................................................
37
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
60
HOJAS DE DATOS
Teclado 4X4
- 16 Keys, 4x4 touching pad (capacitive sensing technology)
- Compatible with 3.3V and 5.0V system
- Interfaces directly to any microcontroller or
microprocessor
- LED indication and beeper sound for each individual keypress
provide feedback to operator
- Running lights and sound at the start up
- Serial (UART-9600baud) and Parallel (BCD8421) outputs
- Include 2mm thick clear plastic face plate (other materials
can be use)
- A special function (FUN) key can be used with another keypress
to expand the number of
keypresses (pressing two keys simultaneously)
- Automatically enter Sleep Mode after 8 sec. of no activity
- 2mA current consumption in Sleep Mode
- Cost effective
Features
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
61
UART Header: It is 4-PIN 0.1 male connector use for power and
sends out keypress data in RS232-TTL (UART). The baud rate is fixed
at 9600. TX and RX pins can be connecting directly to the MCU. DO
NOT attaches this module directly to a computer serial port. You
will need a RS232 level shifter circuitry. Doing so may damage the
module or the computer.
Once the keypress is detected, the TX pin send out ASCII P
(0x50) or upon keypress released the ASCII R (0x52). Then follow by
the Key Code and 0x0D (total of 3 bytes).
UART Header Pin-out:
+VDD, GND = Power and ground for the module. The module
is accepting 5V (for 5V microcontroller, MCU) or
3.3V (for 3.3V MCU).
RX(TTL) = Receive serial UART data from user (not used).
TX(TTL) = Transmit serial UART keypress data.
NOTE: In a situation when the FUN key is use as a regular key
(single key) the user can use either P#/R or ST# pin to check for
the keypress status. However, when use FUN key simultaneously with
other key it is necessary to check both of these pins for the
status.
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
62
ASCII CODE
Action/Data Status Key
(Byte 1)
Key Code
(Byte2)
End Byte
(Byte 3)
PRESS P (0x50) 0-9, A-F 0x0D
RELEASE R (0x52) 0-9, A-F 0x0D
TX and RX pins can be connecting directly to the MCU. The baud
rate is fixed at 9600. DO
NOT attaches this module directly to a computer serial port. You
will need a RS232 level
shifter circuitry. Doing so may damage the module or the
computer.
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
63
Arduino Uno
Microcontroller ATmega328
Operating Voltage 5V
Input Voltage (recommended) 7-12V
Input Voltage (limits) 6-20V
Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output)
Analog Input Pins 6
DC Current per I/O Pin 40 mA
DC Current for 3.3V Pin 50 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by
bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 MHz
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
64
LCD - I2C
LCD
Description
The HD44780U dot-matrix liquid crystal display controller and
driver LSI displays alphanumerics, Japanese kana characters, and
symbols. It can be configured to drive a dot-matrix liquid crystal
display under the control of a 4- or 8-bit microprocessor. Since
all the functions such as display RAM, character generator, and
liquid crystal driver, required for driving a dot-matrix liquid
crystal display are internally provided on one chip, a minimal
system can be interfaced with this controller/driver.
A single HD44780U can display up to one 8-character line or two
8-character lines.
The HD44780U has pin function compatibility with the HD44780S
which allows the user to easily replace an LCD-II with an HD44780U.
The HD44780U character generator ROM is extended to
generate 208 5 8 dot character fonts and 32 5 10 dot character
fonts for a total of 240 different
character fonts.
The low power supply (2.7V to 5.5V) of the HD44780U is suitable
for any portable battery-driven product requiring low power
dissipation.
Features
5 8 and 5 10 dot matrix possible
Low power operation support:
2.7 to 5.5V
Wide range of liquid crystal display driver power
3.0 to 11V
Liquid crystal drive waveform
A (One line frequency AC waveform)
Correspond to high speed MPU bus interface
2 MHz (when VCC = 5V)
4-bit or 8-bit MPU interface enabled
80 8-bit display RAM (80 characters max.)
9,920-bit character generator ROM for a total of 240 character
fonts
208 character fonts (5 8 dot)
32 character fonts (5 10 dot)
64 8-bit character generator RAM
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
65
8 character fonts (5 8 dot)
4 character fonts (5 10 dot)
16-common 40-segment liquid crystal display driver
Programmable duty cycles
1/8 for one line of 5 8 dots with cursor
1/11 for one line of 5 10 dots with cursor 1/16 for two lines of
5 8 dots with cursor
Wide range of instruction functions: Display clear, cursor home,
display on/off, cursor on/off, display
character blink, cursor shift, display shift
Pin function compatibility with HD44780S
Automatic reset circuit that initializes the controller/driver
after power on
Internal oscillator with external resistors
Low power consumption Ordering Information
Type No. Package CGROM
HD44780UA00FS HCD44780UA00 HD44780UA00TF
FP-80B Chip TFP-80F
Japanese standard font
HD44780UA02FS HCD44780UA02 HD44780UA02TF
FP-80B Chip TFP-80F
European standard font
HD44780UBxxFS HCD44780UBxx HD44780UBxxTF
FP-80B Chip TFP-80F
Custom font
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
66
I2C Module
General description
The PCA8574/74A provide general purpose remote I/O expansion for
most microcontroller families via the two-line bidirectional I
2C-bus (serial clock (SCL), serial data (SDA)).
The devices consist of an 8-bit quasi-bidirectional port and an
I2C-bus interface. The
PCA8574/74A have low current consumption and include latched
outputs with 25 mA high current drive capability for directly
driving LEDs.
The PCA8574/74A also possess an interrupt line (INT) that can be
connected to the interrupt logic of the microcontroller. By sending
an interrupt signal on this line, the remote I/O can inform the
microcontroller if there is incoming data on its ports without
having to communicate via the I
2C-bus.
The internal Power-On Reset (POR) initializes the I/Os as
inputs.
Features
n 400 kHz I2C-bus interface n 2.3 V to 5.5 V operation with 5.5
V tolerant I/Os n 8-bit remote I/O pins that default to inputs
at power-up n Latched outputs with 25 mA sink capability for
directly driving LEDs n Total package sink capability of 200 mA n
Active LOW open-drain interrupt output
n 8 programmable slave addresses using 3 address pins n Readable
device ID (manufacturer, device type, and revision) n
Low standby current (10 A max.) n 40 C to +85 C operation
n ESD protection exceeds 2000 V HBM per JESD22-A114, 200 V MM
per
JESD22-A115, and 1000 V CDM per JESD22-C101 n Latch-up testing
is done to JEDEC standard JESD78 which exceeds 100 mA n Packages
offered: DIP16, SO16, TSSOP16, SSOP20
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
67
V CC
GN
D
T
+ T-
S
O SCK
CS
MICROCONTROLLE
R MISO
SCK
S
S
0.1 F
MAX31855
MAX31855
Cold-Junction Compensated Thermocouple-to-Digital Converter
Typical Application CircuiT
General Description The MAX31855 performs cold-junction
compensation and digitizes the signal from a K-, J-, N-, T-, S-,
R-, or E-type thermocouple. The data is output in a signed 14-bit,
SPI-compatible, read-only format. This converter resolves
temperatures to 0.25C, allows
readings as high as +1800C and as
low as -270C, and exhibits
thermocouple accuracy of 2C for
temperatures ranging from -200C to
+700C for K-type thermocouples. For full range accuracies and
other thermocouple types, see the Thermal Characteristics
specifications. Applications Industrial Appliances HVAC
Automotive
Features
Cold-Junction Compensation
14-Bit, 0.25C Resolution
Versions Available for K-, J-, N-, T-, S-, R-, and E-Type
Thermocouples (see Table 1)
Simple SPI-Compatible Interface (Read-Only)
Detects Thermocouple Shorts to GND or VCC
Detects Open Thermocouple Ordering Information appears at end of
data sheet. For related parts and recommended products to use with
this part, refer to:
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
68
Termopar tipo K
MAXIMUM TEMPERATURE RANGEThermocouple Grade+
ThermocoupleGradeRevised Thermocouple 328
to 2282F 200 to 1250CReference Tables
Extension Grade
32 to 392F
0 to 200C
LIMITS OF ERROR Nickel-Chromium
(whichever is greater)
Standard: 2.2C or 0.75% Above 0C vs.
Clean Oxidizing and Inert; Limited Use in TYPEK
2.2Special:C or 2.0% Below 0C1.1C or 0.4% Nickel-Aluminum +
ReferenceTables COMMENTS, BARE WIRE ENVIRONMENT:
N.I.S.T.
Vacuum or Reducing; Wide Temperature Monograph 175
Range; Most Popular Calibration Extension Revised to
TEMPERATURE IN DEGREES FREFERENCE JUNCTION AT 32F Grade
ITS-90
Thermoelectric Voltage in Millivolts
Relevador 12V-DC
MAIN FEATURES
Switching capacity available by 10A in spite of
Small size design for highdensity P.C. board mounting
technique.
UL,CUL,TUV recognized.
Selection of plastic material for high temperature and better
chemical solution performance.
Simple relay magnetic circuit to meet low cost of mass
production
APPLICATIONS
Domestic appliance, office machine, audio, equipment,
automobile, etc.
( Remote control TV receiver, monitor display, audio equipment
high rushing current use application.)
-
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RESULTADOS
69
BIBLIOGRAFA
http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_de_montaje_superficial
http://pcbrapido.com/producto/horno-de-reflujo-para-prototipos-pr800/
http://www.agspecinfo.com/pdfs/Q/QS5188C.PDF
http://www.youtube.com/watch?v=9lRJXap6xPo
http://ea4frb.blogspot.mx/2011/03/montaje-de-smd-con-horno-de-reflujo.html
http://es.aliexpress.com/item/FACTORY-DIRECT-SALE-T962-180-235mm-Reflow-Solder-Oven-Infrared-Reflow-Oven-Reflow-Soldering-Machine/1068894259.html
http://www.nelectronics.dyndns.org/?p=318&lang=es
http://www.lpkf.es/productos/creacion-rapida-prototipos-pcb/herramientas-smd/soldadura.htm/protoflow-s.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_de_montaje_superficial
http://www.gravitech.us/4x4topadcte.html
http://www.robotshop.com/en/dfrobot-i2c-twi-lcd-module.html
http://www.adafruit.com/products/270
http://www.robotshop.com/en/adafruit-thermocouple-amplifier.html.
http://espanol.bestbuy.com/site/4-slice-toaster-oven/8959592.p?id=1218956960429&skuId=8959592&st=toaster%20%20hamilton%20beach&cp=1&lp=7
http://www.adafruit.com/products/50