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Basteleien: 2016-02-29: Induktionsplatte steuern

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Da es eine Weile kein Update mehr zur Maschine gab, hier ein kleines Seitenprojekt.

Um eine Induktionsplatte von außen mit einem Mikrokontroller steuern zu können, hab ich sie mir umgebaut. Eine kleine Zusatzplatine mußte hinein. Die Platte hatte ich extra ausgewählt, weil sie viel Kraft hat (3500W) und weil sie für Gastrobetrieb ist und entsprechend robust, nicht so designmäßig verdorben und daher mit Schrauben verschlossen statt geklebt. Das ist gut, da kann ich sie aufmachen. Ich muß die Marke nennen, weil es sonst keinen Sinn macht, die Umbauanleitung zu beschreiben: es ist eine Hendi-Platte mit manuellem Einstellknopf.

Außenansicht das Hendi-Induktionskochers

Die Idee des Umbaus ist, den Drehregler, der auch einen Ein-/Ausschalter am linken Anschlag hat, elektronisch überbrückbar zu machen, um dann von außen die Kontrolle über die Platte übernehmen zu können.

Der Drehregler ist über einen Stecker angeschlossen, d.h. man kann eine Platine dazwischenmontieren ohne irgendwas kaputtzumachen.

Zustand vor dem Umbau

Warnung: Ein Problem ist, daß die Platte keine ordentliche Netztrennung hat, d.h. die gesamte Elektronik im Innern steht unter 230V~ -- es werden für die 5V-Niederspannungsteile einfach ein paar Volt abgegriffen, aber es ist halt keine Trennung da. Deswegen muß man sehr vorsichtig sein, darf beim Testen nichts berühren, und man muß eine komplette galvanische Trennung der Steuerleitungen einbauen. Das wird über Optokoppler passieren. Ebenfalls katastrophal ist es, die Erdung an eine Niederspannungsleitung kommen zu lassen: das wird den Fehlerstromschalter raushauen und vermutlich ein paar Brandflecken und kaputte Elektronik hinterlassen. Und nochmal Vorsicht: die Plattenelektronik steht immer unter Strom, egal wie der Ein-/Aus-Schalter steht (der gibt nur ein Signal an den Mikrokontroller der Platte). Also Netzstecker ziehen!

Meine Zusatzschaltung sollte möglichst einfach sein. Sie soll keinen Zustand speichern, keinen Mikrokontroller haben, usw., denn all das muß man debuggen und dazu das Gehäuse immer auf- und zuschrauben. Stattdessen möchte ich eine möglichst einfache Elektronik, die man separat testen kann, mit wenigen digitalen, parallelen Steuerleitungen. Z.B. fünf Stück, von denen drei die Leistung zwischen 0W und 3500W einstellen.

Das Poti implementiert einen Spannungsteiler: Gnd = 0V = 3500W, Vcc = 5V = 0W. Der Ein-/Ausschalter ist nur ein Steuersignal, d.h. eigentlich ist die Plattenelektronik immer an, da wird nicht z.B. 5V tatsächlich abgeschaltet, sondern nur dem Mikrokontroller der Platte mitgeteilt, ob an oder aus sein soll. D.h. man muß nur einen minimalen Strom schalten.

Regler der Platte

Die Schaltung benutzt CD4066 aus der Grabbelkiste, um die Umschaltung zu machen. Einfache MOSFETs wären auch gegangen. (Ein BJ-Transistor für das Ein-/Aus-Signal ginge auch, aber für das analoge Signal vom Poti zur Leistungssteuerung geht das wg. des C-E-Spannungsabfalls nicht; da muß es MOSFET oder 4066 sein.) Optokoppler trennen die Eingangssignale von der Plattenelektronik. Ein Schmitttrigger-Inverter 74HC14 erzeugt saubere 0/1-Signale aus den Signalen der Optokoppler.

Die 3 Bits zur Leistungssteuerung werden über ein modifiziertes R-2R-Widerstandsnetzwerk abgebildet. Modifiziert heißt, daß die Schaltung sowohl 0V als auch 5V komplett abgeben kann, nicht z.B. nur 7/8*5V, wie das eine Standard-R-2R-Schaltung ergeben würde. Zu sehen ist das an Bit 2, welches die Grundspannung für das Netzwerk liefert (normalerweise ist hier dauerhaft Gnd angeschlossen (oder dauerhaft Vcc, wenn man 0V nicht erreichen will)), und an dem 27k Widerstand am Ende, der die Spannung etwas anders teilt, so daß eine gleichmäßige Einteilung in sieben (statt acht) Schritte entsteht. Die Widerstände schalten so bei gelöschtem Bit 2 die Spannung von 0V Richtung Vcc hoch und bei gesetztem Bit 2 von Vcc runter Richtung 0V. Die 27k statt 20k am Ende vermeiden in der Mitte einen doppeltgroßen Spannungsschritt.

Schaltplan

In obigem Schaltplan werden von links nach rechts die folgenden fünf Signale zum Steuern bereitgestellt: Platte an/aus, Leistung Bit2..Bit0, Kontrolle übernehmen. Letzteres Signal schaltet den 4066 wie einen Umschalter zwischen manueller Steuerung und Steuerung von außen um. Nach außen geführt werden müssen sechs Leitungen: zusätzlich zu den fünf genannten die gemeinsame Kathode der LEDs in den Optokopplern.

Die LEDs in den Optokopplern sind mit 680R bevorwiderstandet. Man kann auch mehr nehmen: die Pull-ups sind mit 100k so groß, daß auch mit 3,3V und 1k Vorwiderstand alles sauber schalten sollte.

Gelötet wird wie folgt auf einer Lochrasterplatine. Wer mag, darf ätzen, aber für ein Einzelexemplar tue ich das nie.

Platinenlayout

Hier ein Foto von der Schaltung, von oben und von unten. Ich mag 3D-Löten, was man an der Pullup-Reihe sieht. Die 20k-Widerstände hab ich aus zwei 10k-Widerständen zusammengesetzt. Es sind, völlig übertrieben, Widerstände mit 0,1% Toleranz. Bei nur 3 Bits reichen 1%-Metallfilmwiderstände schon locker aus. Auch 2%. Auch 5%. Egal.

Platinenvorderseite

Platinenvorderseite

Der Stecker, der in meiner Platte verwendet wird, ist ein 4-poliger ,LiPo'-Stecker, wie er im Modellbau vorkommt, genaue Bezeichnung JST B4B-XH-A für die Wannenstecker und JST XHP-4 für das Buchsengehäuse am Kabel. Entsprechend hat der blaue Klaus sowohl Stecker wie Buchse in der Modellbauabteilung in kleinen Tütchen.

Zustand vor dem Umbau

Stecker groß

Das ganze hab ich an eine Schraube gehängt, mit der der Regler in der Platte eingebaut ist. Statt der Originalschraube hab ich eine genommen, die 2mm länger ist, weil die Platine etwa 2mm dick ist.

Montage

Rausgeführt werden die Signale über eine 6-adrige abgeschirmte Leitung. Als Abschirmung hab ich die Gehäuseerde benutzt. Durchgeführt wird das Kabel durch die Lüftungsschlitze, so daß ich nichts bohren oder sägen muß. Ein Messingrohr hab ich dafür plattgedrückt, so daß es gerade paßt.

Durchführung des Kabels

Durchführung des Kabels

Ans Ende dann irgeneinen Stecker.

Außenstecker

Als Kür hab ich nachträglich noch den Summer abgeklemmt, weil der immer so blöd piepst. Er kommt mit auf die neue Platine und wird nur im manuellen Betrieb freigeschaltet. Bei automatischer Steuerung ist er stumm. Das ist auf dem obigen Schaltplan schon verzeichnet, aber die Fotos der Platine zeigen diese Modifikation nicht. Ich habe einen BJ-Transistor benutzt mit Vorwiderstand von 2k2 an der Basis. Stattdessen hätte man auch einen MOSFET (dann auch ohne Vorwiderstand) nehmen können, aber meine Grabbelkiste war diesbezüglich grad leer.

Summer

Das geht nicht so einfach, da muß man löten. Man kommt gerade so von außen an die Lötpunkte dran, wenn man die Platine vorsichtig etwas hochbiegt, nachdem man eine Schraube gelöst hat. Ich hab die Platine ansonsten nicht ausgebaut.

Summer

Dummerweise liegen die Anschlußbeinchen des Summers nicht im 0,1"-Raster, so daß der stattdessen eingebaute Platinenstecker modifiziert werden mußte. Sieht nicht schön aus...

Summer

Das war's. Jetzt kann ich von außen mit einem Atmel AVR die Platte steuern. Die LEDs der Optokoppler kann man damit direkt treiben.


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17. Mai 2016
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