颠覆性的DIY：创客教你制作一个采用USB接口供电的电烙铁Solder Ninja

USB在20世纪90年代首次出现，旨在简化外围设备与PC的连接，并消除各种传统接口的扩展。20多年后，它不仅实现了最初的目标，而且成为各种个人电子产品充电和供电的标准。如果你在1995年问过某人是否可以制造USB供电的烙铁，他们必定会嘲笑你，或者礼貌地要求你离开USB技术的论坛，这不是在搞笑嘛。

但是！！！时代变了，Solder Ninja就是这样！

Solder Ninja最大功耗为40 W，需要精心设计以确保实用性。它支持各种USB电源标准，包括USB-BC 1.2，USB快速充电和USB供电。这使其能够吸收加热元件所需的大量电流。为了便于在野外使用各种充电器，它显示当前工作条件下的电压和最大电流消耗。这使用户能够了解设备的不同性能，具体取决于插入的充电器。

Solder Ninja是一个为期两年的冒险尝试项目，旨在通过创造一种耐用且价格合理的工具，使电子设备更易于使用，从而弥补便宜的大型烙铁和专业焊台之间的差距。

它具有USB Type-C连接器，可通过任何USB充电器，便携式电池或兼容计算机供电。可接受的电压范围为5V至20V DC。当前固件支持多种电源协议策略：

• - USB BC 1.2，

• - USB快速充电，

• - USB电源传输。

在提交这个项目时，原型阶段已经结束。然而，我打算分享两部分内容：

- 回顾谈论所面临的各种挑战和做出的决定，

- 以及有关进入制造阶段即将到来的挑战的更新。

我知道以下声明可能会让一些人感到不安。然而，开源是我真正相信的东西。在这个项目上，我开始意识到制造设计和开源设计之间存在差异，这使得并非每个项目的资源都是开源的理想选择。

在早期阶段，当我问自己如何开源这个项目时，我发现自己面临着一个矛盾：我正在做出相同的技术选择，一是使其成为一个吸引人的产品，但又要防止人们立即使用我将分享的内容。

我们特别考虑以下三个例子：

• CNC加工的铝制机身，使得紧凑而坚固的设备，并允许不需要螺钉穿过小而拥挤的PCB的组件，可能是一个价格的十倍的量级的3D打印部分，数量为一个。

• 电路板的深度铣削允许将热电偶尽可能靠近尖端连接器放置到数字转换器以提高精度，这是很少有电路板制造商提供原型级和/或合理成本的选择。

• 在ATmega微控制器上使用STM32，因为增加了更小的占位面积，可以保持电路板，从而保持设备的小型化。但对于来自Arduino环境的开发者来说，这也意味着更高的学习曲线。

所以，我决定将这个项目的范围扩大到两个方面：

• 创造，制造和商业化高效，紧凑的成品。

• 发布略微修改的版本，所有文件都开源，以便任何人都可以克隆，适应他们的需求，制作和改进。

我完全打算记录这两个方面。我意识到，与仅制作一台设备相比，这对我来说意味着更多的工作。但我相信这是最好的方式。

Weller RT技巧是一个很棒的工程项目。有些人已经把它们拆开了。它们嵌入了一个小型的加热元件和热电偶，它们只暴露在3.5mm插孔连接器的3个触点上。

热电偶利用Seebek效应，通过该效应，在一端连接的两种不同材料的导体仅在另一端产生电压差，该电压差与其长度上的温差成正比。热电偶根据所使用的材料对按类型排列。

话虽这么说，我想谈谈温度准确性。老实说，这可能是我认为我会花更多时间的事情。原因很简单：关于Weller RT尖端内部的热电偶类型的信息并不多。

我发现内部的热电偶可能是D型或更常见的K型，这是相互矛盾的建议。但即使我知道热电偶的类型，我仍然必须找到一种方法来确保测量是正确的。所以我想了一会儿，我怎么能校准那些将在300°C以上使用的东西呢？

我最初的想法是使用水的熔点和沸点，将大气压力的变化放在一边，并希望热电偶响应足够线性，以便在0°C和100°C下进行两点校准仍然适用一直到400°C。

然后我偶然发现了Hakko FG-100，这是一种专门为烙铁设计的校准装置，宣传了+/- 3°C的公差。我做了一些测量，并确定了一个线性定律来调整当前使用的Maxim MAX31855 K型热电偶到数字转换器的读数。

回顾：充电器兼容性，可变输入功率和用户体验

大约两年前，当我第一次开始这个项目的工作时，USB Type-C正在慢慢成为一种东西，随之而来的是Power Delivery，它有望提供高达100W的功率。

但是，USB充电器现在无处不在，我认为从环境的角度来看这一点并没有意义，而且对于那些通过该设备进行库存和销售USB充电器的麻烦。相反，人们会使用自己的。

这意味着还要增加对当前非USB Type-C充电器的支持。手机制造商早就意识到传统的5V/0.5A是不够的，并提出了各种解决方案，包括Apple在数据线上使用电阻的方式，允许高达5V的2.4A，或者高通快速充电方式在数据线上使用不同的电压电平，允许高达12V/1.5A。

我希望无论用户插入设备的电源类型如何，都应该尝试协议握手最大功率。但随之而来的是，出现了一个问题。这意味着相同的设备现在可以根据可用的功率量执行不同的操作（例如，加热到300°C在18W时大约需要10秒，但在12W时大约需要15秒）。因此，为了确保更好的用户体验，我决定该设备应在显示屏上提供可视反馈，指示与潜在智能充电器协商的电压和最大电流。

我还希望保持通过USB更新产品固件的能力，这意味着除了使用数据线来感应电阻器或改变电压电平之外，它们仍然可用于传统的USB通信。

当前保留的解决方案在数据线上使用Diodes Incorporated PI3USB9281充电器检测集成电路，然后是多路复用器，将这些数据线重定向到STM32的板载DAC，用于HVDCP协商或STM32的板载USB PHY。最后是用于USB供电的安森美半导体FUSB302 Type-C控制器。

自从最初的硬件设计以来，我偶然发现了多个其他专有的非标准充电协议（OnePlus Dash Charge，Oppo Super Vooc，华为SuperCharge，摩托罗拉TurboPower，MediaTek Pump Express），其中似乎存在很少的逆向工程。如果当前的硬件设计允许，我肯定有兴趣通过未来的固件更新添加对这些设备的支持。

下面就欣赏作品Solder Ninja的温度准确度演示。请注意，该器件采用12W电源供电，因此上升时间比较慢，可以在整个上升范围内都能看到具体温度的精度。