CN101109937A - 快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法涉及一种采用单片机作数字PID温度控制的快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法。控制器包括热电偶放大电路、冷端补偿电路、单片机、超温及故障检测电路、蜂鸣报警电路、继电器及其驱动电路、可控硅过零触发电路、LED数码管显示电路、整流稳压电路、键盘输入电路；热电偶放大电路由电阻(R9～R12)、电容(C4)、运放(IC2A)组成；冷端补偿电路由电阻(R4～R8)、二极管(D5)、可调电阻(P1)组成；超温及故障检测电路由电阻(R13～R16)、运放(IC2B)组成；可控硅过零触发电路由电阻(R21～R24)、可控硅光耦(IC4)、三极管(N4)、可控硅(T)组成；LED数码管显示电路由电阻(R26～R35)、三极管(N5～N7)、数码管(A1～A3)组成。

Description

快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法

技术领域

本发明快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法涉及的是一种采用单片机作数字PID温度控制的快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法。属于锡焊电烙铁领域。

背景技术

电烙铁在电子工业仪器仪表的工业生产上有着大量的使用范围，长期以来存在着发热慢回温差的缺陷，特别是随着无铅焊接的广泛应用，传统的加热方式的发热速度远远不能满足焊接要求。适应无铅焊接的烙铁(包括焊台型烙铁)通常都要求90瓦以上的发热功率和较小热容量、较快热传导速度的烙铁头，使得烙铁头的温度不容易控制精确。同时，因为大的加热功率和小热容量的烙铁头，发生故障时烙铁头在短时间内就能烧红并烧毁，达到八九百度以上，容易发生事故。烙铁头不使用时候空烧会大大缩短使用寿命。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处提供一种快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法，采用单片机作数字PID温度控制的快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法，使烙铁头在升温和回温速度极快的同时温度过冲小，恒温精度高，故障时候能切断加热并报警，空闲时降温，防止烙铁头的空烧，延长烙铁头的使用寿命。

快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法是采取以下方式案实现：快速升温智能无铅焊台控制器包括热电偶放大电路、冷端补偿电路、单片机、基准电压电路、超温及故障检测电路、蜂鸣报警电路、继电器及其驱动电路、可控硅过零触发电路、LED数码管显示电路、整流稳压电路、键盘输入电路、基准电压电路。

热电偶放大电路由电阻R9～R12、电容C4、运放IC2A组成。冷端补偿电路由电阻R4～R8、二极管D5、可调电阻P1组成。单片机IC5采用PIC16F819单片机。基准电压电路由电阻R1～R3、电压基准IC3、可调电阻P2、电容C6等组成。超温及故障检测电路由电阻R13～R16、运放IC2B组成。蜂鸣报警电路由电阻R17、三极管N1、蜂鸣器B组成。继电器及其驱动电路由电阻R18～R20、三极管N2、N3、二极管D6、继电器J组成。可控硅过零触发电路由电阻R21～R24、可控硅光耦IC4、三极管N4、可控硅T组成。LED数码管显示电路由电阻R26～R35、三极管N5～N7、数码管A1～A3组成。整流稳压电路由二极管D1～D4、电容C1～C3、稳压块IC1组成。键盘输入电路由微动开关S1～S3、电阻R38组成。基准电压电路由电阻R1、电压基准IC3组成。

快速升温智能无铅焊台控制器的控制方法为：热电偶放大电路对烙铁头内的热电偶温度信号进行放大，冷端补偿电路对环境温度引起的热电偶信号误差进行补偿，放大后的热电偶温度信号进入单片机内的AD转换电路转换为数字信号，单片机根据设定温度和测量温度的差值计算出控制脉冲时间比例，通过可控硅过零触发电路控制烙铁发热体加热功率的大小；同时单片机将采集的实时温度信号送LED数码管进行数字显示。另外一路放大后的热电偶信号进入超温及故障检测电路，若出现超温及故障时输出信号使得蜂鸣器报警电路报警，同时输出信号使继电器断开，切断加热电源。

本发明的快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法采用单片机PIC16F819控制的数字PID控温电路，在烙铁头温度接近设定温度时，用时间比例控制技术控制发热体的加热功率，使烙铁头温度接近无过冲的升到设定温度，到达设定温度后，发热体在一个较低的加热功率下，使烙铁头的温度波动范围较小，而当烙铁头温度偏离设定温度时候，单片机通过检测热电偶信号智能判断加热功率的大小，使得温度回升过程中也不会偏离设定温度过大，从而保证恒温的精度。同时，采用闲时休眠电路可降低能源消耗和延长烙铁头使用寿命，故障检测电路可更加保证使用的安全。

快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法采用单片机PIC16F819控制的数字PID(比例、积分、微分)烙铁头温度控制电路和附加的独立超温和故障保护电路以及空闲状态的休眠功能。使烙铁头在升温和回温速度极快的同时温度过冲小，恒温精度高。若有意外情况出现故障时候能够自动切断加热电源并声讯报警。一段时间不使用烙铁后，能自动降低烙铁头温度，防止烙铁头的空烧，延长烙铁头的使用寿命。

快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法对烙铁头的温度控制采用可控硅过零触发电路，用时间比例来调节烙铁头的加热功率，而加热功率又通过数字PID算法来控制，从而达到升温及回温速度极快的同时温度过冲小，恒温精度高的效果。

快速升温智能无铅焊台控制器及其控制方法采用附加的独立保护电路，在焊台发生热电偶开路、可控硅短路等意外故障时能断开继电器J，切断烙铁头的加热电源，并发出声讯报警，从而提醒工作人员检修和防止发生更大的故障或事故。

快速升温智能无铅焊台控制器的空闲状态的休眠功能，通过烙铁头内置的热电偶感知焊接时候的温度跌落，从而判断出焊台的使用情况，在一定时间(如20分钟)不使用焊台时，焊台自动转到较低温度的休眠状态，可有效延长烙铁头的使用寿命。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

图1是快速升温智能无铅焊台控制器的控制电路框图。

图2是快速升温智能无铅焊台控制器的控制电路原理图1。

图3是快速升温智能无铅焊台控制器的控制电路原理图2。

具体实施方式

参照附图1～3，快速升温智能无铅焊台控制器包括热电偶放大电路、冷端补偿电路、单片机、基准电压电路、超温及故障检测电路、蜂鸣报警电路、继电器及其驱动电路、可控硅过零触发电路、LED数码管显示电路、整流稳压电路、键盘输入电路、基准电压电路。

热电偶放大电路由电阻R9～R12、电容C4、运放IC2A、热电偶RD组成。冷端补偿电路由电阻R4～R8、二极管D5、可调电阻P1组成。单片机IC5采用PIC16F819单片机。基准电压电路由电阻R1～R3、电压基准IC3、可调电阻P2、电容C6组成。超温及故障检测电路由电阻R13～R16、运放IC2B组成。蜂鸣报警电路由电阻R17、三极管N1、蜂鸣器B组成。继电器及其驱动电路由电阻R18～R20、三极管N2、N3、二极管D6、继电器J组成。可控硅过零触发电路由电阻R21～R24、可控硅光耦IC4、三极管N4、可控硅T组成。LED数码管显示电路由电阻R26～R35、三极管N5～N7、数码管A1～A3组成。整流稳压电路由二极管D1～D4、电容C1～C3、稳压块IC1组成。键盘输入电路由微动开关S1～S3、电阻R38组成。基准电压电路由电阻R1、电压基准IC3组成。

在快速升温智能无铅焊台控制器的控制器电路中，电源变压器输出的一组电压～V1与二极管D1～D4相连，二极管D1～D4与电容C1、C2相连，电容C1、C2与稳压块IC1的1脚相连，稳压块IC1的3脚与电阻R24、电容C3、电阻R1、R25、R14、电容C5、电阻R19、二极管D6、继电器J、蜂鸣器B、运放IC2的8脚、单片机IC5的14脚、电容C9、C10、三极管N5、N6、N7相连，稳压块IC1的2脚与电容C1、C2、C3、三极管N1～N4、电阻R15、发光二极管L1、电容C9、C10、电阻R38、单片机IC5的5脚相连；运放IC2A的4脚与电容C4、电阻R11、R8、二极管D5、电阻R5、电压基准IC3、电阻R3、单片机IC5的1脚相连；单片机IC5的18脚(VCTL)与电阻R21相连，电阻R21与三极管N4相连，三极管N4与可控硅光耦IC4的2脚相连，可控硅光耦IC4的1脚与电阻R24相连；电源变压器的另一组输出电压～V2连接到负载RL和继电器J的常开触点，负载RL连接到电阻R22和可控硅T，可控硅T连接到电阻R23和继电器J的常开触点，电阻R23和电阻R22连接到可控硅光耦IC4的4脚和6脚；烙铁头中热电耦传器的正端RD+连接到电阻R9和电阻R25，热电耦传感器的负端RD-连接到电阻R5和可调电阻P1，电阻R1连接到电阻R2、R4和电阻R6，电阻R2连接到可调电阻P2，可调电阻P2连接到单片机IC5的2脚REF+和电容C6、电阻R3，电阻R3连接到单片机IC5的1脚REF-；电阻R4连接到可调电阻P1，可调电阻P1连接到电阻R5和热电耦传感器的负端RD-，电阻R6连接到二极管D5和电阻R7，电阻R7连接到电阻R8和电阻R10，电阻R10连接到运放IC2A的2脚和电阻R12，电阻R12连接到运放IC2A的1脚和电容C4、电阻R13，电阻R25连接到电阻R9和热电耦传感器的正端RD+，电阻R9连接到电阻R11和运放IC2A的3脚；电阻R14和电容C5连接到电容R15和运放IC2B的6脚，电阻R13连接到电阻R16和运放IC2B的5脚，电阻R16连接到电阻R7和电阻R18，电阻R17连接到三极管N1，三极管N1连接到蜂鸣器B，电阻R18连接到三极管N2，三极管N2连接到电阻R19和电阻R20，电阻R20连接到三极管N3，三极管N3连接到二极管D6和继电器J；

单片机IC5的1脚和2脚连接到电容C6，单片机IC5的1脚连接到单片机IC5的5脚，单片机IC5的3脚连接到电阻R26，电阻R26连接到三极管N5，三极管N5连接到数码管A1，单片机IC5的16脚连接到电阻R34，电阻R34连接到三极管N6，三极管N6连接到数码管A3，单片机IC5的15脚连接到电阻R35，电阻R35连接到三极管N7，三极管N7连接到数码管A2，单片机IC5的6～12脚分别连接到电阻R27～R33，电阻R27～R33分别连接到数码管A1～A3的3～9脚，电阻R27～R29分别连接到微动开关S1～S3，微动开关S1～S3连接到电阻R38，电阻R38连接到GND，单片机IC5的17脚连接到电阻R36、电容C7和电容C8，电阻R36连接到运放IC2A的1脚(VT)，单片机IC5的18脚连接到电阻R37和VCTL，电阻R37连接到发光二极管L1，发光二极管L1连接到GND(接地)。

参照附图2、3，快速升温智能无铅焊台控制器的控制电路中：

电阻R1和电压基准IC3如图连接构成2.5V基准电压电路，电阻R4～R8、二极管D5、可调电阻P1如附图连接构成热电偶冷端补偿电路，电阻R25一端与+5V电源连接，另一端与热电偶正端连接，构成断耦检测电路。电阻R9～R12、电容C4、运放IC2A如附图连接构成热电偶放大电路，输出的放大的温度信号VT一路与由电容C7、C8、电阻R36组成的滤波电路滤波相连，滤波后的信号与单片机IC5的17脚相连做A/D转换，另一路与由电阻R13～R16、运放IC2B构成故障检测电路相连，由运放IC2B的1脚输出的故障检测信号一路与由电阻R17、三极管N1、蜂鸣器B构成的蜂鸣报警电路相连，另一路与由电阻R18～R20、三极管N2、N3、二极管D6、继电器(J)构成的继电器及其驱动电路相连，单片机IC4的18脚输出的温度控制信号连接到由电阻R21～R24、可控硅光耦IC4、三极管N4、可控硅T构成的可控硅过零触发电路，电阻R2、R3、可调电阻P2形成A/D转换的参考电压，二极管D1～D4、电容C1～C3、稳压块IC1构成整流稳压电路，为控制电路提供+5V直流电源。运放IC2A和运放IC2B可采用LM358型运算放大器集成芯片。电压基准IC3采用TL431稳压集成块。

单片机IC5为单片机PIC16F819，其3、6～12、15、16脚与由电阻R26～R35、三极管N5～N7、数码管A1～A3组成的三位LED数码管显示电路相连，微动开关S1～S3、电阻R38通过电阻R27～R29与单片机的6～8脚相连构成键盘输入电路，电容C9～C10为电源滤波电路，电阻R37、发光管L1为加热状态指示电路。电容C6为A/D转换的参考电压的滤波电容。

快速升温智能无铅焊台控制器的控制方法为：热电偶放大电路对烙铁头内的热电偶RD温度信号进行放大，冷端补偿电路对环境温度引起的热电偶信号误差进行补偿，放大后的热电偶温度信号进入单片机IC5内的AD转换电路转换为数字信号，单片机IC5根据设定温度和测量温度的差值计算出控制脉冲时间比例，通过可控硅过零触发电路控制烙铁发热体加热功率的大小；同时单片机IC5将采集的实时温度信号送LED数码管进行数字显示。另外一路放大后的热电偶信号进入超温及故障检测电路，若出现超温及故障时输出信号使得蜂鸣器报警电路报警，同时输出信号使继电器断开，切断加热电源。

烙铁头内的热电偶RD将温度信号转换为毫伏级的电压信号经热电偶放大器放大后送到单片机IC5。二极管D5用作热电偶的冷端温度补偿。电阻R24为上吊电阻，在热电偶开路的情况下使放大器的输出达到最高。放大后的温度信号另一路送到运放IC2B，与设定保护值比较。正常工作情况下，IC2B输出低电平，三极管N1截止，蜂鸣器B不发声，同时N2截止，N3导通，继电器J常开触点吸合，加热电源由可控硅T控制。附图3单片机IC5输出的控制信号VCTL通过N4控制过零触发可控硅光耦IC4(MOC3041)，可控硅光耦IC4可采用MOC3041型可控硅光耦。可控硅光耦IC4控制双向可控硅T，T控制烙铁头的加热。若发生故障(热电偶开路或者烙铁头温度过高)，IC2B输出高电平并通过电阻R16反馈到正输入端，使高电平锁定，三极管N1导通，蜂鸣器B声讯报警，同时N2导通，N3截止，继电器J触点端开，切断加热电源。

附图3中放大后的温度信号另一路送入单片机IC5的17脚，IC5通过内置的AD转换电路采集温度信号并计算出温度，与设置温度比较得到温度差，通过PID运算得到输出控制信号VCTL，VCTL输出到图2中作加热控制。L1发光二极管用作加热指示。A1、A2、A3是LED数码管，用作温度显示。

Claims (3)

1.一种快速升温智能无铅焊台控制器，其特征在于包括热电偶放大电路、冷端补偿电路、单片机(IC5)、超温及故障检测电路、蜂鸣报警电路、继电器及其驱动电路、可控硅过零触发电路、LED数码管显示电路、整流稳压电路、键盘输入电路、基准电压电路；

热电偶放大电路由电阻(R9～R12)、电容(C4)、运放(IC2A)、热电偶(RD)组成；冷端补偿电路由电阻(R4～R8)、二极管(D5)、可调电阻(P1)组成；超温及故障检测电路由电阻(R13～R16)、运放(IC2B)组成；蜂鸣报警电路由电阻(R17)、三极管(N1)、蜂鸣器(B)组成；继电器及其驱动电路由电阻(R18～R20)、三极管(N2、N3)、二极管(D6)、继电器(J)组成；可控硅过零触发电路由电阻(R21～R24)、可控硅光耦(IC4)、三极管(N4)、可控硅(T)组成；LED数码管显示电路由电阻(R26～R35)、三极管(N5～N7)、数码管(A1～A3)组成；整流稳压电路由二极管(D1～D4)、电容(C1～C3)、稳压块(IC1)组成；键盘输入电路由微动开关(S1～S3)、电阻(R38)组成；基准电压电路由电阻R1、电压基准IC3组成；

在控制器电路中，电源变压器输出的一组电压～V1与二极管(D1～D4)相连，二极管(D1～D4)与电容(C1、C2)相连，电容(C1、C2)与稳压块(IC1)的1脚相连，稳压块(IC1)的3脚与电阻(R24)、  电容(C3)、电阻(R1、R25、R14)、电容(C5)、电阻(R19)、二极管(D6)、继电器(J)、蜂鸣器(B)、运放(IC2)的8脚、单片机(IC5)的14脚、电容(C9、C10)、三极管(N5、N6、N7)相连，稳压块(IC1)的2脚与电容(C1、C2、C3)、三极管(N1～N4)、电阻(R15)、发光二极管(L1)、电容(C9、C10)、电阻(R38)、单片机(IC5)的5脚相连；运放(IC2A)的4脚与电容(C4)、电阻(R11、R8)、二极管(D5)、电阻(R5)、电压基准IC3、电阻(R3)、单片机(IC5)的1脚相连；单片机(IC5)的1 8脚(VCTL)与电阻(R21)相连，电阻(R21)与三极管(N4)相连，三极管(N4)与可控硅光耦(IC4)的2脚相连，可控硅光耦(IC4)的1脚与电阻(R24)相连；电源变压器的另一组输出电压～V2连接到负载(RL)和继电器(J)的常开触点，负载(RL)连接到电阻(R22)和可控硅(T)，可控硅(T)连接到电阻(R23)和继电器(J)的常开触点，电阻(R23)和电阻(R22)连接到可控硅光耦(IC4)的4脚和6脚；烙铁头中热电耦传感器的正端(RD+)连接到电阻(R9)和电阻(R25)，热电耦传感器的负端(RD-)连接到电阻(R5)和可调电阻(P1)，电阻(R1)连接到电阻(R2、R4)和电阻(R6)，电阻(R2)连接到可调电阻(P2)，可调电阻(P2)连接到单片机(IC5)的2脚(REF+)和电容(C6)、电阻(R3)，电阻(R3)连接到单片机(IC5)的1脚(REF-)；电阻(R4)连接到可调电阻(P1)，可调电阻(P1)连接到电阻(R5)和热电耦传感器的负端(RD-)，电阻(R6)连接到二极管(D5)和电阻(R7)，电阻(R7)连接到电阻(R8)和电阻(R10)，电阻(R10)连接到运放(IC2A)的2脚和电阻(R12)，电阻(R12)连接到运放(IC2A)的1脚和电容(C4)、电阻(R13)，电阻(R25)连接到电阻(R9)和热电耦传感器的正端(RD+)，电阻(R9)连接到电阻(R11)和运放(IC2A)的3脚；电阻(R14)和电容(C5)连接到电容(R15)和运放(IC2B)的6脚，电阻(R13)连接到电阻(R16)和运放(IC2B)的5脚，电阻(R16)连接到电阻(R7)和电阻(R18)，电阻(R17)连接到三极管(N1)，三极管(N1)连接到蜂鸣器(B)，电阻(R18)连接到三极管(N2)，三极管(N2)连接到电阻(R19)和电阻(R20)，电阻(R20)连接到三极管(N3)，三极管(N3)连接到二极管(D6)和继电器(J)；

单片机(IC5)的1脚和2脚连接到电容(C6)，单片机(IC5)的1脚连接到单片机(IC5)的5脚，单片机(IC5)的3脚连接到电阻(R26)，电阻(R26)连接到三极管(N5)，三极管(N5)连接到数码管(A1)，单片机(IC5)的16脚连接到电阻(R34)，电阻(R34)连接到三极管(N6)，三极管(N6)连接到数码管(A3)，单片机(IC5)的15脚连接到电阻(R35)，电阻(R35)连接到三极管(N7)，三极管(N7)连接到数码管(A2)，单片机(IC5)的6～12脚分别连接到电阻(R27～R33)，电阻(R27～R33)分别连接到数码管(A1～A3)的3～9脚，电阻(R27～R29)分别连接到微动开关(S1～S3)，微动开关(S1～S3)连接到电阻(R38)，电阻(R38)连接到GND，单片机(IC5)的17脚连接到电阻(R36)、电容(C7)和电容(C8)，电阻(R36)连接到运放(IC2A)的1脚(VT)，单片机(IC5)的18脚连接到电阻(R37)和VCTL，电阻(R37)连接到发光二极管(L1)，发光二极管(L1)连接到GND。

2.根据权利要求1所述的快速升温智能无铅焊台控制器，其特征在于单片机(IC5)采用PIC16F819单片机。

3.权利要求1所述的快速升温智能无铅焊台控制器的控制方法，其特征在于热电偶放大电路对烙铁头内的热电偶温度信号进行放大，冷端补偿电路对环境温度引起的热电偶信号误差进行补偿，放大后的热电偶温度信号进入单片机内的AD转换电路转换为数字信号，单片机根据设定温度和测量温度的差值计算出控制脉冲时间比例，通过可控硅过零触发电路控制烙铁发热体加热功率的大小；同时单片机将采集的实时温度信号送LED数码管进行数字显示；另外一路放大后的热电偶信号进入超温及故障检测电路，若出现超温及故障时输出信号使得蜂鸣器报警电路报警，同时输出信号使继电器断开，切断加热电源。

Images