CN103399597A - 一种智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法 - Google Patents

一种智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法 Download PDF

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本发明公开了一种智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法，智能型电烙铁恒温控制电路包括单片机、变压器、整流电路、显示器、温度调节旋钮、第一电压检测支路、第二电压检测支路、NPN型的三极管Q和测量电阻RM；三极管Q的C极接整流电路的+24V直流电压输出端；三极管Q的E极依次经串联的RM和RL接地；三极管Q的B极接单片机的输出端口Out1；显示器与温度调节旋钮均与单片机连接；温度调节旋钮采用带电位器的旋钮。该智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法接线简单、温控精度高、响应快，采用这种智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法的电烙铁，其各项性能均远远超越现有产品。

Description

一种智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及一种智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法。
背景技术
现有可调、恒温电烙铁商业产品，一般采用热电偶以检测烙铁头的温度，另外有电路控制烙铁头加热，接线复杂，其主要缺点是：(1)发热体、采集头为两个不同物理体，采集判断至控制动作，响应时间长；(2)采集头与烙铁芯间有物理间隙，采集结果与烙铁芯实际温度偏差较大大；无法精确控制温度，(3)使用中，若采集头出现故障，则可导致烙铁芯温度不可控，直至烧坏；(4)烙铁芯至控制器最少需4线联接，接线复杂，便携受限，故障率高。
因此，有必要设计一种更好的可调恒温的电烙铁控制方法和装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法，该智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法接线简单、温控精度高、响应快。
本发明的技术解决方案如下：
一种智能型电烙铁恒温控制电路，包括单片机、变压器、整流电路、显示器、温度调节旋钮、第一电压检测支路、第二电压检测支路、NPN型的三极管Q和测量电阻RM；
变压器的输入侧接市电电源，变压器的输出侧经整流电路输出+24V直流电压为电烙铁的发热芯RL供电；
三极管Q的C极接整流电路的+24V直流电压输出端；三极管Q的E极依次经串联的RM和RL接地；三极管Q的B极接单片机的输出端口Out1；
第一电压检测支路包括相连的第一放大器和第一A/D转换器；第一电压检测支路的输入端接三极管Q的E极即A点；第一电压检测支路的输出端接单片机的输入端口In1；
第二电压检测支路包括相连的第二放大器和第二A/D转换器；第二电压检测支路的输入端接RM和RL的连接端即B点；第二电压检测支路的输出端接单片机的输入端口In2；
显示器与温度调节旋钮均与单片机连接；温度调节旋钮采用带电位器的旋钮。
所述的RL的阻值为0.1欧姆；第一放大器由2个基于运算放大器实现的反向放大器级联而成，放大倍数为0.2；第二放大器采用基于运算放大器实现的同向放大器，放大倍数为2。
一种智能型电烙铁恒温控制方法，采用前述的智能型电烙铁恒温控制电路，采用分时工作机制，每一个总工作周期T包括测量周期T1和加热周期T2，T＝T1+T2；T＝2s，T1＝0.2s。
在测量周期T1中，单片机的Out1端输出高电平，使得三极管Q导通；采用第一电压检测支路和第二电压检测支路分别采用测量A点和B点处的电压U1和U2；由单片机计算出此时的电阻Rx＝RM*(U1-U2)/U2；
在加热周期T2中，单片机的Out1端输出具有占空比k的PWM脉冲对电烙铁加热。
单片机中集成有PID控制器；PID控制器的给定信号为R0，R0是根据温度调节旋钮输入的温度值T查询T-R表所得的电阻值；PID控制器的反馈信号为Rx，PID控制器的输出量为占空比k。
本发明的核心构思在于：
(1)采用分时复用测量进行检测和加热。
(2)充分应用烙铁芯受电发热温升与其内阻值对应变化。
经对现有的某种烙铁芯不同温度时的内阻检测出来，测量100组值，形成T-R表，以下给出表中的几行值：
温度数显设定 发热芯电阻(Ω)
100 5.4
200 7.1
300 8.6
400 10.1
450 11.0
从由上表可看出，随温度的升高，发热芯的内阻是成正比例增大且在调控段内线性较好，大约温度每升高100度内阻增大1.5欧。
有鉴于此，基于检测实时电阻Rx以控制电烙铁温度成为可能。
有益效果：
本发明的智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法，具有以下突出优点：
(1)只引出两条线到烙铁头，即B点处的引出线以及地线，接线简单，故障率低，可靠性强。
(2)响应快，精度高。采用PID控制器控制电流的占空比，使得温度很快的稳定在设定值。
(3)界面友好。采用显示器显示设定温度和当前温度，使用方便。
(4)整个设备成本低，易于实施：
采用通用型的单片机(如51系列单片机)作为主控芯片，采用运放作为放大电路、采用A\D芯片进行模数转换，采用响应快的PID控制器，这些都是成熟的通用的器件，成本极低，有利于推广实施，具备较高的经济效益。
总之，这种智能型电烙铁恒温控制电路接线简单、易于实施、成本低、控制精度高、响应速度快，可靠性高，采用这种智能型电烙铁恒温控制电路及控制方法的电烙铁，其各项性能均远远超越现有产品。
附图说明
图1为智能型电烙铁恒温控制电路的电路原理图。
图2为智能型电烙铁的总体结构示意图；
图3为智能型电烙铁恒温控制方法对应的闭环控制原理图。
标号说明：1-插头，2-基座，3-显示器，4-烙铁头，5-调节旋钮，6-电源开关。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
如图1-3所示，一种智能型电烙铁恒温控制电路，包括单片机、变压器、整流电路、显示器、温度调节旋钮、第一电压检测支路、第二电压检测支路、NPN型的三极管Q和测量电阻RM；
变压器的输入侧接市电电源，变压器的输出侧经整流电路输出+24V直流电压为电烙铁的发热芯RL供电；
三极管Q的C极接整流电路的+24V直流电压输出端；三极管Q的E极依次经串联的RM和RL接地；三极管Q的B极接单片机的输出端口Out1；
第一电压检测支路包括相连的第一放大器和第一A/D转换器；第一电压检测支路的输入端接三极管Q的E极即A点；第一电压检测支路的输出端接单片机的输入端口In1；
第二电压检测支路包括相连的第二放大器和第二A/D转换器；第二电压检测支路的输入端接RM和RL的连接端即B点；第二电压检测支路的输出端接单片机的输入端口In2；
显示器与温度调节旋钮均与单片机连接；温度调节旋钮采用带电位器的旋钮。
所述的RL的阻值为0.1欧姆；第一放大器由2个基于运算放大器实现的反向放大器级联而成，放大倍数为0.2；第二放大器采用基于运算放大器实现的同向放大器，放大倍数为2。
一种智能型电烙铁恒温控制方法，采用前述的智能型电烙铁恒温控制电路，采用分时工作机制，每一个总工作周期T包括测量周期T1和加热周期T2，T＝T1+T2；T＝2s，T1＝0.2s。
在测量周期T1中，单片机的Out1端输出高电平，使得三极管Q导通；采用第一电压检测支路和第二电压检测支路分别采用测量A点和B点处的电压U1和U2；由单片机计算出此时的电阻Rx＝RM*(U1-U2)/U2；
在加热周期T2中，单片机的Out1端输出具有占空比k的PWM脉冲对电烙铁加热。
单片机中集成有PID控制器；PID控制器的给定信号为R0，R0是根据温度调节旋钮输入的温度值T查询T-R表所得的电阻值；PID控制器的反馈信号为Rx，PID控制器的输出量为占空比k。
电烙铁装置包括插头1、基座2和引出的烙铁头4，基座上设有调节旋钮5、电源开关6和显示器3，显示器用于显示设定温度和当前烙铁芯的温度。
由运算放大器构成同向放大器和方向放大器为现有成熟技术，故不赘述。
对控制过程简要说明如下：
在测量周期T1中，若Rx＜R0，则PID控制器输出的占空比k增加，使得烙铁头温度迅速升高；
若Rx升高到大雨R0，则PID控制器输出的占空比k减小，使得烙铁头温度降低；
最终使得温度Rx动态平衡到R0处。

Claims (4)

1.一种智能型电烙铁恒温控制电路，其特征在于，包括单片机、变压器、整流电路、显示器、温度调节旋钮、第一电压检测支路、第二电压检测支路、NPN型的三极管Q和测量电阻RM；
变压器的输入侧接市电电源，变压器的输出侧经整流电路输出+24V直流电压为电烙铁的发热芯RL供电；
三极管Q的C极接整流电路的+24V直流电压输出端；三极管Q的E极依次经串联的RM和RL接地；三极管Q的B极接单片机的输出端口Out1；
第一电压检测支路包括相连的第一放大器和第一A/D转换器；第一电压检测支路的输入端接三极管Q的E极即A点；第一电压检测支路的输出端接单片机的输入端口In1；
第二电压检测支路包括相连的第二放大器和第二A/D转换器；第二电压检测支路的输入端接RM和RL的连接端即B点；第二电压检测支路的输出端接单片机的输入端口In2；
显示器与温度调节旋钮均与单片机连接；温度调节旋钮采用带电位器的旋钮。
2.根据权利要求1所述的智能型电烙铁恒温控制电路，其特征在于，所述的RL的阻值为0.1欧姆；第一放大器由2个基于运算放大器实现的反向放大器级联而成，放大倍数为0.2；第二放大器采用基于运算放大器实现的同向放大器，放大倍数为2。
3.一种智能型电烙铁恒温控制方法，其特征在于，采用权利要求2所述的智能型电烙铁恒温控制电路，采用分时工作机制，每一个总工作周期T包括测量周期T1和加热周期T2，T＝T1+T2；T＝2s，T1＝0.2s。
在测量周期T1中，单片机的Out1端输出高电平，使得三极管Q导通；采用第一电压检测支路和第二电压检测支路分别采用测量A点和B点处的电压U1和U2；由单片机计算出此时的电阻Rx＝RM*(U1-U2)/U2；
在加热周期T2中，单片机的Out1端输出具有占空比k的PWM脉冲对电烙铁加热。
4.根据权利要求3中所述的智能型电烙铁恒温控制方法，其特征在于，单片机中集成有PID控制器；PID控制器的给定信号为R0，R0是根据温度调节旋钮输入的温度值T查询T-R表所得的电阻值；PID控制器的反馈信号为Rx，PID控制器的输出量为占空比k。
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