CN106825830B - 一种安全电烙铁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全电烙铁，包括主控模块、电源电路模块、监测模块和执行动作模块，监测模块包括温度传感器和安装在手柄处的触摸传感器，执行动作模块包括光耦双向可控硅模块和直流电机模块；利用温度传感器和触摸传感器监测电烙铁当前工作状态，通过主控模块实现对电烙铁的控制，利用可控硅和直流电机实现安全防护。其中，可控硅主要用于及时切断电源，使电烙铁得以降温；直流电机主要用于带动风扇工作实现加速烙铁芯降温冷却。与现有的电烙铁相比，本发明电烙铁在绝大多数情况下都可以实现高效的安全防护功能。

Description

一种安全电烙铁

技术领域

本发明涉及电烙铁智能控制技术领域，尤其涉及一种能完成对电烙铁工作状态的监控以及做出相应防护措施的安全电烙铁。

背景技术

电烙铁是一种通过产生高温来熔化焊锡和焊接电子元器件的工具，在电子制作和电器维修中必不可少，得到广泛的应用。

然而传统的电烙铁无法在使用完成后实现自动断电。由于电烙铁在使用时会产生300摄氏度以上的高温。如果不能在使用完成后及时断电，便有可能会造成人员烫伤甚至引燃明火等安全事故。

针对这一安全性上的缺失，已经有部分电烙铁在传统的电烙铁上进行了改进，加入了自动断电的功能以提高其安全性。其中大部分使用的是采用继电器延时断开的方式进行关断电烙铁。但是由于延迟时间长短需要根据具体的实际情况来确定，还有不同的业余电子爱好者对电烙铁的使用有自己的习惯，这对于各式各样的使用人群是相当不友好的。此外，有的改造体积过于庞大，不利于便携性和轻巧性；有的可靠性过差，不利于稳定的实现安全保护的功能等等。

也有部分电烙铁实现了加入数字系统来进行控制，比如利用单片机来实现定时断电。然而这些电烙铁也仅仅只局限于定时断电。从电烙铁断电开始到恢复到常温，至少需要10分钟的冷却时间，在这段时间内不加装任何防护，成为安全性保护的一个空白期。在这段时间内，电烙铁依然无法防止工作人员或其他不知情的人员(包括幼儿在内)无意触碰而被烫伤。甚至也足以有时间来引燃明火，发生严重的安全事故。最为突出的是，一旦电源线搭在烙铁头上，其上的绝缘层在极短的时间内就会被烧毁，导致电烙铁漏电的严重安全事故。这种烙铁头烧毁电源线的情况在任何时刻都可能会发生，但同时也是绝对不会被允许的。当前的部分安全型电烙铁无法做到对这段空白期的安全保护。

除此之外，其中部分的电烙铁还存在着无法实现全自动调控、依然需要部分人为干预的缺点。也有电烙铁一味追求安全可靠而忽视使用的方便性和烙铁芯使用寿命。还有部分电烙铁以点亮LED灯的形式来警示当前烙铁的高温危险，而这种警示方式既不能显著的提供警示作用，也不能防止不知情的人员无意间触碰。

总的来说，当前的电烙铁要么完全不具备安全保护功能，要么不能实现全自动的高校节能的绝对安全。当出现人为的操作失误和疏漏时，很容易引发人身和财产的安全事故。这些缺点和不足，使得当下对电烙铁的安全性无法得到妥善的解决。

发明内容

由于实际工作中对安全性保护的需要，同时针对上述缺点和不足，本发明设计了一种使用主控模块控制的电烙铁，以确保断电之后能快速冷却降温，防止烫伤。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种安全电烙铁，包括：主控模块、电源电路模块、监测模块和执行动作模块；所述监测模块包括温度传感器和安装在手柄处的触摸传感器，所述执行动作模块包括光耦双向可控硅模块和直流电机模块；所述温度传感器、触摸传感器、光耦双向可控硅模块和直流电机模块均与主控模块连接；

所述触摸传感器用于判断电烙铁是否处于工作状态(有人手握时为工作状态，无人手握时是非工作状态)；所述温度传感器用于监测烙铁头温度；所述光耦双向可控硅模块通过开断，控制电烙铁当前温度；所述直流电机模块用于驱动风扇工作，实现加速烙铁芯的冷却；

所述主控模块接收触摸传感器采集的工作状态信息和温度传感器采集的温度信息，将电烙铁分为三个状态，并执行相应的动作：

其一，当电烙铁手柄处于有人手握状态时，表明正处于正常焊接工作中，此时主控模块控制双向可控硅的导通角全开，同时直流电机模块控制的风扇不予工作，使之正常升温。

其二，当电烙铁手柄处于无人手握状态，且温度传感器返回烙铁头为常温时，表明电烙铁处于空闲状态，此时主控模块不给以双向可控硅有效信号，使之处于关断状态，即对烙铁芯不予升温。这种功能允许电烙铁永久式接通电源线，无需人为拔掉电源线。

其三，当电烙铁手柄处于无人手握状态，且温度传感器指示烙铁头当前处于高温状态，表明电烙铁刚刚完成焊接，此时操作人员正在进行其他工作而暂时性不会用到电烙铁，或者是已然完成焊接工作。一旦监测到上述状态，主控模块启动内部定时器。在预先设定的计时时间内，主控模块保持双向可控硅处于全通状态，对电烙铁进行保温处理，在此段定时时间内，若温度传感器和触摸传感器监测到工作状态发生改变，则立即根据当前状态切换到上述对应的执行模式中。若定时时间到，两个传感器未监测到工作状态发生改变，则执行关断电烙铁和启动风扇的降温保护功能。此时主控模块不给以双向可控硅有效信号，使之处于关断状态，即对烙铁芯不予升温，同时接通直流电机模块，启动直流电机带动风扇旋转，起到通风功能，实现加速高温烙铁芯的冷却为。当检测到烙铁芯温度降低到室温时，停止风扇的工作。

进一步地，所述电源电路模块将220V交流电转化为5V直流电供给主控模块、监测模块和执行动作模块使用；同时将220V交流电直接给烙铁芯加热。

进一步地，使用双向可控硅，使得主控模块给出的控制信号接至光耦隔离开关，通过光耦隔离开关将主控模块的数字信号传递至双向可控硅的控制级以控制双向可控硅的导通角，实现对电烙铁中的等效电流的控制，从而调节烙铁头的温度。

本发明的有益效果是：本发明利用主控模块，通过对当前电烙铁所处的工作状态做出判断，从而控制双向可控硅和直流电机的工作，以实现对高温电烙铁做出安全的防护。在及时关断电流的保护机制下，通过风扇的通风可以实现加速降温冷却。

附图说明

图1为电烙铁内部电路的电气连接示意图；

图2为主控模块工作流程。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供的一种安全电烙铁，包括：主控模块、电源电路模块、监测模块和执行动作模块；所述监测模块包括温度传感器和安装在手柄处的触摸传感器，所述执行动作模块包括光耦双向可控硅模块和直流电机模块；所述温度传感器、触摸传感器、光耦双向可控硅模块和直流电机模块均与主控模块连接；

所述触摸传感器用于判断电烙铁是否处于工作状态(有人手握时为工作状态，无人手握时是非工作状态)；所述温度传感器用于监测烙铁头温度；所述光耦双向可控硅模块通过开断，控制电烙铁当前温度；所述直流电机模块用于驱动风扇工作，实现加速烙铁芯的冷却；

所述主控模块接收触摸传感器采集的工作状态信息和温度传感器采集的温度信息，将电烙铁分为三个状态，并执行相应的动作：

其一，当电烙铁手柄处于有人手握状态时，表明正处于正常焊接工作中，此时主控模块控制双向可控硅的导通角全开，同时直流电机模块控制的风扇不予工作，使之正常升温。

其二，当电烙铁手柄处于无人手握状态，且温度传感器返回烙铁头为常温时，表明电烙铁处于空闲状态，此时主控模块不给以双向可控硅有效信号，使之处于关断状态，即对烙铁芯不予升温。这种功能允许电烙铁永久式接通电源线，无需人为拔掉电源线。

其三，当电烙铁手柄处于无人手握状态，且温度传感器指示烙铁头当前处于高温状态，表明电烙铁刚刚完成焊接，此时操作人员正在进行其他工作而暂时性不会用到电烙铁，或者是已然完成焊接工作。一旦监测到上述状态，主控模块启动内部定时器。在预先设定的计时时间内，主控模块保持双向可控硅处于全通状态，对电烙铁进行保温处理，在此段定时时间内，若温度传感器和触摸传感器监测到工作状态发生改变，则立即根据当前状态切换到上述对应的执行模式中。若定时时间到，两个传感器未监测到工作状态发生改变，则执行关断电烙铁和启动风扇的降温保护功能。此时主控模块不给以双向可控硅有效信号，使之处于关断状态，即对烙铁芯不予升温，同时接通直流电机模块，启动直流电机带动风扇旋转，起到通风功能，实现加速高温烙铁芯的冷却为。当检测到烙铁芯温度降低到室温时，停止风扇的工作。

进一步地，所述电源电路模块将220V交流电转化为5V直流电供给主控模块、监测模块和执行动作模块使用；同时将220V交流电直接给烙铁芯加热。

进一步地，使用双向可控硅，使得主控模块给出的控制信号接至光耦隔离开关，通过光耦隔离开关将主控模块的数字信号传递至双向可控硅的控制级以控制双向可控硅的导通角，实现对电烙铁中的等效电流的控制，从而调节烙铁头的温度。

实施例1

如图1所示，所述主控模块为单片机主控模块。

1)单片机主控模块：包括单片机U1、复位电路和晶振电路，其中，所述复位电路为复位按钮S2；复位按钮S2一端与单片机U1的复位端口相连，另一端接地；所述晶振电路包括晶振XTAL、非极性电容C2和非极性电容C3；所述非极性电容C2的一端与晶振XTAL的一端相连后与单片机U1的第一外部时钟输入端口相连，非极性电容C3的一端与晶振XTAL的另一端相连后与单片机U1的第二外部时钟输入端口相连；非极性电容C2的另一端和非极性电容C3的另一端均接地。所述单片机U1可以使用ATMEL公司的型号Atemega128的产品，但不限于此。

2)电源电路模块：主要包括一个常用的交流220V转直流5V的降压桥式整流电路。其中，输入的220V交流电连接至一个220V转9V的变压器的原边，该变压器的副边产生的9V交流电连接至四个二极管组成的桥式整流电路的输入端。该桥式整流电路的输出端接入一个100uF的电容，同时并联接入稳压芯片的输入端。稳压芯片的接地端接地，输出端接至单片机U1的VCC供电端口。

3)温度传感器：鉴于单片机需要采集当前烙铁芯的温度信息，所以需要有外接传感器将温度量转化为电信号送入单片机。考虑到其所需完成的功能简单，为尽可能降低成本，同时又需要保证其能在300℃的高温环境下可靠工作，在本实施例中选择NTC热敏电阻作为简易的温度传感器。通过其温度的变化而产生电阻的变化，在双电阻分压电路上的电压信号IN_Tem也将相应变化。将此信号送入单片机进行AD转化之后，便可以读回当前温度值。

4)触摸传感器：鉴于单片机需要明确当前是否有人正在焊接，需要有外接传感器判别是否有工作人员正在操作。考虑到传感器在复杂环境下的可靠性，以及长时间使用的寿命，本实施例中选用TTP_223触摸传感器进行说明。其触摸传感器规格为5mm x 5mm，完全适合PCB板上的尺寸限制，也完全适合与人体手指进行接触。所述触摸传感器的VCC连接至5V电源，GND端连接至数字地，SIG端连接至单片机一个IO口。当无人触摸时，SIG端保持低电平。当感应到外部触摸时，SIG端将返回一个高电平信号IN_Touch。此信号被单片机读取，从而识别电烙铁当前是否处于有人手持的焊接状态。

5)光耦双向可控硅模块：由于单片机的数字信号需要实现220V交流电的控制，本发明中以双向可控硅作为弱电与强电的连接。同时本发明采用光耦隔离开关确保强电信号对数字系统的隔离，使主控模块保持稳定。光耦双向可控硅的主电级直接与220V电源线相连，门级与单片机的PD1引脚相连。当单片机输出高电平门级信号OUT_AC时，双向可控硅便处于全角导通状态，电烙铁正常升温工作。反之，单片机输出低电平时，便可将其关断，使烙铁芯自然冷却降温。

直流电机模块：由单片机通过在IO口输出名为OUT_M的高电平信号至功放基极，使得功放导通并由5V电源直接给直流电机供电启动，带动小型风扇旋转，进行通风散热。反之单片机输出低电平则关断功放，使得电机处于停转状态。

如图2所示，对单片机内部程序流程进行说明。当插入电源线提供220V交流电源时，电源电路模块为单片机提供5V数字电源，单片机开始工作。其首先读取触摸传感器数据，优先判断是否处于有人工作状态。若检测到有人触摸，则控制电烙铁正常升温；若检测到完成焊接之后的无人触摸状态，则继续读取温度传感器信号，若检测到当前烙铁芯处于常温状态，则关闭直流电机，关闭可控硅；若检测到当前烙铁芯处于高温状态，则启动定时器，在定时时间到达时关断可控硅并启动直流电机，以停止电烙铁的加热和启动风扇的通风降温。在上述的各个工作状态中，若在执行过程中发现传感器的状态发生改变，则做出相应调整，切换到上述对应的执行模式中。

Claims (3)

1.一种安全电烙铁，其特征在于，包括：主控模块、电源电路模块、监测模块和执行动作模块；所述监测模块包括温度传感器和安装在手柄处的触摸传感器，所述执行动作模块包括光耦双向可控硅模块和直流电机模块；所述温度传感器、触摸传感器、光耦双向可控硅模块和直流电机模块均与主控模块连接；

所述触摸传感器用于判断电烙铁是否处于工作状态；所述温度传感器用于监测烙铁头温度；所述光耦双向可控硅模块通过开断，控制电烙铁当前温度；所述直流电机模块用于驱动风扇工作，实现加速烙铁芯的冷却；

所述主控模块接收触摸传感器采集的工作状态信息和温度传感器采集的温度信息，将电烙铁分为三个状态，并执行相应的动作：

其一，当电烙铁手柄处于有人手握状态时，表明正处于正常焊接工作中，此时主控模块控制双向可控硅的导通角全开，同时直流电机模块控制的风扇不予工作，使之正常升温；

其二，当电烙铁手柄处于无人手握状态，且温度传感器返回烙铁头为常温时，表明电烙铁处于空闲状态，此时主控模块不给以双向可控硅有效信号，使之处于关断状态，即对烙铁芯不予升温；

其三，当电烙铁手柄处于无人手握状态，且温度传感器指示烙铁头当前处于高温状态，表明电烙铁刚刚完成焊接，此时操作人员正在进行其他工作而暂时性不会用到电烙铁，或者是已然完成焊接工作；一旦监测到上述状态，主控模块启动内部定时器；在预先设定的计时时间内，主控模块保持双向可控硅处于全通状态，对电烙铁进行保温处理，在此段定时时间内，若温度传感器和触摸传感器监测到工作状态发生改变，则立即根据当前状态切换到对应的执行模式中；若定时时间到，两个传感器未监测到工作状态发生改变，则执行关断电烙铁和启动风扇的降温保护功能；此时主控模块不给以双向可控硅有效信号，使之处于关断状态，即对烙铁芯不予升温，同时接通直流电机模块，启动直流电机带动风扇旋转；当检测到烙铁芯温度降低到室温时，停止风扇的工作。

2.根据权利要求1所述的一种安全电烙铁，其特征在于，所述电源电路模块将220V交流电转化为5V直流电供给主控模块、监测模块和执行动作模块使用；同时将220V交流电直接给烙铁芯加热。

3.根据权利要求1所述的一种安全电烙铁，其特征在于，使用双向可控硅，使得主控模块给出的控制信号接至光耦隔离开关，通过光耦隔离开关将主控模块的数字信号传递至双向可控硅的控制级以控制双向可控硅的导通角，实现对电烙铁中的等效电流的控制，从而调节烙铁头的温度。