CN107728504A - 基于arm的凹版印刷电子装备烘干系统控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，包括控制终端，控制终端内设置有控制芯片、信号处理单元、加热管控制单元和通信单元，控制芯片分别与信号处理单元、加热管控制单元和通信单元连接，信号处理单元连接有温度传感器，温度传感器设置在烘箱中，烘箱的加热管与所述加热管控制单元连接。本发明基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，一方面可通过信号处理单元和温度传感器精确地测得烘箱内的温度信息，其可测量温度范围在0℃‑200℃之间，测量精度能达到0.1℃，另一方面在加热管控制单元和风机控制单元的协同作用下，烘箱内部可始终保持预设的温度，以满足印刷电子产品烘干工艺的要求。
Description
技术领域
本发明属于印刷电子装备烘干系统控制装置技术领域，特别是涉及一种基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器。
背景技术
印刷电子技术是利用传统印刷工艺制造电子元器件和电子产品的新兴技术。凹版印刷装备是生产印刷电子产品的理想设备之一，具有工艺稳定、耐印力高、墨路短、墨层厚实等特点。在印刷电子产品制造过程中，印刷品油墨的烘干是非常重要的一个环节，其烘干效果的好坏直接决定着印刷品的质量和印刷速度。烘干技术有对流烘箱、电加热板、电流烧结技术、微波烧结技术、激光烧结技术等。与印刷电子产品相比，传统印刷产品对流烘箱的烘干温度多低于100℃，持续的时间要少很多，且传统烘干温度控制方式多为开环控制，控制精度低。凹版印刷设备生产印刷电子产品需要更高、更精确的烘干温度和更长的烘干时间，因此，针对现有传统对流烘箱烘干系统存在的问题和烘干印刷电子产品的需求，设计满足印刷电子制造工艺要求的凹版印刷电子装备烘干系统控制器就显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，可为印刷电子产品制造工艺提供较高且精准的烘干温度。
本发明所采用的技术方案是：基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，包括控制终端，所述控制终端内设置有控制芯片、信号处理单元、加热管控制单元和通信单元，所述控制芯片分别与所述信号处理单元、加热管控制单元和通信单元连接，所述信号处理单元连接有温度传感器，所述温度传感器设置在烘箱中，所述烘箱的加热管与所述加热管控制单元连接。
本发明的特点还在于：
所述烘箱中设置有风机，所述控制终端内设置有风机控制单元，所述风机与所述风机控制单元连接，所述风机控制单元与所述控制芯片连接。
所述温度传感器为PT100，所述PT100上设置有第一接线端、第二接线端和第三接线端，所述的第一接线端和第二接线端为连接在一起的共用端。
所述控制芯片的型号为STM32F103ZET6。
所述信号处理单元包括芯片U1和芯片U2，所述芯片U1含有运放U1A和运放U1B，所述芯片U2含有运放U2A和运放U2B；运放U1A的反相输入端与外接模拟地之间接有电阻R1，运放U1A的反相输入端与运放U1A的输出端之间接有电阻R2，运放U1A的输出端与运放U1B的同相输入端之间接有电阻R3，运放U1A的同相输入端与运放U1B的反相输入端之间接有电阻R4，运放U1A的同相输入端与外界电源之间接有电阻R5，运放U1B的反相输入端与运放U1B的输出端连接；所述第一接线端与运放U1B的同相输入端连接，运放U1B的同相输入端与运放U2A的反相输入端之间接有电阻R6，所述第二接线端与运放U2A的同相输入端之间接有电阻R7，所述第三接线端与运放U2A的负极连接，运放U2A的反相输入端与运放U2A的输出端之间接有电阻R8，运放U2A的输出端与运放U2B的同相输入端之间依次串接电阻R9和电阻R10，运放U2B的反相输入端与运放U2A的负极之间接有电阻R11，电阻R10与电阻R11之间接有电容C1，电阻R9与电阻R11之间接有电容C2，电阻R9与运放U2B的输出端之间依次串接有电容C3和电阻R12，运放U2B的输出端与运放U2B的反相输入端之间接有电阻R13。
连接所述第一接线端与所述运放U1B的同相输入端之间的电路上接有PT100线阻RW1，连接所述第二接线端与所述运放U2A的同相输入端之间的电路上接有PT100线阻RW2，连接所述第三接线端与所述运放U2B反相输入端之间的电路上接有PT100线阻RW3。
所述加热管控制单元包括芯片U3，所述芯片U3上设置有运放U3A，运放U3A的反相输入端与运放U3A的输出端连接，运放U3A的正极与运放U3A的同相输入端之间接有电阻R14，运放U3A的输出端与运放U3A的负极之间分别接有二极管D1和固态继电器P1，所述二极管D1的阳极与运放U3的负极连接，二极管D1的阴极与运放U3A的输出端连接。
所述风机控制单元包括芯片U4，所述芯片U4上设置有运放U4A和运放U4B，所述运放U4A的反相输入端和所述运放U4B的同相输入端分别与所述运放U4A的输出端连接，所述运放U4A的负极与所述运放U4B的反相输入端之间接有电阻R15，所述运放U4B的输出端与所述运放U4B的反相输入端之间接有电阻R16。
所述芯片U1、芯片U2、芯片U3、芯片U4的型号均为OP291。
所述通信单元包括芯片U5，所述芯片U5为TJA1050，所述TJA1050的引脚1与所述STM32F103ZET6的CAN_TX引脚连接，TJA1050的引脚4与所述STM32F103ZET6的CAN_RX引脚连接，TJA1050的引脚6和TJA1050的引脚7之间连接有电阻R17，TJA1050的引脚2和TJA1050的引脚3之间连接有电容C4。
本发明的有益效果是：本发明基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，一方面可通过信号处理单元和温度传感器精确地测得烘箱内的温度信息，其可测量温度范围在0℃-200℃之间，测量精度能达到0.1℃，另一方面在加热管控制单元和风机控制单元的协同作用下，烘箱内部可始终保持预设的温度，以满足印刷电子产品烘干工艺的要求。
附图说明
图1是本发明基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器的工作原理图；
图2是本发明基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器中信号处理单元的电路原理图；
图3是本发明基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器中加热管控制单元的电路原理图；
图4是本发明基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器中风机控制单元的电路原理图；
图5是本发明基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器中通信单元的电路原理图。
图中：1.上位机，2.信号处理单元，3.控制芯片，4.风机控制单元，5.控制终端，6.风机，7.温度传感器，8.烘箱，9.加热管，10.加热管控制单元，11通信单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器的控制终端主要由控制芯片3、加热管控制单元10、信号处理单元2、通信单元11、温度传感器7和风机控制单元4组成，其中控制芯片3采用STM32F103ZET6，温度传感器7采用PT100。PT100安装在烘箱8中，其采集到的温度模拟信号会通过信号处理单元2传送至控制芯片3进行信号分析处理。若分析得出烘箱8内的温度低于预设值，控制芯片3会控制加热管控制单元10使固态继电器P1闭合，此时加热管9启动对烘箱8进行加热，与此同时控制芯片3还可通过风机控制单元4向变频器发送模拟信号，变频器会根据给定的模拟信号控制风机6启动，通过风力作用使烘箱8内的温度较为均衡；若分析得出烘箱8内温度高于设定值，控制芯片3会控制加热管控制单元10使固态继电器P1断开，此时加热管9和风机6均不工作，整个控制为闭环控制。控制芯片3通过通讯单元11与上位机1连接，一方面可通过上位机1实时监测控制终端5的运行状况，另一方面工作人员还可通过上位机1向控制芯片3发出指令，调整控制终端5的运行状况。
使用PT100检测烘箱温度时，需要确保经过PT100的电流是恒定的，其电流恒定是通过恒流电路来实现的。如图2所示，该恒流电路由芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和参考电压构成，其中R1＝R2＝R4＝R5＝24kΩ，R3＝2.5kΩ，参考电压为2.5V。
具体来说，运放U1A、电阻R1、电阻R2、电阻R4和电阻R5构成差分放大电路，由于电阻R1、电阻R2、电阻R4和电阻R5的阻值相等，故而该差分放大电路的放大倍数G＝1，参照虚短和虚断原理可得：
VU1A＝G×2.5V+VU1B (1)
公式(1)中：VU1A为运放U1A输出端电压，VU1B为运放U1B输出端电压。
运放U1B的反相输入端和输出端相连构成电压跟随器，因此可知：
VU1B＝VU1B+＝VU1B- (2)
公式(2)中：VU1B+为运放U1B同相输入端端电压，VU1B-为是运放U1B反相输入端电压。
电阻R3两端的电压：
VR3＝VU1A-VU1B+ (3)
由公式(1)、(2)和(3)可算出流过电阻R3的电流：
I＝VR3/R3＝2.5V/2.5KΩ＝1mA (4)
故而，该恒流电路可为PT100提供1mA电流。
为了确保测量结果的精确性，设计时应该考虑到PT100的线阻影响，PT100三线制补偿线阻电路可用以解决此问题。
参照图2，PT100三线制补偿线阻电路由运放U2A、电阻R6、电阻R7和电阻R8共同组成，其中RW1、RW2和RW3分别为PT100的模拟线电阻，R6＝R7＝100kΩ，R8＝49.9kΩ，由模拟电路虚短和虚断可得出：
(VIN-VU2A-)/R6＝(VU2A--VU2A)/R8 (5)
VIN＝VRW1+VPT100+VRW3 (6)
VU2A-＝VU2A+＝VPT100+VRW3 (7)
IU2A-＝IU2A+＝0 (8)
公式(5)、(6)、(7)和(8)中：VRWX为PT100线阻电压，VPT100为PT100两端电压，VU2A-为运放U2A反相输入端电压，VU2A+为运放U2A同相输入端电压，IU2A+为运放U2A同相输入端电流，IU2A-为运放U2A反相输入端电流。
由公式(5)、(6)、(7)和(8)得出：
VU2A＝VPT100 (9)
因此，由公式(9)可知该PT100三线制补偿线阻电路可以补偿掉PT100的线阻。
图2中，运放U2B、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C1、电容C2和电容C3共同构成了一个二阶低通有源滤波电路，其中R9＝18kΩ，R10＝110kΩ，R11＝3.09kΩ，R12＝1kΩ，R13＝20kΩ，C1＝180nF，C2＝390nF，C3＝68nF。
由虚短和虚断可知，该二阶低通有源滤波电路输出端电压为：
VU2B＝(1+R11/R13)VU2B+ (10)
公式(10)中：VU2B为运放U2B输出端电压，VU2B+为运放U2B同相输入端电压，U2B的输出电压连接到STM32F103ZET6的AD转换输入引脚。
如图3所示，加热管控制单元10的本质是固态继电器P1的控制电路，其中R14＝1kΩ，D1型号为1N4148。STM32F103ZET6的PB12引脚与电阻R14连接后接入5V电压，之后再与运放U3A一起构成电压跟随器，为固态继电器P1提供5V电压。
如图4所示，运放U4A相当于电压跟随器，运放U4B、电阻R15和电阻R16构成放大电路，可将输出模拟信号送至变频器从而控制风机6工作，其中R15＝3.09kΩ，R16＝10kΩ，该电路输出电压为；
VU4B＝(1+R15/R16)VU4B+ (11)
公式(11)中：VU4B为运放U4B输出端电压，VU4B+为运放U4B同相输入端电压。
参照图5，通信单元11由芯片U5、电容C4和电阻R17组成，其中芯片U5为TJA1050，C4＝0.1uF，R17＝120kΩ。
具体来说，TJA1050的引脚1与STM32F103ZET6的CAN_TX引脚连接，TJA1050的引脚4与STM32F103ZET6的CAN_RX引脚连接，TJA1050的引脚6与控制器局域网络CAN的低电平总线连接，TJA1050的引脚7与控制器局域网络CAN的低电平总线连接，TJA1050的引脚6和TJA1050的引脚7之间连接有电阻R17，TJA1050的引脚2和TJA1050的引脚3之间连接有电容C4。
Claims (10)
1.基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，包括控制终端(5)，所述控制终端(5)内设置有控制芯片(3)、信号处理单元(2)、加热管控制单元(10)和通信单元(11)，所述控制芯片(3)分别与所述信号处理单元(2)、加热管控制单元(10)和通信单元(11)连接，所述信号处理单元(2)连接有温度传感器(7)，所述温度传感器(7)设置在烘箱(8)中，所述烘箱(8)的加热管(9)与所述加热管控制单元(10)连接。
2.根据权利要求1所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，所述控制终端(5)内设置有风机控制单元(4)，所述风机控制单元(4)与所述控制芯片(3)连接，所述烘箱(8)中设置有风机(6)，所述风机(6)与所述风机控制单元(4)连接。
3.根据权利要求1所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，所述控制芯片(3)的型号为STM32F103ZET6。
4.根据权利要求3所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，所述温度传感器(7)为PT100，所述PT100上设置有第一接线端、第二接线端和第三接线端。
5.根据权利要求4所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，所述信号处理单元(2)包括芯片U1和芯片U2，所述芯片U1包含运放U1A和运放U1B，所述芯片U2包含运放U2A和运放U2B；其中运放U1A的反相输入端与外接模拟地之间接有电阻R1，运放U1A的反相输入端与运放U1A的输出端之间接有电阻R2，运放U1A的输出端与运放U1B的同相输入端之间接有电阻R3，运放U1A的同相输入端与运放U1B的反相输入端之间接有电阻R4，运放U1A的同相输入端与外接电源之间接有电阻R5，运放U1B的反相输入端与运放U1B的输出端连接；所述第一接线端与运放U1B的同相输入端连接，运放U1B的同相输入端与运放U2A的反相输入端之间接有电阻R6，所述第二接线端与运放U2A的同相输入端之间接有电阻R7，所述第三接线端与运放U2A的负极连接，运放U2A的反相输入端与运放U2A的输出端之间接有电阻R8，运放U2A的输出端与运放U2B的同相输入端之间依次串接电阻R9和电阻R10，运放U2B的反相输入端与运放U2A的负极之间接有电阻R11，电阻R10与电阻R11之间接有电容C1，电阻R9与电阻R11之间接有电容C2，电阻R9与运放U2B的输出端之间依次串接有电容C3和电阻R12，运放U2B的输出端与运放U2B的反相输入端之间接有电阻R13。
6.根据权利要求5所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，连接所述第一接线端与所述运放U1B的同相输入端之间的电路上接有PT100线阻RW1，连接所述第二接线端与所述运放U2A的同相输入端之间的电路上接有PT100线阻RW2，连接所述第三接线端与所述运放U2B反相输入端之间的电路上接有PT100线阻RW3。
7.根据权利要求6所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，所述加热管控制单元(10)包括芯片U3，所述芯片U3包含运放U3A，所述运放U3A的反相输入端与运放U3A的输出端连接，运放U3A的正极与运放U3A的同相输入端之间接有电阻R14，运放U3A的输出端与运放U3A的负极之间分别接有二极管D1和固态继电器P1，所述二极管D1的阳极与运放U3A的负极连接，二极管D1的阴极与运放U3A的输出端连接。
8.根据权利要求7所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，所述风机控制单元(4)包括芯片U4，所述芯片U4上设置有运放U4A和运放U4B，所述运放U4A的反相输入端和所述运放U4B的同相输入端分别与所述运放U4A的输出端连接，所述运放U4A的负极与所述运放U4B的反相输入端之间接有电阻R15，所述运放U4B的输出端与所述运放U4B的反相输入端之间接有电阻R16。
9.根据权利要求8所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，所述芯片U1、芯片U2、芯片U3和芯片U4的型号均为OP291。
10.根据权利要9所述的基于ARM的凹版印刷电子装备烘干系统控制器，其特征在于，所述通信单元(11)包括芯片U5，所述芯片U5为TJA1050，所述TJA1050的引脚1与所述STM32F103ZET6的CAN_TX引脚连接，TJA1050的引脚4与所述STM32F103ZET6的CAN_RX引脚连接，TJA1050的引脚6和TJA1050的引脚7之间连接有电阻R17，TJA1050的引脚2和TJA1050的引脚3之间连接有电容C4。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180223 |