CN108176906A - 一种分离式智能焊台 - Google Patents
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Abstract
一种分离式智能焊台，焊台手柄上部设置有用于固定金属良导体的金属良导体固定座，烙铁头一端与包裹在金属良导体内的发热芯连接，另一端伸出金属良导体；焊台手柄底端设置有一号控制器，焊台手柄内设置有与磁感应线圈连接的动力系统；焊台主体顶部设置有用于放置焊台手柄的手柄置放槽，手柄置放槽内绕制有励磁线圈，焊台主体前端设置有二号控制器，励磁线圈与二号控制器器通过电磁振荡控制器连接，二号控制器与一号控制器通过无线模块连接，由电磁振荡控制器控制励磁线圈产生高频磁场，磁感应线圈接收能量通过电磁感应原理将磁能转化成电能，金属良导体接收能量通过涡流的电流热效应原理将磁能转化成热能，有效提高无线能量传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及焊台技术领域，尤其涉及一种分离式智能焊台。
背景技术
焊台是电子制作与电器维修的必备工具，其主要作用是通过产生高温（通常为350℃左右）以融化焊接材料（一般为焊锡），进而实现使元器件或者导线互相连接。
现有的焊台主要由焊台主机、烙铁手柄、手柄支架构成，如专利号为201310246101.2与201430394460.8的专利，焊台主机内由有良好接地的变压器与温控系统及调温器构成，用于将市电转换为适用于焊台的电压，通过温控系统设定、监测并保持焊台手柄的温度；焊台手柄主要由发热芯、温度传感器与绝缘手柄构成，用于产生高温，并将高温传递给焊料；手柄支架用于放置焊台手柄，避免高温损坏桌面或者其他材料。
然而目前的焊台主机与烙铁手柄采用导线连接，电能通过导线传递至烙铁手柄内的发热芯，但在进行复杂焊接或进行特定角度焊接时，导线易触碰到烙铁手柄内的发热芯，由于发热芯的额定温度远高于导线外表皮的熔点，易导致导线被烧坏，进而造成短路着火等诸多安全问题。
同时目前的焊台通常在进行温度设定后，将一直保持设定温度值，当烙铁手柄插入手柄架时亦如此，这样很容易在焊接后忘记关闭焊台时，造成过度加热进而引起火灾。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种分离式智能焊台，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种分离式智能焊台，包括设置有扩展组件的焊台手柄和焊台主体，其中，焊台手柄上部设置有用于固定金属良导体的金属良导体固定座，烙铁头一端与包裹在金属良导体内的发热芯连接，另一端伸出金属良导体；焊台手柄底端一侧设置有控制板，控制板上设置有一号控制器、用于与按键连接的按钮信号处理电路、用于与温度传感器连接的温度信号采集模块、温度控制器、六轴传感器、电源模块及通讯模块，可充电电池装配在控制板上方，无刷电机与无刷电子调速器设置在可充电电池前端，且无刷电机一端与无刷电子调速器连接，另一端通过螺旋传动杆与磁感应线圈连接，无刷电子调速器与一号控制器连接，以便能够实时调整磁感应线圈的位置，进而达到更高效的励磁效果；无刷电机与无刷电子调速器组成动力系统，无刷电子调速器用于通过接收控制板中一号控制器产生的PWM信号，并将PWM信号转化为无刷电机转动所需的三相电；
焊台主体顶部设置有用于放置焊台手柄的手柄置放槽，手柄置放槽内绕制有励磁线圈，焊台主体前端设置有面板，面板上镶嵌有显示器与按键，面板内设置有底座控制模块，底座控制模块包括二号控制器、电磁振荡控制器、用于与按键连接的按钮信号处理电路、用于与显示器连接的显示模块、电源模块及通讯模块，励磁线圈通过电磁振荡控制器与二号控制器连接，底座控制模块与控制板通过通讯模块连接，极大避免焊台手柄与焊台主体之间导线被烫坏进而产生触电、火灾等安全问题，分离式设计极大程度地增加了焊台的使用场景，如可以进行极限位置焊接，焊台主体底部设置有电源模块；
扩展组件装载在金属良导体固定座上；
工作时二号控制器通过电磁振荡控制器的MOSFET控制励磁线圈中的电流通断，从而在励磁线圈中激发出高频磁场，高频电磁波的一部分能量作为能量发送端，在焊台手柄插入手柄置放槽时，焊台手柄中的磁感应线圈在高频磁场中产生感应电流，进而将电能存储在可充电电池中，高频电磁波的另外一部分能量在金属良导体处形成涡流，进而产生电流热效应，为烙铁头加热。
在本发明中，焊台手柄底端另一侧设置有用于与外界进行数据交换的数据接口，用于与上位机连接，以实现对电池充电、升级MCU固件、给发热芯提供能量；并在控制板与数据接口之间镶嵌有用于置放无线设备天线的塑料条，塑料可使得焊台手柄内部信号良好的传输至外部，而不受金属外壳的影响。
在本发明中，手柄置放槽下方的焊台主体上设置有海绵置放盒，海绵置放盒为凹槽型结构，用于及时清洁焊台手柄内的烙铁头。
在本发明中，手柄置放槽为一个深度低于烙铁头长度的凹槽。
在本发明中，磁感应线圈是一系列绕制在圆柱支架上的线圈，在接收到励磁线圈产生的高频磁场信号时，很大程度地收集高频磁场能量，以存入可充电电池或供发热芯发热使用。
在本发明中，金属良导体内设置有温度传感器，用于实时监控烙铁头的温度，且温度传感器与一号控制器连接，以及时调整烙铁头温度。
在本发明中，发热芯由电阻丝加工而成，再与涡流生热的同时可作为电力辅助加热装置，以在很大程度上提升能量通过磁能传输效率，进而有效提升焊台加热速度。
在本发明中，扩展组件为圆柱筒状结构，其内径大于金属良导体固定座直径，并在扩展组件上设置有用于将扩展组件装载在金属良导体固定座上的金属触点，且金属触点与金属良导体固定座的拓展通信端口连接，以进行数据通信与能量传递；扩展组件上还设置有用于安装如摄像头、放大镜等的拓展模块，以对焊台手柄功能进行拓展。
在本发明中，拓展通信端口为镶嵌在金属良导体固定座上的四条金属圈，分别用作与GND、SDA、SCL和VCC连接，以通过特殊协议连接外部设备。
在本发明中，六轴传感器用于对焊台手柄的姿态数据进行采集，通过SPI总线或者IIC总线将采集到的位置数据传入一号控制器，由一号控制器对多传感器收集的多重数据进行数据融合及运用四元数方式对焊台手柄姿态进行姿态解算，再经过卡尔曼滤波最终确定该焊台手柄所处的空间位置，当检测到焊台手柄不处于正常工作位置，如焊台手柄插入手柄置放槽的姿态，一号控制器及时切断发热芯的电源或进行降温处理，有效避免因过度加热带来的发热芯老化、火灾等严重问题。
有益效果：
1）本发明能够有效提高焊台的安全系数、工作效率、集成程度与额外功能，焊台手柄与焊台主体通过无线连接，极大程度地避免焊台手柄与主机之间导线被烫坏进而发生触电、火灾等安全问题，分离式设计同时增加了焊台的使用场景；
2）本发明采用电能与热能协同传输，焊台主体内的励磁线圈将能量以高频磁场的形式传输，磁感应线圈接收高频磁场的能量并通过电磁感应原理将磁能转化成电能，金属良导体接收高频磁场的能量并通过涡流的电流热效应原理将磁能转化成热能，这种协同转化的方式有效提高无线能量传输效率；同时通过无刷电机改变磁感应线圈在焊台手柄内的位置，从而改变接收到的能量转化为电能与热能的比例，智能调节接收端能量的转化方式，有利于进一步提高能量利用效率，减少热损耗；
3）本发明在焊台手柄内设置加速度传感器，用于实时监测焊台手柄所处的空间位置，通过一号控制器对焊台手柄空间位置的采集和分析，当焊台手柄在非使用情况下自动停止加热，可有效避因过度加热带来的发热芯老化、火灾等严重问题；在姿态解算时，运用四元数方式来对姿态进行分析，以减少一号控制器的运算量；
4）本发明设置扩展端口，用于提高设备拓展能力，以增加焊台的使用场景，如在设计的摄像头模块，摄像头模块能够实时拍摄烙铁头和焊盘的图片，并通过无线模块传输至上位机，由上位机软件实现云播放效果。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例中的焊台手柄正视图。
图2为本发明的较佳实施例中的焊台手柄侧视图。
图3为本发明的较佳实施例中的焊台手柄俯视图。
图4为本发明的较佳实施例中的焊台主体正视图。
图5为本发明的较佳实施例中的焊台主体侧视图。
图6为本发明的较佳实施例中的扩展组件正视图。
图7为本发明的较佳实施例中的扩展组件侧视图。
图8为本发明的较佳实施例中的控制板框图。
图9为本发明的较佳实施例中的底座控制模块框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1～9的一种分离式智能焊台，包括焊台手柄、焊台主体、扩展组件、数据接口1、可充电电池2、无刷电机3、无刷电子调速器4、螺旋传动杆5、磁感应线圈6、金属良导体7、发热芯8、烙铁头9、拓展通信端口10、塑料条11、手柄置放槽12、海绵置放盒13、底座控制模块14、显示器15、按键16、电源模块17、励磁线圈18、金属良导体固定座19、金属触点20、拓展模块21及控制板22，其中，控制板22设置在焊台手柄底端一侧，用于与外界进行数据交换的数据接口1设置在焊台手柄底端另一侧，并在控制板22与数据接口1之间镶嵌有用于置放无线设备天线的塑料条11，控制板22上设置有一号控制器Microcontroller Unit（如STM32L151）、用于与按键连接的按钮信号处理电路、用于与温度传感器连接的温度信号采集模块、温度控制器、六轴传感器、电源模块及通讯模块，电源模块、按钮信号处理电路、温度信号采集模块、温度控制器、六轴传感器、通讯模块分别与一号控制器连接，通讯模块提供USB端口、蓝牙模块、无线模块三种通信方式，电源模块内设置有AC-DC转换器，用于将市电转换为5V或12V，可充电电池2装配在控制板22上方，并在可充电电池2前端安装有无刷电机3与无刷电子调速器4，无刷电机3一端与无刷电子调速器4连接，另一端通过螺旋传动杆5与磁感应线圈6连接，无刷电子调速器4与一号控制器连接，以便能够实时调整磁感应线圈6的位置，进而达到更高效的励磁效果；焊台手柄上部设置有用于固定金属良导体7的金属良导体固定座19，烙铁头9一端与包裹在金属良导体7内的发热芯8连接，另一端伸出金属良导体7，金属良导体固定座19外设置有拓展通信端口10；
焊台主体顶部设置有用于放置焊台手柄的手柄置放槽12，并在手柄置放槽12内绕制有励磁线圈18，手柄置放槽12下方的焊台主体上设置有凹槽型海绵置放盒13，焊台主体前端设置有面板，面板上镶嵌有显示器15与按键16，面板内设置有底座控制模块14，底座控制模块14包括二号控制器、用于与励磁线圈18连接的电磁振荡控制器、用于与按键16连接的按钮信号处理电路、用于与显示器15连接的显示模块、电源模块及通讯模块，电源模块、按钮信号处理电路、电磁振荡控制器、显示模块、通讯模块与二号控制器连接，通讯模块提供USB端口和无线模块两种通信方式，电源模块内设置有AC-DC转换器，用于将市电转换为5V或12V，底座控制模块14通过无线模块与控制板22的无线模块连接，极大避免焊台手柄与焊台主体之间导线被烫坏进而产生触电、火灾等安全问题，分离式设计极大程度地增加了焊台的使用场景，如可以进行极限位置焊接，焊台主体底部设置有电源模块17；
手柄置放槽12为一个深度低于烙铁头9长度的凹槽，工作时二号控制器通过电磁振荡控制器的MOSFET控制励磁线圈18中的电流通断，从而在励磁线圈18中激发出高频磁场，高频电磁波的一部分能量作为能量发送端，在焊台手柄插入手柄置放槽12时，焊台手柄中的磁感应线圈6在高频磁场中产生感应电流，进而将电能存储在可充电电池2中，高频电磁波的另外一部分能量在金属良导体7处形成涡流，在金属良导体7中产生电流热效应，为烙铁头9加热；
扩展组件为圆柱筒状结构，其内径大于金属良导体固定座19直径，并在扩展组件上设置有用于将扩展组件装载在金属良导体固定座19上的金属触点20，且金属触点20与金属良导体固定座19的拓展通信端口10连接，以进行数据通信与能量传递；扩展组件上设置有用于安装如摄像头、放大镜等的拓展模块21，以对焊台手柄功能进行拓展。
一号控制器用于执行以下功能：
1、确定焊台手柄的空间状态；
2、实时调整发热芯8的温度；
3、控制无线模块与二号控制器进行通信；
4、控制蓝牙模块连接手机APP以用作上位机；
六轴传感器用于对焊台手柄的姿态数据进行采集，通过SPI总线或者IIC总线将采集到的位置数据传入一号控制器，由一号控制器对多传感器收集的多重数据进行数据融合及运用四元数方式对焊台手柄姿态进行姿态解算，再经过卡尔曼滤波最终确定该焊台手柄所处的空间位置，当检测到焊台手柄不处于正常工作位置，如焊台手柄插入手柄置放槽12的姿态，一号控制器及时切断发热芯8的电源或进行降温处理，有效避免因过度加热带来的发热芯8老化、火灾等严重问题。
在本实施例中，数据接口1为常见智能设备接口规范，如USB type C，可与上位机连接，以实现对电池充电、升级MCU固件、给发热芯8提供能量。
在本实施例中，可充电电池2为控制板22与发热芯8提供能量，在焊台手柄插入手柄置放槽12时，励磁线圈18接收到电能时或插入数据线时，以存储多余的电能。
在本实施例中，无刷电机3与无刷电子调速器4组成动力系统，无刷电子调速器4用于通过接收控制板22中一号控制器产生的PWM信号，并将PWM信号转化为无刷电机3转动所需的三相电。
在本实施例中，螺旋传动杆5与无刷电机3连接，通过传动无刷电机3的转动至磁感应线圈6，使得磁感应线圈6能够在焊台手柄内上下方向来回运动，一号控制器通过检测磁感应线圈6能够接收到最大能量的位置，进而通过控制无刷电机3的转动实时调整磁感应线圈6在焊台手柄上下方向的位置，以实现更好励磁效果，进一步提升无线能量传输的效率。
在本实施例中，磁感应线圈6是一系列绕制在圆柱支架上的线圈，在接收到励磁线圈18产生的高频磁场信号时，很大程度地收集高频磁场能量，存入可充电电池2或者供发热芯8发热使用。
在本实施例中，金属良导体7为能够良好导电的金属介质，励磁线圈18产生的高频电磁场在金属良导体7上形成涡流，促使金属良导体7中产生足够大的电流，进而促进金属良导体7产生电流热效应，同时将热量传递至其内包裹的烙铁头9，金属良导体7内设置有温度传感器，用于实时监控烙铁头9的温度，并将采集的烙铁头9温度数据发送至一号控制器以及时调整烙铁头9温度。
在本实施例中，发热芯8由电阻丝加工而成，再与涡流生热的同时可作为电力辅助加热装置，在很大程度上提升能量通过磁能传输效率，进而有效提升焊台加热速度。
在本实施例中，烙铁头9是将热量传递至焊料的接触式装置。
在本实施例中，拓展通信端口10为镶嵌在金属良导体固定座上的四条金属圈，分别用作与GND、SDA、SCL和VCC连接，以通过特殊协议连接外部设备。
在本实施例中，塑料条11用于置放无线设备的天线，塑料可使得焊台手柄内部信号良好的传输至外部，而不受金属外壳的影响。
在本实施例中，海绵置放盒13用于置放海绵等小物品，用于及时清洁焊台手柄内的烙铁头9。
在本实施例中，显示器15用于实时显示焊台的各项参数指标，按键16用于调整焊台的各种参数指标。
在本实施例中，电源模块17为焊台提供电能，用于将市电转变为适用于焊台的低压直流电源。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种分离式智能焊台，包括设置有扩展组件的焊台手柄及焊台主体，其特征在于，焊台手柄上部设置有用于固定金属良导体的金属良导体固定座，烙铁头一端与包裹在金属良导体内的发热芯连接，另一端伸出金属良导体；焊台手柄底端一侧设置有控制板，控制板上设置有一号控制器、用于与按键连接的按钮信号处理电路、用于与温度传感器连接的温度信号采集模块、温度控制器、六轴传感器、电源模块及通讯模块，可充电电池装配在控制板上方，无刷电机与无刷电子调速器设置在可充电电池前端，且无刷电机一端与无刷电子调速器连接，另一端通过螺旋传动杆与磁感应线圈连接，无刷电子调速器与一号控制器连接，以便能够实时调整磁感应线圈的位置，进而达到更高效的励磁效果；
焊台主体顶部设置有用于放置焊台手柄的手柄置放槽，手柄置放槽内绕制有励磁线圈，焊台主体前端设置有面板，面板上镶嵌有显示器与按键，面板内设置有底座控制模块，底座控制模块包括二号控制器、电磁振荡控制器、用于与按键连接的按钮信号处理电路、用于与显示器连接的显示模块、电源模块及通讯模块，励磁线圈通过电磁振荡控制器与二号控制器连接，底座控制模块与控制板通过通讯模块连接，焊台主体底部设置有电源模块；
扩展组件装载在金属良导体固定座上；
工作时二号控制器通过电磁振荡控制器的MOSFET控制励磁线圈中的电流通断，从而在励磁线圈中激发出高频磁场，高频电磁波的一部分能量作为能量发送端，在焊台手柄插入手柄置放槽时，焊台手柄中的磁感应线圈在高频磁场中产生感应电流，进而将电能存储在可充电电池中，高频电磁波的另外一部分能量在金属良导体处形成涡流，进而产生电流热效应，为烙铁头加热。
2.根据权利要求1所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，焊台手柄底端另一侧设置有用于与外界进行数据交换的数据接口。
3.根据权利要求2所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，在控制板与数据接口之间镶嵌有用于置放无线设备天线的塑料条。
4.根据权利要求1所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，手柄置放槽下方的焊台主体上设置有海绵置放盒，海绵置放盒为凹槽型结构。
5.根据权利要求1所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，手柄置放槽为一个深度低于烙铁头长度的凹槽。
6.根据权利要求1所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，磁感应线圈是一系列绕制在圆柱支架上的线圈。
7.根据权利要求1所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，金属良导体内设置有温度传感器，且温度传感器与一号控制器连接。
8.根据权利要求1所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，发热芯由电阻丝加工而成。
9.根据权利要求1所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，扩展组件为圆柱筒状结构，其内径大于金属良导体固定座直径，并在扩展组件上设置有用于将扩展组件装载在金属良导体固定座上的金属触点，且金属触点与金属良导体固定座的拓展通信端口连接；扩展组件上还设置拓展模块。
10.根据权利要求1所述的一种分离式智能焊台，其特征在于，拓展通信端口为镶嵌在金属良导体固定座上的四条金属圈。
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