專利名稱：快速升溫智能無鉛焊臺控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型快速升溫智能無鉛焊臺控制器涉及的是一種釆用單片機作數(shù)字PID溫度控制的快速升溫智能無鉛焊臺控制器。屬于錫焊電烙鐵領域。
技術背景電烙鐵在電子工業(yè)儀器儀表的工業(yè)生產上有著大量的使用范圍，長期以 來存在著發(fā)熱慢回溫差的缺陷，特別是隨著無鉛焊接的廣泛應用，傳統(tǒng)的加 熱方式的發(fā)熱速度遠遠不能滿足焊接要求。適應無鉛焊接的烙鐵(包括焊臺 型烙鐵)通常都要求卯瓦以上的發(fā)熱功率和較小熱容量、較快熱傳導速度的 烙鐵頭，使得烙鐵頭的溫度不容易控制精確。同時，因為大的加熱功率和小 熱容量的烙鐵頭，發(fā)生故障時烙鐵頭在短時間內就能燒紅并燒毀，達到八九 百度以上，容易發(fā)生事故。烙鐵頭不使用時候空燒會大大縮短使用壽命。 發(fā)明內容本實用新型目的是針對上述不足之處提供一種快速升溫智能無鉛焊臺控 制器，采用單片機作數(shù)字PID溫度控制的快速升溫智能無鉛焊臺控制器及其 控制方法，使烙鐵頭在升溫和回溫速度極快的同時溫度過沖小，恒溫精度高， 故障時候能切斷加熱并報警，空閑時降溫，防止烙鐵頭的空燒，延長烙鐵頭 的使用壽命。快速升溫智能無鉛焊臺控制器是采取以下方式案實現(xiàn)快速升溫智能無 鉛焊臺控制器包括熱電偶放大電路、冷端補償電路、單片機、基準電壓電路、超溫及故障檢測電路、蜂鳴報警電路、繼電器及其驅動電路、可控硅過零觸 發(fā)電路、LED數(shù)碼管顯示電路、整流穩(wěn)壓電路、鍵盤輸入電路、基準電壓電 路。熱電偶放大電路由電阻R9 R12、電容C4、運放IC2A組成。冷端補償 電路由電阻R4 R8、 二極管D5、可調電阻Pl組成。單片機IC5釆用 PIC16F819單片機。基準電壓電路由電阻R1 R3、電壓基準IC3、可調電阻 P2、電容C6等組成。超溫及故障檢測電路由電阻R13 R16、運放IC2B組 成。蜂鳴報警電路由電阻R17、三極管N1、蜂鳴器B組成。繼電器及其驅 動電路由電阻R18 R20、三極管N2、 N3、 二極管D6、繼電器J組成?？?控硅過零觸發(fā)電路由電阻R21 R24、可控硅光耦IC4、三極管N4、可控硅T 組成。LED數(shù)碼管顯示電路由電阻R26 R35、三極管N5 N7、數(shù)碼管A1 A3 組成。整流穩(wěn)壓電路由二極管D1 D4、電容C1 C3、穩(wěn)壓塊IC1組成。鍵盤 輸入電路由微動開關S1 S3、電阻R38組成?；鶞孰妷弘娐酚呻娮鑂1、電 壓基準IC3組成?？焖偕郎刂悄軣o鉛焊臺控制器的控制方法為熱電偶放大電路對烙鐵頭 內的熱電偶溫度信號進行放大，冷端補償電路對環(huán)境溫度引起的熱電偶信號 誤差進行補償，放大后的熱電偶溫度信號進入單片機內的AD轉換電路轉換 為數(shù)字信號，單片機根據(jù)設定溫度和測量溫度的差值計算出控制脈沖時間比 例，通過可控硅過零觸發(fā)電路控制烙鐵發(fā)熱體加熱功率的大??；同時單片機 將采集的實時溫度信號送LED數(shù)碼管進行數(shù)字顯示。另外一路放大后的熱電 偶信號進入超溫及故障檢測電路，若出現(xiàn)超溫及故障時輸出信號使得蜂鳴器 報警電路報警，同時輸出信號使繼電器斷開，切斷加熱電源。本實用新型的快速升溫智能無鉛焊臺控制器采用單片機PIC16F819控制 的數(shù)字PID控溫電路，在烙鐵頭溫度接近設定溫度時，用時間比例控制技術 控制發(fā)熱體的加熱功率，使烙鐵頭溫度接近無過沖的升到設定溫度，到達設 定溫度后，發(fā)熱體在一個較低的加熱功率下，使烙鐵頭的溫度波動范圍較小， 而當烙鐵頭溫度偏離設定溫度時候，單片機通過檢測熱電偶信號智能判斷加 熱功率的大小，使得溫度回升過程中也不會偏離設定溫度過大，從而保證恒 溫的精度。同時，采用閑時休眠電路可降低能源消耗和延長烙鐵頭使用壽命， 故障檢測電路可更加保證使用的安全?？焖偕郎刂悄軣o鉛焊臺控制器及其控制方法采用單片機PIC16F819控制 的數(shù)字PID (比例、積分、微分)烙鐵頭溫度控制電路和附加的獨立超溫和 故障保護電路以及空閑狀態(tài)的休眠功能。使烙鐵頭在升溫和回溫速度極快的 同時溫度過沖小，恒溫精度高。若有意外情況出現(xiàn)故障時候能夠自動切斷加 熱電源并聲訊報警。 一段時間不使用烙鐵后，能自動降低烙鐵頭溫度，防止 烙鐵頭的空燒，延長烙鐵頭的使用壽命。快速升溫智能無鉛悍臺控制器及其控制方法對烙鐵頭的溫度控制采用可 控硅過零觸發(fā)電路，用時間比例來調節(jié)烙鐵頭的加熱功率，而加熱功率又通 過數(shù)字PID算法來控制，從而達到升溫及回溫速度極快的同時溫度過沖小， 恒溫精度高的效果?？焖偕郎刂悄軣o鉛焊臺控制器及其控制方法采用附加的獨立保護電路， 在焊臺發(fā)生熱電偶開路、可控硅短路等意外故障時能斷開繼電器J，切斷烙 鐵頭的加熱電源，并發(fā)出聲訊報警，從而提醒工作人員檢修和防止發(fā)生更大 的故障或事故?？焖偕郎刂悄軣o鉛焊臺控制器的空閑狀態(tài)的休眠功能，通過烙鐵頭內置 的熱電偶感知焊接時候的溫度跌落，從而判斷出焊臺的使用情況，在一定時 間(如20分鐘)不使用焊臺時，焊臺自動轉到較低溫度的休眠狀態(tài)，可有效 延長烙鐵頭的使用壽命。

以下將結合附圖對本實用新型作進一步說明。圖1是快速升溫智能無鉛焊臺控制器的控制電路框圖。圖2是快速升溫智能無鉛焊臺控制器的控制電路原理圖1。 圖3是快速升溫智能無鉛焊臺控制器的控制電路原理圖2。
具體實施方式
參照附圖1 3，快速升溫智能無鉛焊臺控制器包括熱電偶放大電路、冷 端補償電路、單片機、基準電壓電路、超溫及故障檢測電路、蜂鳴報警電路、 繼電器及其驅動電路、可控硅過零觸發(fā)電路、LED數(shù)碼管顯示電路、整流穩(wěn) 壓電路、鍵盤輸入電路、基準電壓電路。熱電偶放大電路由電阻R9 R12、電容C4、運放IC2A、熱電偶RD組成。 冷端補償電路由電阻R4 R8、 二極管D5、可調電阻P1組成。單片機IC5 采用PIC16F819單片機。基準電壓電路由電阻R1 R3、電壓基準IC3、可調 電阻P2、電容C6組成。超溫及故障檢測電路由電阻R13 R16、運放IC2B 組成。蜂鳴報警電路由電阻R17、三極管N1、蜂鳴器B組成。繼電器及其 驅動電路由電阻R18 R20、三極管N2、 N3、 二極管D6、繼電器J組成。 可控硅過零觸發(fā)電路由電阻R21 R24、可控硅光耦IC4、三極管N4、可控硅 T組成。LED數(shù)碼管顯示電路由電阻R26 R35、三極管N5 N7、數(shù)碼管A1 A3組成。整流穩(wěn)壓電路由二極管D1 D4、電容C1 C3、穩(wěn)壓塊IC1組成。鍵盤 輸入電路由微動開關S1 S3、電阻R38組成?；鶞孰妷弘娐酚呻娮鑂1、電 壓基準IC3組成。在快速升溫智能無鉛焊臺控制器的控制器電路中，電源變壓器輸出的一 組電壓 V1與二極管D1 D4相連，二極管D1 D4與電容C1、 C2相連，電 容Cl 、 C2與穩(wěn)壓塊IC1的1腳相連，穩(wěn)壓塊IC1的3腳與電阻R24、電容 C3、電阻R1、 R25、 R14、電容C5、電阻R19、 二極管D6、繼電器J、蜂鳴 器B、運放IC2的8腳、單片機IC5的14腳、電容C9、 CIO、三極管N5、 N6、 N7相連，穩(wěn)壓塊IC1的2腳與電容C1、 C2、 C3、三極管N1 N4、電 阻R15、發(fā)光二極管L1、電容C9、 CIO、電阻R38、單片機IC5的5腳相連； 運放IC2A的4腳與電容C4、電阻Rll、 R8、 二極管D5、電阻R5、電壓基 準IC3、電阻R3、單片機IC5的1腳相連；單片機IC5的18腳(VCTL)與 電阻R21相連，電阻R21與三極管N4相連，三極管N4與可控硅光耦IC4 的2腳相連，可控硅光耦IC4的1腳與電阻R24相連；電源變壓器的另一組 輸出電壓 V2連接到負載RL和繼電器J的常開觸點，負載RL連接到電阻 R22和可控硅T，可控硅T連接到電阻R23和繼電器J的常開觸點，電阻R23 和電阻R22連接到可控硅光耦IC4的4腳和6腳；烙鐵頭中熱電耦傳感器的 正端RD+連接到電阻R9和電阻R25，熱電耦傳感器的負端RD-連接到電阻 R5和可調電阻P1，電阻R1連接到電阻R2、 R4和電阻R6，電阻R2連接到 可調電阻P2，可調電阻P2連接到單片機IC5的2腳REF+和電容C6、電阻 R3，電阻R3連接到單片機IC5的l腳REF-;電阻R4連接到可調電阻Pl， 可調電阻Pl連接到電阻R5和熱電耦傳感器的負端RD-，電阻R6連接到二極管D5和電阻R7，電阻R7連接到電阻R8和電阻R10，電阻R10連接到 運放IC2A的2腳和電阻R12，電阻R12連接到運放IC2A的1腳和電容C4、 電阻R13，電阻R25連接到電阻R9和熱電耦傳感器的正端RD+，電阻R9 連接到電阻Rll和運放IC2A的3腳；電阻R14和電容C5連接到電容R15 和運放IC2B的6腳，電阻R13連接到電阻R16和運放IC2B的5腳，電阻 R16連接到電阻R7和電阻R18，電阻R17連接到三極管N1，三極管Nl連 接到蜂鳴器B，電阻R18連接到三極管N2，三極管N2連接到電阻R19和電 阻R20，電阻R20連接到三極管N3，三極管N3連接到二極管D6和繼電器 J;單片機IC5的1腳和2腳連接到電容C6，單片機IC5的1腳連接到單 片機IC5的5腳，單片機IC5的3腳連接到電阻R26，電阻R26連接到三極 管N5，三極管N5連接到數(shù)碼管A1，單片機IC5的16腳連接到電阻R34， 電阻R34連接到三極管N6，三極管N6連接到數(shù)碼管A3,單片機IC5的15 腳連接到電阻R35，電阻R35連接到三極管N7，三極管N7連接到數(shù)碼管 A2，單片機IC5的6 12腳分別連接到電阻R27 R33，電阻R27 R33分別 連接到數(shù)碼管A1 A3的3 9腳，電阻R27 R29分別連接到微動開關Sl S3，微動開關S1 S3連接到電阻R38，電阻R38連接到GND，單片機IC5 的17腳連接到電阻R36、電容C7和電容C8，電阻R36連接到運放IC2A的 1腳(VT)，單片機IC5的18腳連接到電阻R37和VCTL，電阻R37連接到 發(fā)光二極管L1，發(fā)光二極管L1連接到GND (接地)。參照附圖2、 3，快速升溫智能無鉛焊臺控制器的控制電路中-電阻Rl和電壓基準IC3如圖連接構成2.5V基準電壓電路，電阻R4 R8、 二極管D5、可調電阻Pl如附圖連接構成熱電偶冷端補償電路，電阻 R25—端與+ 5V電源連接，另一端與熱電偶正端連接，構成斷耦檢測電路。 電阻R9 R12、電容C4、運放IC2A如附圖連接構成熱電偶放大電路，輸出 的放大的溫度信號VT—路與由電容C7、 C8、電阻R36組成的濾波電路濾 波相連，濾波后的信號與單片機IC5的17腳相連做A/D轉換，另一路與由 電阻R13 R16、運放IC2B構成故障檢測電路相連，由運放IC2B的1腳輸出 的故障檢測信號一路與由電阻R17、三極管N1、蜂鳴器B構成的蜂鳴報警 電路相連，另一路與由電阻R18 R20、三極管N2、 N3、 二極管D6、繼電 器(J)構成的繼電器及其驅動電路相連，單片機IC4的18腳輸出的溫度控制 信號連接到由電阻R21 R24、可控硅光耦IC4、三極管N4、可控硅T構成的 可控硅過零觸發(fā)電路，電阻R2、 R3、可調電阻P2形成A/D轉換的參考電壓， 二極管D1 D4、電容C1 C3、穩(wěn)壓塊IC1構成整流穩(wěn)壓電路，為控制電路提 供+ 5V直流電源。運放IC2A和運放IC2B可采用LM358型運算放大器集成 芯片。電壓基準IC3采用TL431穩(wěn)壓集成塊。單片機IC5為單片機PIC16F819,其3、6 12、15、16腳與由電阻R26 R35、 三極管N5 N7、數(shù)碼管A1 A3組成的三位LED數(shù)碼管顯示電路相連，微動 開關S1 S3、電阻R38通過電阻R27 R29與單片機的6~8腳相連構成鍵盤 輸入電路，電容C9 C10為電源濾波電路，電阻R37、發(fā)光管U為加熱狀態(tài) 指示電路。電容C6為A/D轉換的參考電壓的濾波電容。快速升溫智能無鉛焊臺控制器的控制方法為熱電偶放大電路對烙鐵頭 內的熱電偶RD溫度信號進行放大，冷端補償電路對環(huán)境溫度引起的熱電 偶信號誤差進行補償，放大后的熱電偶溫度信號進入單片機IC5內的AD轉換電路轉換為數(shù)字信號，單片機IC5根據(jù)設定溫度和測量溫度的差值計算出 控制脈沖時間比例，通過可控硅過零觸發(fā)電路控制烙鐵發(fā)熱體加熱功率的大??；同時單片機IC5將采集的實時溫度信號送LED數(shù)碼管進行數(shù)字顯示。另 外一路放大后的熱電偶信號進入超溫及故障檢測電路，若出現(xiàn)超溫及故障時 輸出信號使得蜂鳴器報警電路報警，同時輸出信號使繼電器斷開，切斷加熱 電源。烙鐵頭內的熱電偶RD將溫度信號轉換為毫伏級的電壓信號經熱電偶放 大器放大后送到單片機IC5。 二極管D5用作熱電偶的冷端溫度補償。電阻 R24為上吊電阻，在熱電偶開路的情況下使放大器的輸出達到最高。放大后 的溫度信號另 一路送到運放IC2B ，與設定保護值比較。正常工作情況下，IC2B 輸出低電平，三極管N1截止，蜂鳴器B不發(fā)聲，同時N2截止，N3導通， 繼電器J常開觸點吸合，加熱電源由可控硅T控制。附圖3單片機IC5輸出 的控制信號VCTL通過N4控制過零觸發(fā)可控硅光耦IC4 (MOC3041 )，可控 硅光耦IC4可采用MOC3041型可控硅光耦?？煽毓韫怦領C4控制雙向可控 硅T， T控制烙鐵頭的加熱。若發(fā)生故障(熱電偶開路或者烙鐵頭溫度過高)， IC2B輸出高電平并通過電阻R16反饋到正輸入端，使高電平鎖定，三極管 Nl導通，蜂鳴器B聲訊報警，同時N2導通，N3截止，繼電器J觸點端開， 切斷加熱電源。附圖3中放大后的溫度信號另一路送入單片機IC5的17腳，，IC5通過內 置的AD轉換電路采集溫度信號并計算出溫度，與設置溫度比較得到溫度差， 通過PID運算得到輸出控制信號VCTL， VCTL輸出到圖2中作加熱控制。 Ll發(fā)光二極管用作加熱指示。Al、 A2、 A3是LED數(shù)碼管，用作溫度顯示。
權利要求1、一種快速升溫智能無鉛焊臺控制器，其特征在于包括熱電偶放大電路、冷端補償電路、單片機(IC5)、超溫及故障檢測電路、蜂鳴報警電路、繼電器及其驅動電路、可控硅過零觸發(fā)電路、LED數(shù)碼管顯示電路、整流穩(wěn)壓電路、鍵盤輸入電路、基準電壓電路；熱電偶放大電路由電阻(R9～R12)、電容(C4)、運放(IC2A)、熱電偶(RD)組成；冷端補償電路由電阻(R4～R8)、二極管(D5)、可調電阻(P1)組成；超溫及故障檢測電路由電阻(R13～R16)、運放(IC2B)組成；蜂鳴報警電路由電阻(R17)、三極管(N1)、蜂鳴器(B)組成；繼電器及其驅動電路由電阻(R18～R20)、三極管(N2、N3)、二極管(D6)、繼電器(J)組成；可控硅過零觸發(fā)電路由電阻(R21～R24)、可控硅光耦(IC4)、三極管(N4)、可控硅(T)組成；LED數(shù)碼管顯示電路由電阻(R26～R35)、三極管(N5～N7)、數(shù)碼管(A1～A3)組成；整流穩(wěn)壓電路由二極管(D1～D4)、電容(C1～C3)、穩(wěn)壓塊(IC1)組成；鍵盤輸入電路由微動開關(S1～S3)、電阻(R38)組成；基準電壓電路由電阻R1、電壓基準IC3組成；在控制器電路中，電源變壓器輸出的一組電壓～V1與二極管(D1～D4)相連，二極管(D1～D4)與電容(C1、C2)相連，電容(C1、C2)與穩(wěn)壓塊(IC1)的1腳相連，穩(wěn)壓塊(IC1)的3腳與電阻(R24)、電容(C3)、電阻(R1、R25、R14)、電容(C5)、電阻(R19)、二極管(D6)、繼電器(J)、蜂鳴器(B)、運放(IC2)的8腳、單片機(IC5)的14腳、電容(C9、C10)、三極管(N5、N6、N7)相連，穩(wěn)壓塊(IC1)的2腳與電容(C1、C2、C3)、三極管(N1～N4)、電阻(R15)、發(fā)光二極管(L1)、電容(C9、C10)、電阻(R38)、單片機(IC5)的5腳相連；運放(IC2A)的4腳與電容(C4)、電阻(R11、R8)、二極管(D5)、電阻(R5)、電壓基準IC3、電阻(R3)、單片機(IC5)的1腳相連；單片機(IC5)的18腳(VCTL)與電阻(R21)相連，電阻(R21)與三極管(N4)相連，三極管(N4)與可控硅光耦(IC4)的2腳相連，可控硅光耦(IC4)的1腳與電阻(R24)相連；電源變壓器的另一組輸出電壓～V2連接到負載(RL)和繼電器(J)的常開觸點，負載(RL)連接到電阻(R22)和可控硅(T)，可控硅(T)連接到電阻(R23)和繼電器(J)的常開觸點，電阻(R23)和電阻(R22)連接到可控硅光耦(IC4)的4腳和6腳；烙鐵頭中熱電耦傳感器的正端(RD+)連接到電阻(R9)和電阻(R25)，熱電耦傳感器的負端(RD-)連接到電阻(R5)和可調電阻(P1)，電阻(R1)連接到電阻(R2、R4)和電阻(R6)，電阻(R2)連接到可調電阻(P2)，可調電阻(P2)連接到單片機(IC5)的2腳(REF+)和電容(C6)、電阻(R3)，電阻(R3)連接到單片機(IC5)的1腳(REF-)；電阻(R4)連接到可調電阻(P1)，可調電阻(P1)連接到電阻(R5)和熱電耦傳感器的負端(RD-)，電阻(R6)連接到二極管(D5)和電阻(R7)，電阻(R7)連接到電阻(R8)和電阻(R10)，電阻(R10)連接到運放(IC2A)的2腳和電阻(R12)，電阻(R12)連接到運放(IC2A)的1腳和電容(C4)、電阻(R13)，電阻(R25)連接到電阻(R9)和熱電耦傳感器的正端(RD+)，電阻(R9)連接到電阻(R11)和運放(IC2A)的3腳；電阻(R14)和電容(C5)連接到電容(R15)和運放(IC2B)的6腳，電阻(R13)連接到電阻(R16)和運放(IC2B)的5腳，電阻(R16)連接到電阻(R7)和電阻(R18)，電阻(R17)連接到三極管(N1)，三極管(N1)連接到蜂鳴器(B)，電阻(R18)連接到三極管(N2)，三極管(N2)連接到電阻(R19)和電阻(R20)，電阻(R20)連接到三極管(N3)，三極管(N3)連接到二極管(D6)和繼電器(J)；單片機(IC5)的1腳和2腳連接到電容(C6)，單片機(IC5)的1腳連接到單片機(IC5)的5腳，單片機(IC5)的3腳連接到電阻(R26)，電阻(R26)連接到三極管(N5)，三極管(N5)連接到數(shù)碼管(A1)，單片機(IC5)的16腳連接到電阻(R34)，電阻(R34)連接到三極管(N6)，三極管(N6)連接到數(shù)碼管(A3)，單片機(IC5)的15腳連接到電阻(R35)，電阻(R35)連接到三極管(N7)，三極管(N7)連接到數(shù)碼管(A2)，單片機(IC5)的6～12腳分別連接到電阻(R27～R33)，電阻(R27～R33)分別連接到數(shù)碼管(A1～A3)的3～9腳，電阻(R27～R29)分別連接到微動開關(S1～S3)，微動開關(S1～S3)連接到電阻(R38)，電阻(R38)連接到GND，單片機(IC5)的17腳連接到電阻(R36)、電容(C7)和電容(C8)，電阻(R36)連接到運放(IC2A)的1腳(VT)，單片機(IC5)的18腳連接到電阻(R37)和VCTL，電阻(R37)連接到發(fā)光二極管(L1)，發(fā)光二極管(L1)連接到GND。
2、根據(jù)權利要求1所述的快速升溫智能無鉛焊臺控制器，其特征在于單 片機(IC5)采用PIC16F819單片機。
專利摘要本實用新型快速升溫智能無鉛焊臺控制器涉及的是一種采用單片機作數(shù)字PID溫度控制的快速升溫智能無鉛焊臺控制器?？刂破靼犭娕挤糯箅娐?、冷端補償電路、單片機、超溫及故障檢測電路、蜂鳴報警電路、繼電器及其驅動電路、可控硅過零觸發(fā)電路、LED數(shù)碼管顯示電路、整流穩(wěn)壓電路、鍵盤輸入電路；熱電偶放大電路由電阻(R9～R12)、電容(C4)、運放(IC2A)組成；冷端補償電路由電阻(R4～R8)、二極管(D5)、可調電阻(P1)組成；超溫及故障檢測電路由電阻(R13～R16)、運放(IC2B)組成；可控硅過零觸發(fā)電路由電阻(R21～R24)、可控硅光耦(IC4)、三極管(N4)、可控硅(T)組成；LED數(shù)碼管顯示電路由電阻(R26～R35)、三極管(N5～N7)、數(shù)碼管(A1～A3)組成。
文檔編號G05B19/042GK201107614SQ20072004532
公開日2008年8月27日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權日2007年9月5日
發(fā)明者劉德林, 周春生, 陳蓉建 申請人:南京華夏電器有限公司