基于μC/OS-II的智能拆焊、回流焊溫度控制系統(tǒng)

近幾年國內(nèi)逐漸開始使用拆焊臺(tái)和回流焊，但普遍存在以下問題：(1)控制芯片采用簡單的單片機(jī)，以裸奔為主沒嵌操作系統(tǒng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)過于簡單或分配不合理。(2)傳感器一般都采用熱電偶，但不加補(bǔ)償電路，而且很少在程序中采用算法，這樣加熱器件往往存在慣性和滯后性，從而導(dǎo)致控溫不精準(zhǔn)。(3)沒有將拆焊臺(tái)和回流焊爐集于一體，使硬件利用率不高。

　　因此，本文提出并研究設(shè)計(jì)了一種基于μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的智能拆焊、回流焊溫度控制系統(tǒng)。

　　1 智能拆焊、回流焊臺(tái)電路設(shè)計(jì)原理

　　本設(shè)計(jì)利用熱電偶傳感器檢測出與溫度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，然后經(jīng)27L2放大和ARM7內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換成處理器可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。再通過ARM7來采集溫度信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算、處理，最后根據(jù)運(yùn)算、處理的結(jié)果來控制紅外線燈頭和電熱盤。整個(gè)過程通過液晶顯示屏(128×64)清晰顯示。能夠智能控溫，順利拆、焊多種型號(hào)芯片。加熱燈頭能夠按規(guī)定的溫度曲線加熱，可設(shè)置存儲(chǔ)8條曲線(掉電數(shù)據(jù)不丟失)。預(yù)熱盤能夠保持設(shè)置的恒定溫度(誤差不能超過3℃)，有實(shí)時(shí)溫度跟蹤功能。

　　圖1 設(shè)計(jì)方框圖。

　　主要包括電路供電單元、信號(hào)檢測電路、執(zhí)行控制單元、人機(jī)交互界面幾部分單元模塊。

　　2 硬件電路

　　2.1 電路供電單元

　　主要由變壓器、整流二極管、濾波電容、集成穩(wěn)壓器等構(gòu)成，為電路提供5V、3.3V和1.8V的穩(wěn)定電壓。

　　2.2 信號(hào)檢測電路

　　主要由熱電偶、運(yùn)算放大器27L2、DS18B20及ARM7內(nèi)部AD等組成。將溫度轉(zhuǎn)換成處理器可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。

　　本設(shè)計(jì)的溫度采集電路如圖2所示，在P6口的1、3引腳接熱電偶傳感器的正端，2、4引腳接熱電偶傳感器的負(fù)端。熱電偶采集到信號(hào)后經(jīng)C00、C10(高頻濾波電容)將高頻雜波濾除，再經(jīng)27L2(低頻小信號(hào)放大器)將信號(hào)放大，其中R64與R63的和與R65的比值即為U3B的放大倍數(shù)，同理，R60與R62的和與R61的比值為U3A的放大倍數(shù)。放大后再經(jīng)C01和C11將高頻雜波濾除，最后該信號(hào)被傳到ARM7，經(jīng)其內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成處理器可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)熱電偶傳感器探頭部分的溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電偶傳感器兩端的電壓也按一定比例對(duì)應(yīng)發(fā)生變化，然后該電壓信號(hào)經(jīng)27L2放大，再經(jīng)ARM內(nèi)部AD將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，ARM處理器得到數(shù)字量后便知道現(xiàn)在的溫度。當(dāng)然要想精確測溫僅有熱電偶測溫模塊是不夠的。

　　圖2 溫度采集電路。

　　因?yàn)闊犭娕紓鞲衅饔幸粋€(gè)缺陷，它測的溫度是探頭與冷端之間的溫度差，也就是說若僅用上述電路測溫，則只有在冷端溫度為零點(diǎn)的情況下測得的溫度才是最精確的，冷端的溫度與零點(diǎn)的溫差越大，測得的溫度數(shù)據(jù)越不精確。而本設(shè)計(jì)中焊臺(tái)加熱的同時(shí)，熱電偶冷端溫度會(huì)變化，從而造成了測溫不準(zhǔn)確。為了解決上述問題，特別增加了DS18B20作為補(bǔ)償，在工業(yè)上稱為補(bǔ)正系數(shù)修正法。應(yīng)用的公式為：

　　T=T1+kT2

　　式中T為實(shí)際溫度，T1為DS18B20測得的溫度，T2為熱電偶傳感器模塊測得的溫度，k為補(bǔ)正系數(shù)，這里取0.82。

　　2.3 ARM最小系統(tǒng)

　　本設(shè)計(jì)采用ARM7作為主控芯片，主要因其性價(jià)比高、資源豐富、工作穩(wěn)定可靠。它帶有32kB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器和8kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM;128位寬度接口/加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)70MHz工作頻率;10位A/D轉(zhuǎn)換器提供8路輸入;2個(gè)32位定時(shí)計(jì)數(shù)器和2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器;多達(dá)32個(gè)通用IO口，可承受5V電壓;多個(gè)串行接口，包括2個(gè)UART、2個(gè)I2C總線、SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的SSP;多達(dá)13個(gè)邊沿、電平觸發(fā)的外部中斷管腳;一個(gè)可編程的片內(nèi)PLL可實(shí)現(xiàn)最大為70MHz的CPU操作頻率等等。

　　在圖3ARM最小系統(tǒng)中，11.0592M的晶振和兩個(gè)20pF電容為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作頻率，然后再經(jīng)ARM內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻使其工作頻率最大可達(dá)70MHz。圖中的U1為CAT1052，它為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的復(fù)位電路，同時(shí)為系統(tǒng)提供了256字節(jié)的可讀寫的E2PROM，使系統(tǒng)存儲(chǔ)掉電不丟失數(shù)據(jù)空間。

　　圖3 ARM最小系統(tǒng)及外部存儲(chǔ)電路圖。