基于μC/OS-II的智能拆焊、回流焊溫度控制系統

近幾年國內逐漸開(kāi)始使用拆焊臺和回流焊，但普遍存在以下問(wèn)題：(1)控制芯片采用簡(jiǎn)單的單片機，以裸奔為主沒(méi)嵌操作系統，從而導致系統過(guò)于簡(jiǎn)單或分配不合理。(2)傳感器一般都采用熱電偶，但不加補償電路，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，從而導致控溫不精準。(3)沒(méi)有將拆焊臺和回流焊爐集于一體，使硬件利用率不高。

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

　　1 智能拆焊、回流焊臺電路設計原理

　　本設計利用熱電偶傳感器檢測出與溫度對應的電壓信號，然后經(jīng)27L2放大和ARM7內部A/D轉換成處理器可識別的數字信號。再通過(guò)ARM7來(lái)采集溫度信號并對其進(jìn)行運算、處理，最后根據運算、處理的結果來(lái)控制紅外線(xiàn)燈頭和電熱盤(pán)。整個(gè)過(guò)程通過(guò)液晶顯示屏(128×64)清晰顯示。能夠智能控溫，順利拆、焊多種型號芯片。加熱燈頭能夠按規定的溫度曲線(xiàn)加熱，可設置存儲8條曲線(xiàn)(掉電數據不丟失)。預熱盤(pán)能夠保持設置的恒定溫度(誤差不能超過(guò)3℃)，有實(shí)時(shí)溫度跟蹤功能。

　　圖1 設計方框圖。

　　主要包括電路供電單元、信號檢測電路、執行控制單元、人機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、集成穩壓器等構成，為電路提供5V、3.3V和1.8V的穩定電壓。

　　2.2 信號檢測電路

　　主要由熱電偶、運算放大器27L2、DS18B20及ARM7內部AD等組成。將溫度轉換成處理器可識別的數字信號。

　　本設計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端。熱電偶采集到信號后經(jīng)C00、C10(高頻濾波電容)將高頻雜波濾除，再經(jīng)27L2(低頻小信號放大器)將信號放大，其中R64與R63的和與R65的比值即為U3B的放大倍數，同理，R60與R62的和與R61的比值為U3A的放大倍數。放大后再經(jīng)C01和C11將高頻雜波濾除，最后該信號被傳到ARM7，經(jīng)其內部AD轉換器將模擬電壓信號轉換成處理器可識別的數字信號。當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應發(fā)生變化，然后該電壓信號經(jīng)27L2放大，再經(jīng)ARM內部AD將模擬量轉換成數字量，ARM處理器得到數字量后便知道現在的溫度。當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。

　　因為熱電偶傳感器有一個(gè)缺陷，它測的溫度是探頭與冷端之間的溫度差，也就是說(shuō)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，測得的溫度數據越不精確。而本設計中焊臺加熱的同時(shí)，熱電偶冷端溫度會(huì )變化，從而造成了測溫不準確。為了解決上述問(wèn)題，特別增加了DS18B20作為補償，在工業(yè)上稱(chēng)為補正系數修正法。應用的公式為：

　　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為補正系數，這里取0.82。

　　2.3 ARM最小系統

　　本設計采用ARM7作為主控芯片，主要因其性?xún)r(jià)比高、資源豐富、工作穩定可靠。它帶有32kB的片內Flash程序存儲器和8kB的片內靜態(tài)RAM;128位寬度接口/加速器可實(shí)現高達70MHz工作頻率;10位A/D轉換器提供8路輸入;2個(gè)32位定時(shí)計數器和2個(gè)16位定時(shí)計數器;多達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(xiàn)、SPI和具有緩沖作用和數據長(cháng)度可變功能的SSP;多達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PLL可實(shí)現最大為70MHz的CPU操作頻率等等。

　　在圖3ARM最小系統中，11.0592M的晶振和兩個(gè)20pF電容為系統提供穩定的工作頻率，然后再經(jīng)ARM內部鎖相環(huán)倍頻使其工作頻率最大可達70MHz。圖中的U1為CAT1052，它為系統提供穩定的復位電路，同時(shí)為系統提供了256字節的可讀寫(xiě)的E2PROM，使系統存儲掉電不丟失數據空間。

　　圖3 ARM最小系統及外部存儲電路圖。