基于STC15F200單片機(jī)的控溫式手槍自給電烙鐵

趙鵬　張銀濤　劉振東

摘要：基于STC15F200單片機(jī)的控溫式手槍自給電烙鐵與傳統(tǒng)的電烙鐵在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了極大的改進(jìn)，其采用了手槍式的結(jié)構(gòu)，便于操作；自動進(jìn)給焊絲的功能避免的操作的不當(dāng)；基于單片機(jī)的控溫系統(tǒng)保證了焊接的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電烙鐵；手槍式；控溫；單片機(jī)

0 引言

眾所周知，電烙鐵在電子、金屬焊接、機(jī)械制造等各行業(yè)中得到十分廣泛的應(yīng)用。據(jù)了解，普通電烙鐵在實(shí)際使用過程中存在以下不足：

（1）普通電烙鐵操作難度系數(shù)高，新手難于掌握。電烙鐵在進(jìn)行焊接操作時需要操作者雙手配合工作，但焊接時雙手由于長期處于緊張狀態(tài)而易疲勞，從而造成注意力不能集中。同時由于左右手配合需要一定的熟練程度，在操作時其焊接的質(zhì)量和精度很難保證。

（2）普通電烙鐵的溫度不能準(zhǔn)確控制。在使用過程中當(dāng)焊接比較大的區(qū)域或者焊接比較大的連接件時就需要比較高的焊接溫度，若溫度低則無法進(jìn)行焊接；但是當(dāng)焊接集成電路的引腳時就需要比較低的溫度，若溫度太高則極易燒毀集成電路或電子元件。

（3）普通電烙鐵采用的是直線型，未能結(jié)合人機(jī)工程的特點(diǎn)。現(xiàn)有的普通電烙鐵，外觀輪廓一般是直線型的，沒有過多考慮人手的生理結(jié)構(gòu)和操作的手勢，在焊接操作時加劇了受到疲勞感，不便使用。

基于上述原因和實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)設(shè)計(jì)了一種新型的單片機(jī)控溫的手槍式進(jìn)給電烙鐵。

1 手槍式電烙鐵機(jī)械結(jié)構(gòu)的初步改進(jìn)

本電烙鐵的設(shè)計(jì)主要由烙鐵部分、夾持部分和自動進(jìn)給三部分組成，如圖一所示。烙鐵部分由焊槍架體（18）、加熱部分（2）、壓線板（17）、十字槽盤頭螺釘（10）組成，其構(gòu)成同普通電烙鐵；夾持部分由前置卡緊彈簧（4）、前置卡緊滑塊（5）、后置卡緊彈簧固定塞（6）、后置卡緊彈簧（7）、反向進(jìn)給滑塊（8）、后置卡緊滑塊（9）組成；自動進(jìn)給部分由焊絲盤安裝座（11）、復(fù)位彈簧（12）、焊絲盤（13）、封閉板（14）、扳機(jī)（15）、換向齒輪（16）組成。

其中，扳機(jī)安裝在焊槍架體內(nèi)部，換向齒輪與扳機(jī)相連，復(fù)位彈簧一端固定在焊槍架體內(nèi)部，另一端與扳機(jī)相連，壓線板安裝在焊槍架體上，封閉板安裝在扳機(jī)的上部，封閉板的右側(cè)安裝有反向進(jìn)給滑塊，反向進(jìn)給滑塊的內(nèi)部安裝有后置卡緊彈簧，后置卡緊彈簧左端與后置卡緊彈簧固定塞相連，右端與后置卡緊滑塊相連，封閉板左側(cè)安裝有前置卡緊滑塊，前置卡緊彈簧一端與前置卡緊滑塊相連，另一端與前置卡緊彈簧固定塞相連，導(dǎo)向管安裝在焊槍架體上，導(dǎo)向管的上端安裝有加熱部分，焊絲盤上加工有焊絲盤安裝座，焊絲盤安裝座通過十字槽盤頭螺釘固定在焊槍架體上。

在使用該裝置前，首先將焊絲插入焊槍架體內(nèi)部，并依次通過反向進(jìn)給滑塊、扳機(jī)上部滑塊、導(dǎo)向管，直至烙鐵頭，此時反向進(jìn)給滑塊、扳機(jī)上部滑塊內(nèi)部的前置卡緊滑塊在前置卡緊彈簧彈力作用和滑塊安裝槽的導(dǎo)向作用下壓緊焊絲，以防止焊絲產(chǎn)生反向運(yùn)動（即向右側(cè)的運(yùn)動），之后按壓扳機(jī)向右側(cè)運(yùn)動，與此同時，扳機(jī)壓縮復(fù)位彈簧，并通過換向齒輪帶動反向進(jìn)給滑塊向左側(cè)運(yùn)動，此時反向進(jìn)給滑塊內(nèi)部的后置卡緊滑塊咬緊焊絲前移（即向左側(cè)運(yùn)動），扳機(jī)上部滑塊內(nèi)部的前置卡緊滑塊與焊絲產(chǎn)生相對滑移，從而實(shí)現(xiàn)按壓扳機(jī)完成焊絲進(jìn)給；當(dāng)松開扳機(jī)后，扳機(jī)在復(fù)位彈簧彈力的作用下推動扳機(jī)前移，與此同時，通過換向齒輪帶動反向進(jìn)給滑塊向右側(cè)運(yùn)動，此時反向進(jìn)給滑塊內(nèi)部的后置卡緊滑塊與焊絲產(chǎn)生相對滑移，扳機(jī)上部滑塊內(nèi)部的前置卡緊滑塊咬緊焊絲前移（即向左側(cè)運(yùn)動），從而實(shí)現(xiàn)釋放扳機(jī)完成自動進(jìn)給焊絲。

2 基于STC15F200單片機(jī)的控溫原理

新型電烙鐵的控溫部分采用交流220v的變直流24v電源，使用的單片機(jī)是stc15f200型，白光T12烙鐵頭。

軟件部分：通過對電烙鐵溫度的動態(tài)調(diào)控，編寫控制程序，t12加熱控制，pid控制，計(jì)時器加熱時間，PWM占空比調(diào)節(jié)控制加熱功率，PID調(diào)節(jié)中主要是p調(diào)節(jié)器，溫差比例控制加熱大小，i調(diào)節(jié)器消除誤差，溫度低時加熱，溫度高時停止加熱，這也是能保持恒溫的措施。

硬件部分：3位數(shù)碼管顯示溫度，溫度步進(jìn)采用旋轉(zhuǎn)編碼器開關(guān)產(chǎn)生脈沖信號設(shè)定溫度，ADC參考電壓通過測TL431獲得，NTC熱敏電阻修正溫度，lm358放大增益t12的ADC信號。加熱指示燈閃爍表示溫度在加熱，DC-DC轉(zhuǎn)換，通過用KIS-3R33S降壓模塊將直流電源24v左右降壓到5v輸出供電。

烙鐵頭溫度校準(zhǔn)，進(jìn)入恒溫后通過溫度計(jì)測得烙鐵頭溫度，如果不對通過調(diào)整可變電阻改變運(yùn)算放大器增益，增益從200-300可調(diào)。

其控溫電路原理圖如圖二所示：

3 STC15F200單片機(jī)控制過程

（1）不插T12烙鐵頭時（防止因接觸不良出現(xiàn)故障），開機(jī)指示燈閃一下熄滅，顯示SER 1秒后顯示500。

（2）插T12烙鐵頭，開機(jī)指示燈勻速閃爍，表示快速加熱，顯示溫度一般從室溫開始升到設(shè)定溫度，快到設(shè)定溫度時，指示燈爆閃。指示燈不閃，表示烙鐵頭溫度達(dá)到設(shè)定溫度。

（3）溫度加強(qiáng)，正常狀態(tài)短按旋轉(zhuǎn)編碼器顯示設(shè)定溫度，此時右旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)入溫度加強(qiáng)。

（4）休眠時間（3分鐘時間無動作進(jìn)入休眠，此時溫度降至200度），可旋轉(zhuǎn)編碼器也可以震動手柄滾珠喚醒，10分鐘后關(guān)機(jī)，不再加熱。

4 新型電烙鐵的主要創(chuàng)新點(diǎn)

（1）10秒可以焊接達(dá)到設(shè)置的溫度，到溫度后就一直恒溫在設(shè)置的溫度，自動保存最后使用溫度。

（2）調(diào)溫范圍廣，控溫范圍100～450℃，保證焊接速度3-4秒一個焊點(diǎn)，調(diào)溫方便。

（3）三分鐘無動作就進(jìn)入休眠狀態(tài)，在休眠狀態(tài)下溫度被恒溫在200度，這樣就避免了烙鐵頭長期在高溫下空燒的問題，延長了烙鐵頭的壽命，降低電能消耗。

（4）PWM控制加熱功率，交替補(bǔ)償溫度，溫度穩(wěn)定±10℃

（5）溫升速度很快，根據(jù)焊點(diǎn)自動調(diào)節(jié)輸出功率，多種烙鐵頭可供選擇。

（6）利用滑塊自鎖和齒輪傳動，實(shí)現(xiàn)單向進(jìn)給與自動進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)了單手便捷操作，提升了焊接的安全性，同時提高了工作效率和質(zhì)量。

（7）利用人機(jī)工程學(xué)原理，將手柄傳統(tǒng)的直線造型優(yōu)化為手槍的曲線造型，增強(qiáng)了焊接過程的舒適性。

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