基于μC/OS-II的智能拆焊、回流焊温度控制系统

近几年国内逐渐开始使用拆焊台和回流焊，但普遍存在以下问题：(1)控制芯片采用简单的单片机，以裸奔为主没嵌操作系统，从而导致系统过于简单或分配不合理。(2)传感器一般都采用热电偶，但不加补偿电路，而且很少在程序中采用算法，这样加热器件往往存在惯性和滞后性，从而导致控温不精准。(3)没有将拆焊台和回流焊炉集于一体，使硬件利用率不高。

　　因此，本文提出并研究设计了一种基于μC/OS-II嵌入式实时系统的智能拆焊、回流焊温度控制系统。

　　1 智能拆焊、回流焊台电路设计原理

　　本设计利用热电偶传感器检测出与温度对应的电压信号，然后经27L2放大和ARM7内部A/D转换成处理器可识别的数字信号。再通过ARM7来采集温度信号并对其进行运算、处理，最后根据运算、处理的结果来控制红外线灯头和电热盘。整个过程通过液晶显示屏(128×64)清晰显示。能够智能控温，顺利拆、焊多种型号芯片。加热灯头能够按规定的温度曲线加热，可设置存储8条曲线(掉电数据不丢失)。预热盘能够保持设置的恒定温度(误差不能超过3℃)，有实时温度跟踪功能。

　　图1 设计方框图。

　　主要包括电路供电单元、信号检测电路、执行控制单元、人机交互界面几部分单元模块。

　　2 硬件电路

　　2.1 电路供电单元

　　主要由变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器等构成，为电路提供5V、3.3V和1.8V的稳定电压。

　　2.2 信号检测电路

　　主要由热电偶、运算放大器27L2、DS18B20及ARM7内部AD等组成。将温度转换成处理器可识别的数字信号。

　　本设计的温度采集电路如图2所示，在P6口的1、3引脚接热电偶传感器的正端，2、4引脚接热电偶传感器的负端。热电偶采集到信号后经C00、C10(高频滤波电容)将高频杂波滤除，再经27L2(低频小信号放大器)将信号放大，其中R64与R63的和与R65的比值即为U3B的放大倍数，同理，R60与R62的和与R61的比值为U3A的放大倍数。放大后再经C01和C11将高频杂波滤除，最后该信号被传到ARM7，经其内部AD转换器将模拟电压信号转换成处理器可识别的数字信号。当热电偶传感器探头部分的温度发生变化时，热电偶传感器两端的电压也按一定比例对应发生变化，然后该电压信号经27L2放大，再经ARM内部AD将模拟量转换成数字量，ARM处理器得到数字量后便知道现在的温度。当然要想精确测温仅有热电偶测温模块是不够的。

　　图2 温度采集电路。

　　因为热电偶传感器有一个缺陷，它测的温度是探头与冷端之间的温度差，也就是说若仅用上述电路测温，则只有在冷端温度为零点的情况下测得的温度才是最精确的，冷端的温度与零点的温差越大，测得的温度数据越不精确。而本设计中焊台加热的同时，热电偶冷端温度会变化，从而造成了测温不准确。为了解决上述问题，特别增加了DS18B20作为补偿，在工业上称为补正系数修正法。应用的公式为：

　　T=T1+kT2

　　式中T为实际温度，T1为DS18B20测得的温度，T2为热电偶传感器模块测得的温度，k为补正系数，这里取0.82。

　　2.3 ARM最小系统

　　本设计采用ARM7作为主控芯片，主要因其性价比高、资源丰富、工作稳定可靠。它带有32kB的片内Flash程序存储器和8kB的片内静态RAM;128位宽度接口/加速器可实现高达70MHz工作频率;10位A/D转换器提供8路输入;2个32位定时计数器和2个16位定时计数器;多达32个通用IO口，可承受5V电压;多个串行接口，包括2个UART、2个I2C总线、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP;多达13个边沿、电平触发的外部中断管脚;一个可编程的片内PLL可实现最大为70MHz的CPU操作频率等等。

　　在图3ARM最小系统中，11.0592M的晶振和两个20pF电容为系统提供稳定的工作频率，然后再经ARM内部锁相环倍频使其工作频率最大可达70MHz。图中的U1为CAT1052，它为系统提供稳定的复位电路，同时为系统提供了256字节的可读写的E2PROM，使系统存储掉电不丢失数据空间。

　　图3 ARM最小系统及外部存储电路图。