基于STC15F200單片機的控溫式手槍自給電烙鐵

趙鵬　張銀濤　劉振東

摘要：基于STC15F200單片機的控溫式手槍自給電烙鐵與傳統的電烙鐵在結構上進行了極大的改進，其采用了手槍式的結構，便于操作；自動進給焊絲的功能避免的操作的不當；基于單片機的控溫系統保證了焊接的質量。

關鍵詞：電烙鐵；手槍式；控溫；單片機

0 引言

眾所周知，電烙鐵在電子、金屬焊接、機械制造等各行業中得到十分廣泛的應用。據了解，普通電烙鐵在實際使用過程中存在以下不足：

（1）普通電烙鐵操作難度系數高，新手難于掌握。電烙鐵在進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量和精度很難保證。

（2）普通電烙鐵的溫度不能準確控制。在使用過程中當焊接比較大的區域或者焊接比較大的連接件時就需要比較高的焊接溫度，若溫度低則無法進行焊接；但是當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，未能結合人機工程的特點。現有的普通電烙鐵，外觀輪廓一般是直線型的，沒有過多考慮人手的生理結構和操作的手勢，在焊接操作時加劇了受到疲勞感，不便使用。

基于上述原因和實踐中的經驗，現設計了一種新型的單片機控溫的手槍式進給電烙鐵。

1 手槍式電烙鐵機械結構的初步改進

本電烙鐵的設計主要由烙鐵部分、夾持部分和自動進給三部分組成，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）、反向進給滑塊（8）、后置卡緊滑塊（9）組成；自動進給部分由焊絲盤安裝座（11）、復位彈簧（12）、焊絲盤（13）、封閉板（14）、扳機（15）、換向齒輪（16）組成。

其中，扳機安裝在焊槍架體內部，換向齒輪與扳機相連，復位彈簧一端固定在焊槍架體內部，另一端與扳機相連，壓線板安裝在焊槍架體上，封閉板安裝在扳機的上部，封閉板的右側安裝有反向進給滑塊，反向進給滑塊的內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，導向管安裝在焊槍架體上，導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部，并依次通過反向進給滑塊、扳機上部滑塊、導向管，直至烙鐵頭，此時反向進給滑塊、扳機上部滑塊內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向作用下壓緊焊絲，以防止焊絲產生反向運動（即向右側的運動），之后按壓扳機向右側運動，與此同時，扳機壓縮復位彈簧，并通過換向齒輪帶動反向進給滑塊向左側運動，此時反向進給滑塊內部的后置卡緊滑塊咬緊焊絲前移（即向左側運動），扳機上部滑塊內部的前置卡緊滑塊與焊絲產生相對滑移，從而實現按壓扳機完成焊絲進給；當松開扳機后，扳機在復位彈簧彈力的作用下推動扳機前移，與此同時，通過換向齒輪帶動反向進給滑塊向右側運動，此時反向進給滑塊內部的后置卡緊滑塊與焊絲產生相對滑移，扳機上部滑塊內部的前置卡緊滑塊咬緊焊絲前移（即向左側運動），從而實現釋放扳機完成自動進給焊絲。

2 基于STC15F200單片機的控溫原理

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

軟件部分：通過對電烙鐵溫度的動態調控，編寫控制程序，t12加熱控制，pid控制，計時器加熱時間，PWM占空比調節控制加熱功率，PID調節中主要是p調節器，溫差比例控制加熱大小，i調節器消除誤差，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位數碼管顯示溫度，溫度步進采用旋轉編碼器開關產生脈沖信號設定溫度，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，進入恒溫后通過溫度計測得烙鐵頭溫度，如果不對通過調整可變電阻改變運算放大器增益，增益從200-300可調。

其控溫電路原理圖如圖二所示：

3 STC15F200單片機控制過程

（1）不插T12烙鐵頭時（防止因接觸不良出現故障），開機指示燈閃一下熄滅，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定溫度，快到設定溫度時，指示燈爆閃。指示燈不閃，表示烙鐵頭溫度達到設定溫度。

（3）溫度加強，正常狀態短按旋轉編碼器顯示設定溫度，此時右旋轉編碼器進入溫度加強。

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

4 新型電烙鐵的主要創新點

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

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

（3）三分鐘無動作就進入休眠狀態，在休眠狀態下溫度被恒溫在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，交替補償溫度，溫度穩定±10℃

（5）溫升速度很快，根據焊點自動調節輸出功率，多種烙鐵頭可供選擇。

（6）利用滑塊自鎖和齒輪傳動，實現單向進給與自動進給，實現了單手便捷操作，提升了焊接的安全性，同時提高了工作效率和質量。

（7）利用人機工程學原理，將手柄傳統的直線造型優化為手槍的曲線造型，增強了焊接過程的舒適性。

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