基于AVR單片機的智能型電烙鐵的設計

趙王武

本系統設計了以AVR單片機為核心的控制電路，巧妙地利用了光電開關，能夠實時檢測用戶的使用情況，并根據不同的情況做出不同的反應，使電烙鐵相應的工作于自動恒溫“睡眠”和自動斷電狀態從而實現了降低功耗、消除安全隱患的目的。并分析了研制過程中存在的問題、應用范圍以及進一步改進的方向。＼

【關鍵詞】AVR單片機 光電傳感器 自動控溫 低功耗

電烙鐵在生活、教學、工業等各個領域都有它的身影。比如在生活中，特別是電子電氣設備的維修，一些電子維修工程師會用電烙鐵把電路板上損壞的元器件進行更換還有線路的連接等。

1 設計原理

系統主體部分可分為電烙鐵部分和以單片機為核心的控制盒，電烙鐵部分主要負責加熱和溫度采集工作，控制盒是本系統的核心，由AVR單片機為中心構成，系統總體框圖如圖1所示。

其中溫度采集電路中通過熱電偶，它通過模/數變換電路和放大器電路與單片機的某引腳相連，為系統采集烙鐵頭的實際溫度，再通過單片機與設定的值（由設置按鈕來人為設定）比較，從單片機發出命令，進而控制加熱電路是加熱還是停止加熱，并且把溫度從數碼管上顯示出來。

2 系統結構設計

智能電烙鐵系統結構主要包括電源模塊、加熱模塊、溫度采集模塊、檢測電路模塊、設置按鈕模塊、顯示模塊等部分。

2.1 單片機電路模塊設計

本文采用Advanced RISC Architecture單片機（AVR），它與時鐘電路和復位電路一起構成了AVR單片機的最小系統。AVR單片機在系統中起到非常重要的作用。AVR單片機能夠控制電烙鐵是繼續加熱、停止加熱還是睡眠狀態。

2.2 電源模塊模塊和加熱電路模塊

本文是采用78、79系列穩壓芯片達到輸出電壓+5V、+12V、-12V電源電路。電源輸入首先通過一個反向保護二極管進行電源的保護。該電路主要完成整流濾波功能。+5V電源直接輸出給AVR單片機工作。±12V電源主要供給放大器模塊工作。

加熱電路為本系統的執行部分，本電路采用三極管作為模擬開關通過繼電器控制電烙鐵的接通與關閉以實現電烙鐵工作于自動恒溫“睡眠”和自動斷電狀態。單片機的控制信號D0送到三極管的基極通過其高低電平的變化來實現模擬開關的通與斷。D1是保護二極管用以鉗住當繼電器由通變斷時產生的高電壓，起到保護三極管的作用。

2.3 溫度采集電路和溫度設置模塊

本單元電路作為本系統的前級電路對系統的性能起到關鍵作用，其測溫的精度直接關系系統的各項性能指標。由于電烙鐵頭的溫度高達400多攝氏度，一般的熱敏傳感器難以達到要求，所以本系統采用熱電偶作為測溫元件。

熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同材料的導體A 和B 串接成一個閉合回路，當兩個接點電T 和T0 的溫度不同時， 如果T > T0 在回路中就會產生熱電動勢，并在回路中有一定大小的電流， 此種現象稱為熱電效應， 記為EAB，導體A ，B 稱為熱電極。在熱電偶冷熱端電勢關系中，有如下公式（1）存在：

EAB（t，0）=EAB（t，tn）+EAB（tn，0） （1）

其中，t為實測溫度；tn為冷端溫度；EAB（t，0）冷端溫度為0℃時，熱電偶電勢輸出；EAB（t，tn）冷端溫度為tn ℃時，熱電偶電勢輸出。

通過選擇按鈕K2可以增大溫度，選擇按鈕K3可以減小溫度，再通過選擇按鈕K4來確定選擇的溫度。如圖5所示。

2.4 使用情況檢測電路模塊設計和顯示電路設計

本文使用光敏電阻實現，此方案的原理是通過單片機檢測高低電平來了解用戶的使用狀態。此方案的缺點是抗干擾能力較差，有可能在某些環境下照成單片機判斷錯誤，如晚上在日光燈下使用。但此缺點可以通過安裝得到較好的解決。通過以上考慮本電路選用此方案。電路圖如圖2所示。

采用四個七段LED數碼管進行動態掃描。此方案由于較為經濟并且也能較好的完成顯示任務，在對顯示要求不高的場合此方案得到了廣泛的應用，此方案的缺點是占用較多的單片機I/O口線，若直接應用可能造成單片機I/O口線不夠用的問題，所以本系統采用74LS164芯片實現串并轉換以減少對I/O口線的占用。顯示電路如圖3所示。

3 單片機編程設計

在正常通電之后，微控制器使用光敏電阻開始檢測電烙鐵的使用環境狀況并讀取用戶設定值，若有用戶在使用，繼續保持加熱恒溫的狀態，而且在使用過程中，該設備還要實時顯示溫度值。若確認無用戶使用的情況下，微控制器開始進入睡眠狀態。達到一定時間，設備開始進入斷電保護狀態。當然，設備也能根據用戶的需求來設置電烙鐵的溫度。

4 結束語

目前市面上的電烙鐵參差不齊，價格也差別很大，要選擇一款適合自己的往往會花費很大的一部分時間。本設備集合了普通的電烙鐵加熱功能并能根據用戶的需要溫度達到恒溫的狀態并在保證安全的狀態下能達到自動斷電的功能。我相信這款設備是適應時代的需求，貼合用戶的要求應運而生的。而且使用的電子元器件都是普通的器件，價格低廉，性價比高。

參考文獻

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作者單位

溫州技師學院 浙江省溫州市 325000