基于AVR單片機(jī)的智能型電烙鐵的設(shè)計

趙王武

本系統(tǒng)設(shè)計了以AVR單片機(jī)為核心的控制電路，巧妙地利用了光電開關(guān)，能夠?qū)崟r檢測用戶的使用情況，并根據(jù)不同的情況做出不同的反應(yīng)，使電烙鐵相應(yīng)的工作于自動恒溫“睡眠”和自動斷電狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)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(yīng)用范圍以及進(jìn)一步改進(jìn)的方向。＼

【關(guān)鍵詞】AVR單片機(jī) 光電傳感器 自動控溫 低功耗

電烙鐵在生活、教學(xué)、工業(yè)等各個領(lǐng)域都有它的身影。比如在生活中，特別是電子電氣設(shè)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(jìn)行更換還有線路的連接等。

1 設(shè)計原理

系統(tǒng)主體部分可分為電烙鐵部分和以單片機(jī)為核心的控制盒，電烙鐵部分主要負(fù)責(zé)加熱和溫度采集工作，控制盒是本系統(tǒng)的核心，由AVR單片機(jī)為中心構(gòu)成，系統(tǒng)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(shù)變換電路和放大器電路與單片機(jī)的某引腳相連，為系統(tǒng)采集烙鐵頭的實(shí)際溫度，再通過單片機(jī)與設(shè)定的值（由設(shè)置按鈕來人為設(shè)定）比較，從單片機(jī)發(fā)出命令，進(jìn)而控制加熱電路是加熱還是停止加熱，并且把溫度從數(shù)碼管上顯示出來。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能電烙鐵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)置按鈕模塊、顯示模塊等部分。

2.1 單片機(jī)電路模塊設(shè)計

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

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(wěn)壓芯片達(dá)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(hù)二極管進(jìn)行電源的保護(hù)。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(jī)工作。±12V電源主要供給放大器模塊工作。

加熱電路為本系統(tǒng)的執(zhí)行部分，本電路采用三極管作為模擬開關(guān)通過繼電器控制電烙鐵的接通與關(guān)閉以實(shí)現(xiàn)電烙鐵工作于自動恒溫“睡眠”和自動斷電狀態(tài)。單片機(jī)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(shí)現(xiàn)模擬開關(guān)的通與斷。D1是保護(hù)二極管用以鉗住當(dāng)繼電器由通變斷時產(chǎn)生的高電壓，起到保護(hù)三極管的作用。

2.3 溫度采集電路和溫度設(shè)置模塊

本單元電路作為本系統(tǒng)的前級電路對系統(tǒng)的性能起到關(guān)鍵作用，其測溫的精度直接關(guān)系系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。由于電烙鐵頭的溫度高達(dá)400多攝氏度，一般的熱敏傳感器難以達(dá)到要求，所以本系統(tǒng)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(yīng)。將兩種不同材料的導(dǎo)體A 和B 串接成一個閉合回路，當(dāng)兩個接點(diǎn)電T 和T0 的溫度不同時， 如果T > T0 在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，并在回路中有一定大小的電流， 此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)， 記為EAB，導(dǎo)體A ，B 稱為熱電極。在熱電偶冷熱端電勢關(guān)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(shí)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(shè)計和顯示電路設(shè)計

本文使用光敏電阻實(shí)現(xiàn)，此方案的原理是通過單片機(jī)檢測高低電平來了解用戶的使用狀態(tài)。此方案的缺點(diǎn)是抗干擾能力較差，有可能在某些環(huán)境下照成單片機(jī)判斷錯誤，如晚上在日光燈下使用。但此缺點(diǎn)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(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)掃描。此方案由于較為經(jīng)濟(jì)并且也能較好的完成顯示任務(wù)，在對顯示要求不高的場合此方案得到了廣泛的應(yīng)用，此方案的缺點(diǎn)是占用較多的單片機(jī)I/O口線，若直接應(yīng)用可能造成單片機(jī)I/O口線不夠用的問題，所以本系統(tǒng)采用74LS164芯片實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)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(jī)編程設(shè)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(huán)境狀況并讀取用戶設(shè)定值，若有用戶在使用，繼續(xù)保持加熱恒溫的狀態(tài)，而且在使用過程中，該設(shè)備還要實(shí)時顯示溫度值。若確認(rèn)無用戶使用的情況下，微控制器開始進(jìn)入睡眠狀態(tài)。達(dá)到一定時間，設(shè)備開始進(jìn)入斷電保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)然，設(shè)備也能根據(jù)用戶的需求來設(shè)置電烙鐵的溫度。

4 結(jié)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(fèi)很大的一部分時間。本設(shè)備集合了普通的電烙鐵加熱功能并能根據(jù)用戶的需要溫度達(dá)到恒溫的狀態(tài)并在保證安全的狀態(tài)下能達(dá)到自動斷電的功能。我相信這款設(shè)備是適應(yīng)時代的需求，貼合用戶的要求應(yīng)運(yùn)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。

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作者單位

溫州技師學(xué)院 浙江省溫州市 325000