基于STC15F200单片机的控温式手枪自给电烙铁

赵鹏　张银涛　刘振东

摘要：基于STC15F200单片机的控温式手枪自给电烙铁与传统的电烙铁在结构上进行了极大的改进，其采用了手枪式的结构，便于操作；自动进给焊丝的功能避免的操作的不当；基于单片机的控温系统保证了焊接的质量。

关键词：电烙铁；手枪式；控温；单片机

0 引言

众所周知，电烙铁在电子、金属焊接、机械制造等各行业中得到十分广泛的应用。据了解，普通电烙铁在实际使用过程中存在以下不足：

（1）普通电烙铁操作难度系数高，新手难于掌握。电烙铁在进行焊接操作时需要操作者双手配合工作，但焊接时双手由于长期处于紧张状态而易疲劳，从而造成注意力不能集中。同时由于左右手配合需要一定的熟练程度，在操作时其焊接的质量和精度很难保证。

（2）普通电烙铁的温度不能准确控制。在使用过程中当焊接比较大的区域或者焊接比较大的连接件时就需要比较高的焊接温度，若温度低则无法进行焊接；但是当焊接集成电路的引脚时就需要比较低的温度，若温度太高则极易烧毁集成电路或电子元件。

（3）普通电烙铁采用的是直线型，未能结合人机工程的特点。现有的普通电烙铁，外观轮廓一般是直线型的，没有过多考虑人手的生理结构和操作的手势，在焊接操作时加剧了受到疲劳感，不便使用。

基于上述原因和实践中的经验，现设计了一种新型的单片机控温的手枪式进给电烙铁。

1 手枪式电烙铁机械结构的初步改进

本电烙铁的设计主要由烙铁部分、夹持部分和自动进给三部分组成，如图一所示。烙铁部分由焊枪架体（18）、加热部分（2）、压线板（17）、十字槽盘头螺钉（10）组成，其构成同普通电烙铁；夹持部分由前置卡紧弹簧（4）、前置卡紧滑块（5）、后置卡紧弹簧固定塞（6）、后置卡紧弹簧（7）、反向进给滑块（8）、后置卡紧滑块（9）组成；自动进给部分由焊丝盘安装座（11）、复位弹簧（12）、焊丝盘（13）、封闭板（14）、扳机（15）、换向齿轮（16）组成。

其中，扳机安装在焊枪架体内部，换向齿轮与扳机相连，复位弹簧一端固定在焊枪架体内部，另一端与扳机相连，压线板安装在焊枪架体上，封闭板安装在扳机的上部，封闭板的右侧安装有反向进给滑块，反向进给滑块的内部安装有后置卡紧弹簧，后置卡紧弹簧左端与后置卡紧弹簧固定塞相连，右端与后置卡紧滑块相连，封闭板左侧安装有前置卡紧滑块，前置卡紧弹簧一端与前置卡紧滑块相连，另一端与前置卡紧弹簧固定塞相连，导向管安装在焊枪架体上，导向管的上端安装有加热部分，焊丝盘上加工有焊丝盘安装座，焊丝盘安装座通过十字槽盘头螺钉固定在焊枪架体上。

在使用该装置前，首先将焊丝插入焊枪架体内部，并依次通过反向进给滑块、扳机上部滑块、导向管，直至烙铁头，此时反向进给滑块、扳机上部滑块内部的前置卡紧滑块在前置卡紧弹簧弹力作用和滑块安装槽的导向作用下压紧焊丝，以防止焊丝产生反向运动（即向右侧的运动），之后按压扳机向右侧运动，与此同时，扳机压缩复位弹簧，并通过换向齿轮带动反向进给滑块向左侧运动，此时反向进给滑块内部的后置卡紧滑块咬紧焊丝前移（即向左侧运动），扳机上部滑块内部的前置卡紧滑块与焊丝产生相对滑移，从而实现按压扳机完成焊丝进给；当松开扳机后，扳机在复位弹簧弹力的作用下推动扳机前移，与此同时，通过换向齿轮带动反向进给滑块向右侧运动，此时反向进给滑块内部的后置卡紧滑块与焊丝产生相对滑移，扳机上部滑块内部的前置卡紧滑块咬紧焊丝前移（即向左侧运动），从而实现释放扳机完成自动进给焊丝。

2 基于STC15F200单片机的控温原理

新型电烙铁的控温部分采用交流220v的变直流24v电源，使用的单片机是stc15f200型，白光T12烙铁头。

软件部分：通过对电烙铁温度的动态调控，编写控制程序，t12加热控制，pid控制，计时器加热时间，PWM占空比调节控制加热功率，PID调节中主要是p调节器，温差比例控制加热大小，i调节器消除误差，温度低时加热，温度高时停止加热，这也是能保持恒温的措施。

硬件部分：3位数码管显示温度，温度步进采用旋转编码器开关产生脉冲信号设定温度，ADC参考电压通过测TL431获得，NTC热敏电阻修正温度，lm358放大增益t12的ADC信号。加热指示灯闪烁表示温度在加热，DC-DC转换，通过用KIS-3R33S降压模块将直流电源24v左右降压到5v输出供电。

烙铁头温度校准，进入恒温后通过温度计测得烙铁头温度，如果不对通过调整可变电阻改变运算放大器增益，增益从200-300可调。

其控温电路原理图如图二所示：

3 STC15F200单片机控制过程

（1）不插T12烙铁头时（防止因接触不良出现故障），开机指示灯闪一下熄灭，显示SER 1秒后显示500。

（2）插T12烙铁头，开机指示灯匀速闪烁，表示快速加热，显示温度一般从室温开始升到设定温度，快到设定温度时，指示灯爆闪。指示灯不闪，表示烙铁头温度达到设定温度。

（3）温度加强，正常状态短按旋转编码器显示设定温度，此时右旋转编码器进入温度加强。

（4）休眠时间（3分钟时间无动作进入休眠，此时温度降至200度），可旋转编码器也可以震动手柄滚珠唤醒，10分钟后关机，不再加热。

4 新型电烙铁的主要创新点

（1）10秒可以焊接达到设置的温度，到温度后就一直恒温在设置的温度，自动保存最后使用温度。

（2）调温范围广，控温范围100～450℃，保证焊接速度3-4秒一个焊点，调温方便。

（3）三分钟无动作就进入休眠状态，在休眠状态下温度被恒温在200度，这样就避免了烙铁头长期在高温下空烧的问题，延长了烙铁头的寿命，降低电能消耗。

（4）PWM控制加热功率，交替补偿温度，温度稳定±10℃

（5）温升速度很快，根据焊点自动调节输出功率，多种烙铁头可供选择。

（6）利用滑块自锁和齿轮传动，实现单向进给与自动进给，实现了单手便捷操作，提升了焊接的安全性，同时提高了工作效率和质量。

（7）利用人机工程学原理，将手柄传统的直线造型优化为手枪的曲线造型，增强了焊接过程的舒适性。

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