基于交流调功的恒温电烙铁设计.doc

中国计量学院 课程设计设计报告书 题目：基于交流调功的电烙铁恒温控制 二级学院 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 12电气1班 姓 名 袁敬坤 学 号 1200103101 同组同学姓名 张超 同组同学学号 1200103103 同组同学姓名 孙一诺 (女) 同组同学学号 1230114106 2015年 11 月 30 日 题目6基于交流调功的电烙铁恒温控制 一、题目要求 图1 图2 1）确定电路并选择器件 2）利用单片机进行交流调功控制 3）通过实验获取控制范围与所对应的烙铁温度的关系 二、小组分工 小组成员共同完成要求分析与方案探讨，并一起完成电路设计与制作，每个人的具体分工如下： 袁敬坤：主要负责电路设计与仿真，单片机编程以及原理探讨 张超：基本原理框架构建，方案起草，报告起草等，并参与电路设计 孙一诺：参与电路制作，方案起草，并完成电路基本调试以及元器件采集 三、要求分析 基于交流调功的电烙铁恒温控制，首先就是要实现交流调功，其次就是实现恒温控制。 交流调功可以按照要求中图2原理，通过在工频电10个周期内，导通几个周期，再关断剩余几个周期，因此在电烙铁供电回路中应该串联一个可以控制开关的装置；而工频电周波都是在零点进行控制与计数，所以应该设计一个用于计数工频电周期的电路。 恒温控制，当电烙铁在工作时，假设室温恒定，温度一定，散失的热量就一定，当输入电能等于散失热量时，就会达到恒温，所以当输入功率恒定就能实现恒温控制。 综上所述，电烙铁工作在工频电时，通过交流调功就可以实现恒温控制。 四、方案设计 1、总体构思 根据要求，利用控制工频电周波通断个数就能实现调功，而工频电周波个数需设计周波检测转换电路，因此基本的系统框图如图3所示 图3 基于交流调功的电烙铁恒温控制系统电路主要就是设计要求中图3的控制装置（实现交流调功）和设计检测装置（周波检测转换，即过零检测电路）。 2、控制装置方案设计 方案一: 利用固体继电器（SSR）实现交流调功控制，基本原理如图4所示，当输入端“+”“-”之间有压降时输出端导通；反之不导通。 图4 方案二:利用双向可控硅实现交流调功控制，如图5所示，通过P1.0端输入单片机信号控制三极管S8050，三极管驱动控制光耦MOC3021，从而控制双向可控硅BT134。当P1.0为高电平时，三极管8050导通，光耦MOC3021的1脚，2脚有电流流过，光耦MOC3021的4脚6脚电阻相对减小，无论火线或L1端哪端相对高于另一端双向可控硅BT134都能导通，火线和L1端导通；反之，双向可控硅不导通，火线和L1端不导通。 图5 两方案进行比较，方案二电路复杂，用件较多，焊接麻烦。方案一简单，方便，电路容易，控制方便。综上因素，我们采用方案二。 3、检测装置设计 检测装置是调功装置的引路者，能把工频电周波转换成单片机能快速识别的方波，如图6所示。 图6 其中的检测电路就是把正弦波转换成方波，但要考虑正弦波为220V的工频电，所以应该有一定的隔离，基本电路如图7所示。当L相对于N为高电平光耦5210导通，驱动三极管8050导通，P3.0就为高电平；反之为低电平。 图7 4、程序设计 参照系统框图单片机执行程序需要按键输入、方波计数输入、液晶显示输出、控制输出等简单的输入输出，51单片机就能实现；程序框图如图8所示，单片机开机后通过按键输入所想设定的温度，确定后单片机程序开启P3.0管脚的上下降沿中断，在中断中执行计数，并且在所计的数没有达到设定温度所标定周波个数值时总是置P1.0为高电平，即图5中火线和L1导通；当计数超过设定温度所标定周波个数值时置P1.0为低电平；总的计数个数超过10时，计数清零，又开始循环。 图8 5、系统调试 电路焊接完成后，检查电路，正确后连接好线路，用变压器接在电烙铁应接位置，打开总开关，按键输入温度，确定后用示波器观察变压器低压端一个周期波形，当输入80℃时，波形如图9a所示；当输入为160℃时，波形如图9b所示。 图9a 图9b 观察波形与理论相差不大，插上电烙铁进行温度标定，所测数据如下表所示 周波数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 设定值/℃ 95 126 150 172 195 218 236 247 259 275 实际值/℃ 76 110 137 160 183 208 217 235 241 274 误差 20% 12.6% 8.6% 7.2%