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(多图) 基于ARM7智能拆焊、回流焊台控制系统的设计

北极光?? 2011年01月12日 ?? 收藏0

  0 引言

  随着电子工业的发展,电子产品越来越多,电路板上元器件的密度越来越大,并且多为贴片式元件。传统的手工焊接,比较适合直插式元件,对于贴片式焊接效果就差强人意,并且效率很低。同样,传统的的拆芯片方式,一般都用热风枪吹,这样也能够达到目的,但周围的小芯片容易被吹移位。基于以上的原因,有必要改变传统的手工焊接方式和用热风枪拆芯片的方式,采用计算机控制红外线加热的自动焊接。

  近几年国内逐渐开始使用拆焊台和回流焊,但普遍存在以下问题:(1)控制芯片采用简单的单片机,以"裸奔"为主没嵌操作系统,从而导致系统过于简单或分配不合理。(2)传感器一般都采用热电偶,但不加补偿电路,而且很少在程序中采用算法,这样加热器件往往存在惯性和滞后性,从而导致控温不精准。(3)没有将拆焊台和回流焊炉集于一体,使硬件利用率不高。

  因此,本文提出并研究设计了一种基于μC/OS-II嵌入式实时系统的智能拆焊、回流焊温度控制系统。

  1 智能拆焊、回流焊台电路设计原理

  本设计利用热电偶传感器检测出与温度对应的电压信号,然后经27L2放大和ARM7内部A/D转换成处理器可识别的数字信号。再通过ARM7来采集温度信号并对其进行运算、处理,最后根据运算、处理的结果来控制红外线灯头和电热盘。整个过程通过液晶显示屏(128×64)清晰显示。能够智能控温,顺利拆、焊多种型号芯片。加热灯头能够按规定的温度曲线加热,可设置存储8条曲线(掉电数据不丢失)。预热盘能够保持设置的恒定温度(误差不能超过3℃),有实时温度跟踪功能。

设计方框图

图1 设计方框图。

  主要包括电路供电单元、信号检测电路、执行控制单元、人机交互界面几部分单元模块。

  2 硬件电路

  2.1 电路供电单元

  主要由变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器等构成,为电路提供5V、3.3V和1.8V的稳定电压。

  2.2 信号检测电路

  主要由热电偶、运算放大器27L2、DS18B20及ARM7内部AD等组成。将温度转换成处理器可识别的数字信号。

  本设计的温度采集电路如图2所示,在P6口的1、3引脚接热电偶传感器的正端,2、4引脚接热电偶传感器的负端。热电偶采集到信号后经C00、C10(高频滤波电容)将高频杂波滤除,再经27L2(低频小信号放大器)将信号放大,其中R64与R63的和与R65的比值即为U3B的放大倍数,同理,R60与R62的和与R61的比值为U3A的放大倍数。放大后再经C01和C11将高频杂波滤除,最后该信号被传到ARM7,经其内部AD转换器将模拟电压信号转换成处理器可识别的数字信号。当热电偶传感器探头部分的温度发生变化时,热电偶传感器两端的电压也按一定比例对应发生变化,然后该电压信号经27L2放大,再经ARM内部AD将模拟量转换成数字量,ARM处理器得到数字量后便知道现在的温度。当然要想精确测温仅有热电偶测温模块是不够的。

温度采集电路

图2 温度采集电路。

  因为热电偶传感器有一个缺陷,它测的温度是探头与冷端之间的温度差,也就是说若仅用上述电路测温,则只有在冷端温度为零点的情况下测得的温度才是最精确的,冷端的温度与零点的温差越大,测得的温度数据越不精确。而本设计中焊台加热的同时,热电偶冷端温度会变化,从而造成了测温不准确。为了解决上述问题,特别增加了DS18B20作为补偿,在工业上称为补正系数修正法。应用的公式为:

T=T1+kT2

  式中T为实际温度,T1为DS18B20测得的温度,T2为热电偶传感器模块测得的温度,k为补正系数,这里取0.82。

  2.3 ARM最小系统

  本设计采用ARM7作为主控芯片,主要因其性价比高、资源丰富、工作稳定可靠。它带有32kB的片内Flash程序存储器和8kB的片内静态RAM;128位宽度接口/加速器可实现高达70MHz工作频率;10位A/D转换器提供8路输入;2个32位定时计数器和2个16位定时计数器;多达32个通用IO口,可承受5V电压;多个串行接口,包括2个UART、2个I2C总线、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP;多达13个边沿、电平触发的外部中断管脚;一个可编程的片内PLL可实现最大为70MHz的CPU操作频率等等。

  在图3ARM最小系统中,11.0592M的晶振和两个20pF电容为系统提供稳定的工作频率,然后再经ARM内部锁相环倍频使其工作频率最大可达70MHz。图中的U1为CAT1052,它为系统提供稳定的复位电路,同时为系统提供了256字节的可读写的E2PROM,使系统存储掉电不丢失数据空间。

ARM最小系统及外部存储电路图

图3 ARM最小系统及外部存储电路图。

  2.4 执行电路

  该设计的执行电路如图4所示。其中PL端口接控制指示灯,PS1为AC220接口,PS2为灯体接口,PS3为电热盘接口,网络标号KONG1和KONG2接ARM的两个控制引脚。当ARM测到当前温度低于温度曲线上的对应温度(即当前需要加热到的温度)时ARM处理器便让对应的控制端口置零,此时对应的光电耦合器(US1或US2)的发射端工作,使接收端导通,这时电源电压经触发二极管(DS1或DS2)和300Ω电阻后到达双向晶闸管(QS1或QS2)的触发极使其导通,这样电热盘或灯头便开始加热工作。类似的道理,当ARM的控制端给出低电平时,对应的可控硅截止,灯头或电热盘停止加热。

执行模块电路图

图4 执行模块电路图。

  2.5 人机交互界面

  这部分作为人机接口,主要实现与本设计系统的交流,由液晶显示屏(128×64)和独立键盘构成。操作者可通过键盘选择功能,让系统执行特定命令或进入特定状态,而系统则通过液晶显示屏告诉操作者其所处的状态或温度曲线。从而实现可视性的人工操作与实时的输出显示。


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ARM7? 回流焊? 传感器? LPC2103?

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