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关键字：ARM7 回流焊 传感器 LPC2103
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。
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。
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。
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。
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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