基于交流调功的恒温电烙铁设计

1、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2u 1）确定电路并选择器件u 2）利用单片机进行交流调功控制u 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

2、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

3、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

4、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

5、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74、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

6、超过10时，计数清零，又开始循环。图85、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12345678910设定值/95126150172195218236247259275实际值/76110137160183208217235241274误差20%12.6%8.6%7.2%6.2%4.8%8.1%4.7%4.9%0.4%说明：上表数据，

7、每个10min进行测量并调档（10个周波，共分10档）6、数据分析与拟合总体来看，从实验数据可以看出，在低温段（100以下）误差较大，在中高温段误差较小，越接近电烙铁可达到的最高温，误差越小。为便于得出更精确结论，我们总共测量了100组数据（每档测十组，共10档），用著名的曲线拟合软件TableCurve对周波数与温度进行拟合，得到若干公式（图10a,图10b），根据拟合度和方便程度，选取简单一次函数，取a=-3，b=0.05。如图10a 图10b7、总体电路图 图118、总结我们的作品完成了题目要求，能对电烙铁进行恒温控制，但不足之处在于只是实现了开环控制恒温，受周围环境影响比较大，不过在室内应用还是相当可以的。经过三个星期的设计、仿真与制作，不仅锻炼了我们的动手能力，还培养了我们