基于交流调功的恒温电烙铁设计

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
说明：上表数据，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
7、总体电路图
图11
8、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，还培养了我们团结协作的精神，并且验证了我们所学的知识，更加促进了我们查阅资料的能力。

参考文献
[1]王兆安，黄俊《电力电子技术》西安交通大学机械工业出版社
[2]何立民 MCS-51单片机应用系统设计技术[M] 北京：北京航空航天大学出版
社，1999。