【星火计划】最丐加热台 - 嘉立创EDA开源硬件平台

专业版【星火计划】最丐加热台

7.8k
11
51
72

简介：加热床项目和烙铁项目基本上是功能复用的。稍做修改就能的出。

开源协议: GPL 3.0

创建时间： 2022-06-01 09:43:20

更新时间： 2023-09-28 12:51:38

描述

星火计划的B站参赛视频：

https://www.bilibili.com/video/BV1Qd4y1D7x8?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=2ad6fc72b7980e7dfb02dad8e7fbe8ae

记得三连加评论，获奖了才有动力持续更新，谢谢大家！！！

功能简介

利用PCB导线电阻通过大电流产生焦耳热，加热铝基板，实现铁板烧功能。

整体硬件基于我的项目BUCK936数控焊台进行小修小改得到。

人机交互从LCD1602加按键改成OLED12864+旋转编码器。防止交互时不小心戳到发热板烫手指。

电路原理

电源预稳压

由于LM1117-33的输入耐压是12V。为了扩宽输入电压范围，就加入了一个预稳压模块。

R15,R16分压就产生了输入电源一半的电压。经过Q4增强驱动能力，把降低后的电压给到1117-33。使最高输入电源电压从12V扩展到24V。

然后C7在栅极处形成低通滤波，增强电源纹波抑制。

如果把R16换成稳压管，Q2换成三极管，就变成了上课常见的串联型稳压电源电路

一个IO点两个LED

分配好IO发现还多了两个，不如加热板外面加个流水灯做警示作用。这里借鉴呢网上的图，一个IO驱动两个LED。

推挽输出时某一时刻只有一个LED有电，只要输出方波就能两个同时点亮。

但是如何熄灭呢？

假设LED1网络高阻态输出，考虑红色LED的导通压降2V*2=4V大于VCC3.3V。所以此时LED都不亮。

但是在这里会产生一个现象。当加热板温度上去后，会通过热辐射加热LED，此时LED导通压降减少，导致LED无法关断，即使关断也会微微发亮。

运算放大

U2.1可以用虚短续断分析的出R2两端电压为0.3V，这IR1=IR2=30uA，然后就可以通过(ADC_NTC电压-0.3V)/30uA得出R1的电阻，从而推算温度。

但是分析U2.2时你们就会头疼了。R6~R9几个电阻怎么分压，得出放大倍数为50呢？

这是等效电路R8,R9是并联，求得等效电阻为45.5kΩ。

然后是R6,R7,可以用戴维南等效求得一个电压为0.3V，输出内阻为909Ω的等效电路。

现在放大倍数和关系式就能轻易求出。注意0.3V的等效电压源相当于把前面的0.3V消去再进行放大。

代码讲解

函数指针传递

void dot_set(uint8_t x,uint8_t y);//描点

void dot_reset(uint8_t x,uint8_t y);//清点

void dot_alt(uint8_t x,uint8_t y);//翻转点

void FastHLine(uint8_t x,uint8_t y,uint8_t len, void dot(uint8_t,uint8_t));

void FastVLine(uint8_t x,uint8_t y,uint8_t len, void dot(uint8_t,uint8_t));

void Line(uint8_t x0,uint8_t y0,uint8_t x1,uint8_t y1, void dot(uint8_t,uint8_t));

函数传递除了传递数据和指针和可以传递函数指针，这里给出示例。而且这是编译器固有的语法，这里不展开描述了。

多连击检测

500ms内捕获到连续上升沿就计数，并重新计时。如果500ms没有操作就输出连击数。

这里是借鉴了耳机线功能，一个按键识别单击双击三击实现不同功能。

该函数需要定期轮询来计数。

uint8_t get_EC11_state()

{

static uint16_t event_tick=0;

uint8_t out_temp=0;

switch(get_ec11_key())

{

case 1://按下事件

event_tick/=1000;

event_tick++;

event_tick*=1000;//保留千位

break;

case 2://长按事件

event_tick=0;

out_temp=0xff;

break;

}

if(event_tick)

{

event_tick++;

if(event_tick%1000==500)

{

out_temp=event_tick/1000;

event_tick=0;

}

return out_temp;

}

软件功能介绍

上位机配套的是伏特加

单片机已经做好温度设置解析了，只欠对应的控件，正在想办法处理。

使用时注意，先导入附件里面的界面.json文件，然后左侧设置如下图。

右边对应的参数是

电源电压
当前温度
设定温度
占空比（最大64000）

实机数据测试

加热铝基板经过测试发现冷态电阻是2.5Ω，温度上去后稳定在4Ω。

而且烤机后测量转接板和控制板的温度都上升到70°左右，这温度显然会影响电子元件工作。

经过猜想热量是从加热板背面通过对流和辐射传下去的。而且这些无用的发热使得升温速度变慢，30W就只能维持在160度附近恒定。

猜想有一半的发热从下方散溢出去。如果能隔绝这部分损耗会怎么样？

这时我发现有气凝胶毡这种新型的隔热材料，耐热性能也符合项目要求，10*10CM的10mm厚度才10元不到包邮。

于是带来了下面测试：

状态\区间	100度~200度升温用时	100度~200度降温用时
无隔热	110s	130s
有隔热	100s	150s

略有提升，但是收效甚微

状态\测温位置	主板温度	螺丝转接板温度
无隔热	48度	80度
有隔热	43.5度	60度

经过测量发现热量主要是通过铜柱向下传递，虽然隔热垫有效果，但是并不显著。

结论是这隔热垫的升级投入并没有引起质变。

推荐的改进方向

如果想提高功率无非就两种方法，提高电流，提高电压。（Q=UI）

我这里开关管是用三个AO3400并联，不知道是开关损坏大还是元件耐压不够，电源上了20V左右时MOS管就被击穿了。

也可能这些3400是2300假冒的（测试元件不来自LCSC）。软件上还做了些许补救，把PWM频率从40kHz下调到500Hz，以降低开关损耗。

在20V以下烤机一切正常。如果想采用24V供电最好采用更大封装的mos管。功率器件封装越大，参数越强。

如果功率提高后，低温段最大功率超过电源额定输出功率，可以考虑程序上软启动。实现起来不难，就在PWM输出加个对应温度做出不同的最大PWM限制。

如果铝基板电阻相对电源额定功率偏小，也可以全程锁定最大占空比。

有可能导致哨叫会比较明显，因为PWM频率才500Hz。而且长期运行在PWM下电感磁损会加剧发热。

不过这里对电感要求不高，功能是降低对电源的冲击。只要不是到达磁芯居里温度然后导致电源进保护就行。

实测满载下电感温度也才70的，黄色铁粉芯，不排除是隔壁铝基板的热传递导致部分温升。

复刻成本计算

物料	大概成本
铁壳开关电源	20元包邮
DAPLink（山寨STLink可以代替，这单片机不能用正常的STLink烧录）	20元
HK32F030MF4P6	1元包邮
GS8552(温度无所谓可以考虑LMV358)	1元
0.96寸OLED12864（甚至可以不用人机交互，一直用上位机）	12元
EC11编码器	2元
MF58	2元包邮
阻容二三极管	10元
合计（不带烧录器）	50元