RP50 恒功率回流焊曲线加热台【星火计划2026】

RP50 — 迷你回流焊台

项目背景与动机

为什么做这个项目

当前立创开源平台的加热台大体分两类：

高压版——性能硬核，但组装涉及强电接线与绝缘处理，新手望而却步；
低压版——门槛低、功能简单，但性能与体验都偏弱，缺乏复刻动力。

两端之间缺一个「功能全面、组装友好、颜值在线」的中间档选择。RP50 就是来填这个空的。

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RP50 的解法

维度	做到了什么
安全	PD 电源供电，属低压安全设备，无强电风险
结构	创新无螺丝主体结构，组装直观，基本无需安装指南
性能	PD 满功率运行，65W 电源 200°C 升温约 60s
易理解	电路原理简洁，新手可完全理解并 DIY 自己的版本
交互	彩屏 + 编码器，信息丰富、操作直观

一句话概括：一台颜值在线、功能全面的迷你加热台。（当前方案属于“客制化”堆料设计，开发板性质,比如可以切换成一台恒压恒流可调电源。单纯的加热台需求，市面上成熟的方案其实更合理。后面有时间会通过重新绘制功率板，省去DCDC电路部分，实现更低成本、更高温度、更小发热的设计。）

项目简介

RP50 是一台基于 立创·ColorEasyPico2 开发板（RP2350） 的迷你回流焊台，同时支持恒温加热和回流焊两种工作模式。项目从硬件设计到软件编码全部自主完成，目标是实现一台功能完整、交互顺手、安全可靠的桌面级加热台。

项目用到的嘉立创产品：PCB×4、铝基板×1、3D打印、薄膜+亚克力面板。

> 名称解读：RP = RP2350（主控芯片型号），50 = 50mm × 50mm 加热板尺寸。
>
> 设计亮点速览
> - 恒功率闭环控制 — INA226 实时测电阻 + PL5501 Buck-Boost 动态调压，功率不随温度衰减，回流焊升温曲线全程线性可预测
> - 加热板即插即用 — 开机自动标定冷态电阻（3~10Ω 自适应），换加热板零门槛，无需手动校准
> - 加热板组装结构创新 — 通过固定铝基板与PCB，让铜箔直接接触导电，省去导线连接。PT100也无需冷压导线步骤。
> - 加热台 + 回流焊二合一 — 一台设备覆盖恒温加热与标准回流焊曲线，8 段曲线可调，双 UI 模式（文字 / 实时曲线图）
> - 6 重安全保护 + 硬件看门狗 — 过温 / 过流 / 过压 / 过功率 / 传感器故障 / 电阻异常，故障锁存 + 2s 看门狗自动复位
> - 全自主设计 — 硬件（原理图 + PCB）+ 软件（PID + 恒功率引擎 + 回流焊曲线引擎）+ 结构（3D 打印外壳）全部独立完成
>

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规格参数一览

项目	参数
加热板尺寸	50mm × 50mm 铝基板
温度范围	室温 ~ 260°C （铝基板限制，后续可无缝切换成嘉立创加热片）
控制方式	恒功率闭环（INA226 + PL5501 ）
工作模式	手动恒温 / 回流焊曲线
显示屏幕	1.96 寸 TFT 彩屏（160×80）
交互方式	旋转编码器 + 按键
输入电源	USB PD 20V（65W / 100W）
安全保护	过温 / 过流 / 过压 / 过功率 / 传感器故障 / 电阻异常，共 6 重 + 硬件看门狗
尺寸	约 73mm × 57mm × 37mm

成本估算

类别	物料	参考单价	小计	备注
核心器件	ColorEasyPico2（RP2350）	¥39		可用 RP2040 代替（¥10），需重新编译工程
	PL5501	¥3		功率板主控
	MAX31865	¥7		PT100 专用 ADC
	PT100（B 级）	¥3		铂电阻温度传感器
	INA226	¥2		功率监测
	1.96" TFT LCD	¥5		160×80 彩屏
	4007 风扇	¥5		辅助散热
	核心器件合计		¥64
结构与辅材	淘宝铜柱螺丝包	<¥20		含贴片铜柱、沉头螺丝、硅胶垫片、双面胶等
	立创阻容杂项	<¥20		配合优惠券10元包邮
	面板（薄膜 + 亚克力）	8		经常有优惠券只需付8元邮费
	3D 打印外壳	~5		日常活动可免费打印
	辅材合计		~¥55
总计			~¥120

> 提示：物料按较高价统计，实际花费更小。若使用 RP2040 开发板（¥10），总价可降至 ~¥90；3D 打印参与日常活动可免费；

功能概览

手动恒温模式 — 设定目标温度，PID 闭环自动恒温保持，适合预热、拆焊、加热工件等场景
- 旋转编码器调节设定温度（步长 5°C，范围 30~260°C）
- 时间条显示当前累计运行时间
- 实时显示 R/V/P（电阻/电压/功率）三项电气参数
回流焊模式 — 按标准回流焊曲线（预热→恒温→回流→冷却）自动完成焊接
- 峰值温度 150~260°C 可调
- 总时长 120~600s 可调
- 5 个阶段自动推进：PREHT（预热）→ SOAK（保温）→ RAMP（升温）→ PEAK（峰值）→ COOL（冷却）
- 双 UI 模式可切换：TEXT 文字模式或 GRAPH 曲线图模式
加热板即插即用 — 开机自动标定冷态电阻（2.6~18Ω 自适应），补偿到 25°C 归一化值，无需手动校准；换不同阻值的加热板可直接使用，系统自动适配
实时数据可视化 — 彩屏显示实时温度、电压、电流、功率、电阻值，回流焊模式可切换为实时曲线图
6 套配色主题 — 从低饱和度粉蓝到高饱和撞色，自由切换
RGB 灯效 — 温度映射颜色（低温蓝→高温红），恒温后呼吸模式
蜂鸣器音效 — 启动、确认、错误、停止四种音效，5 级音量可调
参数全可调 — PID 参数、温度校准、最大功率、回流焊曲线参数均可通过菜单现场调整，无需重新编译

一、界面与交互

三种主界面

1. 普通加热界面（手动恒温模式）

普通加热界面.jpg
屏幕从上到下分为三个区域：

顶部状态栏：左侧显示 NTC 板温，风扇开启时旁边显示旋转的风扇叶片图标；右侧为时间条，手动模式下显示累计运行时间（MM:SS）。
中部主显示区：左侧为大字号当前温度；右侧为 R/V/P 三行参数。
底部状态栏：左半区显示 SET: 设定温度；右半区运行时显示旋转的呼吸指示点 + RUN 字样，停止时显示 STOP。

操作：旋转编码器调节设定温度（5°C/档）；短按启动/停止加热；运行中旋转编码器切换风扇；长按进入菜单。

2. 回流焊加热界面（TEXT 文字模式）

回流焊加热界面.jpg

布局与普通加热界面一致，区别在于底部状态栏与时间条含义的变化：

时间条：停止时显示曲线总时长（如 06:00）；运行中显示当前阶段剩余时间（倒计时），阶段切换时自动跳到下一阶段的剩余时间。
底部状态栏：左半区显示 TGT: 当前曲线目标温度（随曲线插值实时变化）；右半区显示当前阶段名称（PREHT / SOAK / RAMP / PEAK / COOL），并用对应阶段颜色着色。
- PREHT 预热（蓝）、SOAK 保温（青绿）、RAMP 升温（黄）、PEAK 峰值（橙红）、COOL 冷却（浅蓝）、DONE 完成（绿）、READY 就绪（灰）

操作：停止时旋转编码器调节总时长（120 ~ 600s）；运行中旋转编码器切换风扇 ON/OFF；短按启动/停止；峰值温度通过菜单「Peak Temp」调节（5°C/档，150~260°C）。

3. 曲线图界面（回流焊 GRAPH 模式）

曲线图界面.jpg
全屏曲线图布局，用于直观展示回流焊过程：

顶部状态栏：左侧 NTC 板温，右侧显示 R:/V:/P: 三项电气参数（单行紧凑布局）。
中部曲线区：
- 虚线为目标曲线（8 段折线，由当前峰值温度与总时长决定）
- 圆点为当前实时温度位置
- 左上角标注当前温度数值
底部状态栏：
- 第一行：PEAK: 峰值温度、TGT: 当前目标温度、阶段名称
- 第二行：进度百分比 NN% + 水平进度条（按阶段颜色填充）+ 右侧总剩余时间（MM:SS 倒计时）

操作：与 TEXT 模式一致；GRAPH 与 TEXT 模式可通过菜单「Reflow UI」选项切换。

关键交互特性

温度数字滚动动画：每位数字独立缓动，模拟机械电表进位效果，温度变化时数字依次翻转
菜单动画：进入菜单时顶部高亮条从中心展开，滚动时带惯性缓动效果
NeoPixel RGB 灯：温度映射为蓝→绿→黄→红渐变，恒温后进入呼吸模式
蜂鸣器音效：启动、确认、错误、停止四种音效，5 级音量可调

6 套配色方案

编号	名称	风格
0	Macaron Sweet	粉蓝白，低饱和度
1	Retro Scope	黑底绿字，荧光质感
2	Industrial Steel	灰橙黑，工业风
3	Cyber Frost	深蓝青，冷色调
4	Art Spectrum	高饱和撞色
5	Rainbow Fest	柔和渐变

二、菜单系统

RP50 的交互遵循「主菜单 → 子菜单 → 参数编辑」三级结构，全部通过旋转编码器 + 按键完成。

第一级：主菜单

  Quick Settings    ← 快速设置（日常参数）
  Reflow            ← 回流焊配置
  System            ← 系统参数（PID 等专业调节）
  Exit              ← 返回主界面

第二级：子菜单

快速设置

选项	参数范围	说明
Fan	OFF / ON / LOCK	手动控制或锁定风扇
Brightness	10~100%	屏幕亮度
Color	0~5	6 套配色方案切换
Buzzer	Lv.0~Lv.5	蜂鸣器音量
Return	—	返回主菜单

回流焊配置

选项	参数范围	默认值	说明
Mode Switch	ON/OFF	OFF	开启/关闭回流焊模式
Reflow UI	TEXT/GRAPH	TEXT	文字或曲线图显示模式
Peak Temp	150~260°C	245°C	回流焊峰值温度
Preheat	100~200°C	150°C	预热阶段温度
Total Time	120~600s	300s	回流焊总时长
Return	—	—	返回主菜单

系统菜单

选项	参数范围	默认值	步进	说明
Kp	0~50	15	5	PID 比例增益
Ki	0~50 (×0.1)	0.5	0.1	PID 积分增益
Kd	0~50 (×0.1)	0.2	0.1	PID 微分增益
Cal 50°C	-50~+50°C	0	1	50°C 校准点偏移（低温区）
Cal 150°C	-50~+50°C	0	1	150°C 校准点偏移（中温区）
Cal 250°C	-50~+50°C	0	1	250°C 校准点偏移（高温区）
Init Temp	30~250°C	50°C	5	初始设定温度
Max Power	50~100W	60W	5	最大加热功率
Return	—	—	—	返回主菜单

第三级：参数编辑

选中参数项 → 单击进入编辑 → 旋转编码器调整 → 单击确认。

三、使用说明

目录结构

RP50/
├── src/
│   ├── main.cpp              — 主程序入口，loop() 主循环
│   ├── Hardware_Driver.h     — 引脚定义、EEPROM 地址、结构体、常量
│   ├── Driver.h              — 硬件驱动实现（PWM、I²C、SPI、编码器、按键）
│   ├── UI.h                  — 界面绘制、温度滚动动画、菜单动画、RVP 显示
│   ├── ColorScheme.h         — 6 套配色方案定义
│   ├── Logic.h               — 菜单逻辑、输入处理、参数保存/加载
│   ├── HeatingControl.h/cpp  — PID 闭环 + 恒功率引擎
│   ├── Control_Logic.h       — 控制逻辑调度（processControl、曲线回流焊、风扇控制）
│   ├── Temperature_Calibration.h — 多点温度校准（分段线性插值）
│   └── Buzzer.h              — 蜂鸣器驱动、音效序列
├── platformio.ini            — PlatformIO 项目配置
└── RP50-项目介绍.md          — 项目介绍文档

如何编译烧录

提供两种烧录方式：

方式一：PlatformIO 一键烧录

安装 Visual Studio Code 和 PlatformIO 扩展
克隆或下载本项目到本地
用 PlatformIO 打开项目文件夹（/RP50）
PlatformIO 会自动识别 platformio.ini 并配置环境
将 ColorEasyPico2 开发板通过 USB 连接到电脑
点击 PlatformIO 底部工具栏的 →（Upload）按钮，编译并烧录
烧录完成后，开发板会自动重启运行

方式二：UF2 拖放烧录

在 PlatformIO 中完成编译后，找到生成的 UF2 文件：.pio\build\release\firmware.uf2
断开开发板 USB 线，按住开发板上的 BOOTSEL 键不放
保持按住 BOOTSEL 键，插入 USB 线连接电脑，此时可松开按键
电脑会自动弹出一个名为 RPI-RP2 的 U 盘
将 firmware.uf2 文件直接拖入该 U 盘
文件复制完成后，开发板自动重启，烧录完成

硬件连接

参考 Hardware_Driver.h 中的引脚定义：

> 注意：开发板SPI引脚布局与默认不同，需要修改两个文件才能正常驱动：
>
> 1. TFT_eSPI 配置文件： User_Setup.h
> 2. 引脚映射文件 pins_arduino.h：位于 C:\Users\用户名\.platformio\packages\framework-arduinopico\variants\rpipico2\pins_arduino.h，需要修改 SPI 引脚映射以匹配 ColorEasyPico2 的硬件设计
>
> 修改后的 pins_arduino.h 文件已经放置在工程根目录下（pins_arduino.h.txt）。

引脚	功能	连接目标
GPIO0	I2C0 SDA	INA226 SDA
GPIO1	I2C0 SCL	INA226 SCL
GPIO2~5	SPI0	MAX31865 (CLK/MOSI/MISO/CS)
GPIO6	PWM VADJ	PL5501 电压调节
GPIO7	PWM IADJ	PL5501 恒流阈值调节
GPIO8	GPIO	PL5501 EN 使能
GPIO9	PWM	TFT 背光
GPIO10~13	SPI1	TFT (CLK/MOSI/DC/CS)
GPIO14~15	GPIO 中断	编码器 EA/EB
GPIO16	GPIO 中断	编码器按键
GPIO17	PWM	蜂鸣器
GPIO19	GPIO	NeoPixel DATA
GPIO21	GPIO	风扇 MOSFET 控制
GPIO28	ADC	NTC 分压

四、其他材料参考

以下为本项目外壳组装及散热所需材料的参考信息。

物料	规格	说明
SMT 贴片铜柱	M1.4×C3×0.5 + C2×0.8	铝基板固定，参考链接
SMT 贴片铜柱	M1.4×C3×3.0 + C2×0.8	隔热板支撑铜柱，参考链接
沉头螺丝	M1.4x3.0	与贴片铜柱配套
pt100	A/B级 x1	bom上不显示
fpc软线	11pin 反向 x2	bom上不显示
圆形硅胶垫片	5mm 直径	防滑，参考链接
导热双面胶	粘性强	固定屏幕PCB，固定NTC 参考链接
沉孔刀	手动沉孔	铝基板和导流板要进行沉孔处理

> 贴片铜柱买两种高度，短的用于铝基板固定，长的用于隔热板之间支撑。

物料	规格	说明
5V 风扇	4007 或 4010	需确认M2铜柱高度。本设计采用4007
铜柱套装	M2 铜柱 + 螺丝 + 六角螺母	发热块和主体之间的导电和支撑，单头、双通都可以，安装步骤不同

风扇安装高度参考：

4007 风扇（7mm 厚）→ 使用 14mm 以上 铜柱
4010 风扇（10mm 厚）→ 使用 17mm 以上 铜柱

DIY 方案：拆开两对 Amass XT30UPB 香蕉头代替铜柱，对插合高约 13mm，代替M2 铜柱套装。（注意：两种情况下，功率板PCB的焊盘孔大小需要改）

爆炸图.png

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五、技术栈

领域	选型
MCU	RP2350 (ColorEasyPico2)，双核 150MHz
框架	Arduino-Pico
温度传感	MAX31865 + PT100，SPI
功率监测	INA226，I²C，16 位 ADC
电源	PL5501 Buck-Boost + CH224K PD 诱骗
显示	TFT_eSPI，1.96" 160×80
RGB	FastLED + WS2812
蜂鸣器	PWM 有源蜂鸣器
存储	片上 EEPROM 4KB，延迟提交缓存
调试	PlatformIO + Serial，条件编译 DEBUG 开关

六、硬件设计

总体架构

USB PD 充电头 (65W/100W)
        ↓
CH224K 诱骗芯片 → 20V PD 协议协商
        ↓
   PL5501 Buck-Boost DC-DC ← PWM VADJ(电压调节) + IADJ(电流限制)
        ↓  (0.5V~28V 可调输出)
  铝基板加热片
        ↓
   ├── MAX31865 + PT100  → 温度测量（SPI）
   ├── INA226             → 电压/电流/功率监测（I²C）
   ├── NTC 热敏电阻       → 板温监测（ADC）
   └── 风扇               → 辅助散热

原理图说明

系统由功率板和主控板两块 PCB 组成，通过 FPC 排线连接。

功率板 — PL5501 四开关 Buck-Boost

功率板实现 USB PD 20V → 0.5~28V 可调输出，核心为 PL5501控制的四开关 Buck-Boost 拓扑：

USB-C ──→ CH224K ──→ VBUS_PD(20V)
                             │
          ┌──────────────────┴──────────────────┐
          │           PL5501 (U5)               │
          │  HG1 LG1 │ HG2 LG2 │ CSP/CSN ×2    │
          └───┬──────┬────────┬──────┬─────────┘
              │      │        │      │
         Q1(高边) Q2(低边) Q4(高边) Q3(低边)
              │      │        │      │
             SW1 ←── U1(5.5μH电感)──→ SW2
              │                       │
              └─── GND          GND───┘
                                     │
                              U3(8mΩ) ──→ ISENNSE+ ──→ 加热板
                                     │
                    INA226 共用采样（经 FPC → 主控板）

主控板 — RP2350 系统控制

主控板以 ColorEasyPico2（U1, RP2350）为核心，集成温度测量、功率监测、显示驱动、交互输入与外设控制。

温度测量 — MAX31865 + PT100

U6（MAX31865, QFN-20）经 SPI0（GP2~GP5）连接 MCU。PT100 差分信号 R+/R- 从功率板接线端子经 FPC 引入，C8（1nF）跨接 R+/R- 作差分滤波。R15（430Ω, 0603）为 RTD 参考电阻，与 PT100（100Ω）成 4:1 比例。

功率监测 — INA226

U7（INA226, MSOP-10）经 I²C（GP0/GP1）连接 MCU。采样信号 ISENSE+/ISENSE- 从功率板 8mΩ 电阻经 FPC 引入，实现电压、电流、功率同步测量。

显示 — 1.96" TFT (ST7735S)

U3 经 SPI1（GP10=CLK, GP11=MOSI, GP12=DC, GP13=CS, GP22=RST）连接 MCU。背光由 GP9 驱动，亮度可调。U9/U10 为 FPC 连接器，将 SPI1 与编码器信号引至屏幕板。

交互与外设驱动

外设	驱动电路	控制引脚
旋转编码器 SW1	C1/C2/C3（100nF）硬件消抖	GP14（EC_B）/ GP15（EC_A）/ GP16（EC_SW）
蜂鸣器	Q2（N-MOSFET）低边开关 + D2 续流二极管	GP17（BUZZ）
风扇	Q3（N-MOSFET）低边开关 + D3 续流二极管	GP21（FAN）
NeoPixel	U2（WS2812），R10（100Ω）数据线串联匹配	GP19
NTC 板温	R13（10kΩ 热敏）+ R14（10kΩ）分压 + C5（100nF）滤波	GP28（ADC2）

供电切换

功率板 5V 经 FPC 引入主控板 5V 网络；USB 5V（5V_usb）经 D1（肖特基）与功率板 5V 做二极管 OR-ing，实现双路供电自动切换。5V → MCU 板载 LDO → 3.3V 供外设。

电源方案

采用 USB PD 协议 + CH224K 诱骗芯片，将普通 USB PD 充电头的电压诱骗至 20V 作为系统输入。

65W PD 充电头：20V × 3.25A = 65W，实际可用约 60W（PL5501 Buck-Boost 转换效率约 90~95%，按 92% 估算：65W × 0.92 ≈ 60W）
100W PD 充电头：20V × 5A = 100W，实际可用约 90W（100W × 0.92 ≈ 92W，考虑到线损和余量，工程上取 ~90W）

铝基板加热片电阻选择分析

PL5501 Buck-Boost 输出范围 0.5~28V，加热片的功率遵循 P = V² / R。对于不同功率等级的 PD 电源，需要根据以下约束计算：

电压约束：Vout ≤ 28V
电流约束：Iout ≤ 5A（IADJ 恒流上限）
功率约束：Pout ≤ PD 电源可用功率

冷态（25°C）分析

100W PD 电源（可用 ~90W）的 R0 窗口分析：

R0	V@90W	I@90W	超限项	结论
3.5Ω	17.7V	5.07A	电流超 5A	❌
4.0Ω	19.0V	4.74A	无	✅ 窗口下限
4.16Ω	19.3V	4.65A	无	✅ 窗口上限
4.5Ω	20.1V	4.47A	无	✅ 可用 90W，电压/电流余量大

可见 100W 电源下，R0 的可用窗口极窄（4.0~4.16Ω），超出此范围则受限于电流或电压上限，无法达到满功率。但对于实际使用，加热到 100% 设定功率仅在升温初期短暂存在，稳态恒温时功率需求远低于此值，因此窗口窄的考量主要影响升温时间，不影响恒温稳定性。

65W PD 电源（可用 ~60W）的 R0 窗口分析：

R0	V@60W	I@60W	结论
4.0Ω	15.5V	3.87A	✅
5.0Ω	17.3V	3.46A	✅
6.0Ω	19.0V	3.16A	✅
8.0Ω	21.9V	2.74A	✅

65W 下 R0 窗口宽裕（4~8Ω 均可）。

高温（250°C）分析

加热板采用铝基板结构：铝基板负责均热散热，铜走线作为电阻发热体。铜的电阻温度系数（TCR）约 0.00393/°C，高温下电阻显著增大：

R_250 = R_25 × (1 + 0.00393 × (250 - 25)) = R_25 × 1.884

以 5.0Ω 加热板为例，250°C 时电阻升至 ~9.42Ω，此时功率-电压-电流关系变为：

电源	目标功率	V = √(P × 9.42)	I = V / 9.42	结论
65W (可用 ~60W)	60W	23.8V	2.53A	✅ 电压/电流均有余量，60W 可维持
100W (可用 ~90W)	90W	29.1V	3.09A	⚠️ V 超 28V 上限

通用推荐：5.0Ω

搭配 65W PD：冷态可跑满 60W，250°C 高温下仍可维持 60W（余量充足）
搭配 100W PD：冷态受 5A 电流限约束，实际 ~83W（83%）；250°C 受 28V 电压限约束，同样 ~83W（83%）。

核心硬件选型

模块	型号	说明
主控板	立创·ColorEasyPico2（RP2350）	双核 Cortex-M33，150MHz，内置硬件看门狗，Type-C 接口
测温	MAX31865 + PT100	铂电阻方案，0.1°C 分辨率。建议选 B 级 PT100，性价比最高
功率拓扑	PL5501 Buck-Boost	支持升降压，输入 20V 可输出 0.5~28V，最大 100W
功率监测	INA226	16 位 ADC，I²C 接口，实时采集电压、电流、功率
PD 诱骗	CH224K	自动协商 PD 协议，输出 20V
显示	1.96" TFT (160×80)	SPI 接口，Sprite 双缓冲防闪烁
灯效	WS2812 NeoPixel	单灯珠，温度映射颜色（低温蓝→高温红）

关于 PT100 精度等级选择

PT100 分为 AA/A/B/C 四级，关键区别在于 200°C 时的允差：

等级	200°C 允差	单价参考
AA	±0.44°C	高（3~5 倍 B 级）
A	±0.55°C	中高
B	±1.30°C	低（常规品）
C	±2.60°C	低

最佳选择是 B 级 PT100。理由：

回流焊工艺窗口（±3~5°C）远大于 B 级的 ±1.3°C，精度完全够用
A 级虽精度更高，但对本项目来说是过度设计，没有实际收益

七、核心设计亮点：恒功率控制

传统加热台采用恒压控制——加热板电阻随温度升高而增大，功率自然衰减，升温越来越慢。这意味着实际加热功率是不可控、不可预测的。

RP50 采用恒功率控制方案，核心在于一个闭环：通过 INA226 实时测量加热板的电压和电流，计算出当前电阻 R；再用目标功率 P_target 计算出所需电压 V = √(P × R)；最后通过 PL5501 Buck-Boost DC-DC 转换器精确输出该电压。无论加热板电阻如何随温度变化，实际加热功率始终等于目标功率。

这套方案的核心技术要素：

PL5501 宽范围 Buck-Boost：支持升降压，输入 20V 可输出 0.5-28V，覆盖不同加热板在各种温度下的电压需求
电阻在线估算：基于 INA226 实测数据，融合 R-T 查表法 + 实测值置信度加权，稳态时优先使用实测值，电流小时回退到查表值
冷态电阻自动标定：开机自动采集 10 次样本，补偿到 25°C 归一化值，加热板即插即用（硬性接受范围 2.6~~18Ω，满功率推荐 5~~9Ω），无需手动校准
闭环功率限制：实测功率超过设定阈值时自动削减 PWM，保护电源不 overload，实测功率恢复后逐步释放
电压校准在线学习：自动修正硬件偏差（分压电阻容差、PWM 电平漂移），校准系数持久化到 EEPROM
实测电阻前馈钳制：基于 INA226 实测 V/I 计算真实电阻，钳制输出电压防止 R_est 偏大导致功率超标

RP50 的优势

加热台 + 回流焊二合一 — 手动模式设定温度恒温，回流焊模式按标准曲线自动焊接。恒功率特性使回流焊升温速率在全温度范围内保持线性，曲线跟踪更准确
真正的闭环恒功率 — 基于 INA226 + PL5501 的实时功率闭环，不是简单的「温度偏差→PWM」开环控制
全程数据可视化 — 1.96 寸彩屏实时显示温度、电阻、电压、功率，回流焊模式可显示实时温度曲线图
安全保护齐全 — 过温、过流、过压、过功率、传感器故障、电阻异常共 6 重保护，硬件看门狗 2 秒超时自恢复
交互体验完善 — 旋转编码器 + 按键操作，机械电表式数字滚动动画，6 套配色主题，RGB 灯效，蜂鸣器音效反馈
参数全可调 — PID 参数、温度校准、最大功率、回流焊曲线参数均可通过菜单现场调整

八、软件架构

模块分层

UI 层       UI.h                  — 界面绘制、动画、菜单显示
            ColorScheme.h         — 6 套配色方案定义
Logic 层    Logic.h               — 菜单逻辑、输入处理、参数保存
Control 层  Control_Logic.h       — 控制逻辑调度、曲线回流焊、风扇控制、RGB 灯效
            Temperature_Calibration.h — 多点温度校准（分段线性插值）
            HeatingControl.h/cpp  — PID 闭环 + 恒功率引擎
            Driver.h              — 硬件驱动封装（编码器中断、PWM、I²C、SPI）
            Buzzer.h              — 蜂鸣器驱动、音效序列
HW 层       Hardware_Driver.h     — 引脚定义、EEPROM 地址、结构体、常量

主循环流程

loop()
  ├── watchdog_update()         ← 硬件看门狗喂狗
  ├── updateBuzzer()            ← 非阻塞音效播放
  ├── updateAnimation()         ← 菜单滚动/数字滚动动画帧
  ├── updateEEPROM()            ← 延迟 2s 合并写入 EEPROM
  │
  ├── [100ms] 读取 MAX31865 温度
  │     ├── NaN → 紧急停机（防止无效值导致满功率加热）
  │     ├── 温度 &gt; 260°C → 紧急停机
  │     └── 更新校准温度（三点分段线性插值）
  │
  ├── [100ms] 读取 NTC 板温
  ├── 读取按键 (非阻塞消抖)
  │
  ├── 状态分派:
  │     ├── 菜单模式 → 对应的菜单处理函数
  │     └── 主界面 → 按键/编码器处理
  │
  └── handleTimedTasks
        ├── [200ms] processControl()    ← PID 控制 + 功率输出
        ├── [30ms]  updateRGBLight()    ← NeoPixel 颜色更新
        ├── [500ms] updateFanControl()  ← NTC 滞回 / 用户手动控制
        └── [100ms] updateDisplay()     ← 刷新屏幕（回流焊曲线图模式每 1s 记录一次温度点）

控制原理

恒功率方案的优势是升温曲线更线性、可预测，这对回流焊曲线跟踪至关重要——曲线各段的升温速率需要在全温度范围内保持一致。

控制链路如下：

设定温度 → PID 算法 → 目标功率 P_target
                              ↓
   INA226 实测 R → V = √(P_target × R) → 查 PWM 校准表 → VADJ PWM → PL5501 电压输出
                              ↓                                          ↓
   实测电阻前馈钳制（V_actual/I_actual）                        IADJ PWM（恒流阈值）
                              ↓                                          ↓
                     闭环功率限制器（实测 P &gt; 阈值 → 削减 PWM）          I_LIMIT = 5A × (PWM/255)
                              ↓
                     电压校准补偿（在线学习 m_voltageCalibScale）

核心算法代码介绍

1. PID 控制算法（三段式功率策略）

核心逻辑位于 HeatingControl::updatePID()，根据当前温度偏差分三段处理：

（1）大温差（ΔT > 10°C）— 全功率快速升温

if (error &gt; m_config.fastHeatRange + TEMP_EPSILON) {
    // 软启动三阶段（limitedPower = powerLimit × 0.95）
    unsigned long elapsed = millis() - m_softStartTime;
    if (elapsed &lt; SOFT_START_DURATION_MS) {
        // 阶段1（0~2s）: 5W 线性爬升到 powerLimit × 0.95
        float ratio = (float)elapsed / SOFT_START_DURATION_MS;
        targetPower = SOFT_START_POWER_MIN + ratio * (limitedPower - SOFT_START_POWER_MIN);
    } else if (elapsed &lt; SOFT_START_DURATION_MS + SOFT_START_HOLD_DURATION_MS) {
        // 阶段2（2~4s）: 保持限功率 powerLimit × 0.95，防止过冲导致电源重启
        targetPower = limitedPower;
    } else {
        // 阶段3（4s 后）: 释放到满功率 powerLimit
        targetPower = m_config.powerLimit;
    }
    // 同时运行 PID 让积分项持续累积，后续过渡平滑
    calculatePID(error);
}

（2）中温差（3°C < ΔT ≤ 10°C）— 快速功率与 PID 线性混合

else if (error &gt; m_config.slowHeatRange + TEMP_EPSILON) {
    // 先用 PID 算输出
    targetPower = calculatePID(error);
    // 用 error 做线性插值，混合快速功率和 PID 输出
    float ratio = (error - m_config.slowHeatRange) / 
                  (m_config.fastHeatRange - m_config.slowHeatRange);
    ratio = constrain(ratio, 0.0f, 1.0f);
    targetPower = m_lastFastBranchPower * ratio + targetPower * (1.0f - ratio);
}

（3）小温差（ΔT ≤ 3°C）— 纯 PID 精确调节

else if (error &gt; TEMP_EPSILON) {
    targetPower = calculatePID(error);
    // 恒温模式下限制 25W 上限，防止过冲
    if (m_isReflowMode) {
        targetPower = constrain(targetPower, m_config.minHeatingPower, m_config.powerLimit);
    } else {
        targetPower = constrain(targetPower, m_config.minHeatingPower, 25.0f);
    }
}

（4）PID 计算公式

float HeatingControl::calculatePID(float error) {
    const float dt = m_config.sampleTimeMs / 1000.0f;
    const float integralLimit = 50.0f;

    // 积分项（带限幅）
    m_pidIntegral += error * dt;
    m_pidIntegral = constrain(m_pidIntegral, -integralLimit, integralLimit);

    // 微分项（一阶低通滤波，系数 0.7+0.3）
    float derivative = (error - m_pidLastError) / dt;
    m_pidDerivativeFiltered = m_pidDerivativeFiltered * 0.7f + derivative * 0.3f;

    // PID 输出
    float output = m_config.pidKp * error + m_config.pidKi * m_pidIntegral + m_config.pidKd * m_pidDerivativeFiltered;
    output = constrain(output, 0.0f, m_config.powerLimit);

    m_pidLastError = error;
    return output;
}

2. 闭环功率限制器

位于 HeatingControl::updatePowerOutput()，基于 INA226 实测功率反馈。当实测功率超过设定值时，逐步削减 PWM；当功率恢复后，逐步释放：

// 实测功率超过设定功率 × 0.95 → 逐步削减 PWM
if (m_state.power &gt;= powerLimitThreshold) {
    float excessRatio = (m_state.power - powerLimitThreshold) / (m_config.powerLimit * 0.1f);
    uint8_t step = (uint8_t)constrain((int)(excessRatio * POWER_LIMIT_PWM_STEP * 2), 1, 5);
    m_powerLimitPwmReduction += step;
}

// 实测功率低于设定功率 × 0.90 → 恢复 PWM
else if (m_powerLimitingActive &amp;&amp; m_state.power &lt; powerRecoveryThreshold) {
    m_powerLimitPwmReduction -= POWER_LIMIT_PWM_STEP;
}

3. 冷态电阻自动标定

开机加热后自动采集 10 次有效 INA226 样本（每次间隔 100ms，约 1 秒完成），计算冷态加热板电阻并还原到 25°C 归一化值。加热板即插即用（硬性接受 R0 范围 2.6 - 18Ω，满功率推荐 5 - 9Ω），无需手动校准。完整流程包含 7 个阶段：

bool HeatingControl::calibrateColdResistance() {
    // 阶段1: 环境条件检查（温度必须在 10~35°C 室温范围）
    if (m_state.currentTemp &gt; 35.0f || m_state.currentTemp &lt; 10.0f) { /* 重置 */ return false; }

    // 阶段2: 传感器数据有效性检查（必须有足够负载电流）
    if (m_state.current &lt; CURRENT_MIN_VALID || m_state.loadVoltage &lt; VOLTAGE_DROP_MIN_VALID) return false;

    // 阶段3: 单次电阻测量与有效性检查（R = V/I，范围 2.6~18Ω）
    float r = m_state.loadVoltage / m_state.current;
    if (r &lt; RESISTANCE_MIN_VALID || r &gt; RESISTANCE_MAX_VALID) { /* 重置 */ return false; }

    // 阶段4: 多样本累积（抗噪声/瞬态干扰，10 次采样，10s 超时）
    m_coldCalibSampleSum += r;
    m_coldCalibSampleCount++;
    if (m_coldCalibSampleCount &lt; COLD_CALIB_SAMPLES_REQUIRED) return false;

    // 阶段5: 计算平均电阻并做温度补偿（归一化到 25°C）
    float averageR = m_coldCalibSampleSum / (float)COLD_CALIB_SAMPLES_REQUIRED;
    float tempDiff = m_state.currentTemp - RESISTOR_NOMINAL_TEMP;
    float r0 = averageR / (1.0f + m_r_estimator_config.alpha * tempDiff);

    // 阶段6: 最终范围检查（补偿后的 R0 必须在 2.6~18Ω 内）
    if (r0 &lt; RESISTANCE_MIN_VALID || r0 &gt; RESISTANCE_MAX_VALID) { /* 重置 */ return false; }

    // 阶段7: 应用标定结果 + 重建 R-T 映射表
    m_r_estimator_config.r0 = r0;
    m_config.baseResistance = r0;
    initR_T_Table(r0);  // 根据新 R0 重建 25~250°C 的 R-T 查表
    return true;
}

标定完成后，后续的电阻估算通过 R-T 查表法（根据实测温度查对应电阻变化，每 25°C 一个点，线性插值）和 INA226 实测值加权融合，稳态时置信度高时优先使用实测值，电流小时回退到查表值。R-T 表还支持在线自适应学习（指数移动平均），逐渐逼近加热板真实特性。

4. 回流焊曲线引擎

8 段温度-时间曲线点定义（Sn63/Pb37 标准曲线），支持实时缩放。调节峰值温度时按比例映射保持曲线形状，同时保留用户设定的预热温度和总时间；调节总时间时按比例缩放所有时间点：

// 调节峰值温度：重新加载默认曲线作为基准，避免累积误差
void updateCurvePeakTemp(float newPeakTemp) {
    // 保存当前总时间和预热温度
    unsigned long currentTotalTimeMs = g_curveReflow.curve.points[...].time_ms;
    float currentPreheatTemp = g_curveReflow.curve.points[1].temperature;

    // 重新加载默认曲线作为计算基准
    loadDefaultReflowCurve();

    // 将原始范围(25°C ~ 245°C)映射到新范围(25°C ~ newPeakTemp)
    float originalRange = DEFAULT_PEAK_TEMP - 25.0f;  // 220°C
    float newRange = newPeakTemp - 25.0f;
    float ratio = newRange / originalRange;

    // 更新所有高于室温的温度点（&gt;50°C），保持曲线形状
    for (int i = 0; i &lt; g_curveReflow.curve.pointCount; i++) {
        if (g_curveReflow.curve.points[i].temperature &gt; 50.0f) {
            g_curveReflow.curve.points[i].temperature =
                roundf(25.0f + (g_curveReflow.curve.points[i].temperature - 25.0f) * ratio);
        }
    }
    // 恢复预热温度和总时间...
}

// 调节总时间：按比例缩放所有时间点
void updateCurveTotalTime(int newTotalTimeSec) {
    unsigned long oldTotalTimeMs = g_curveReflow.curve.points[...].time_ms;
    float ratio = (float)(newTotalTimeSec * 1000) / (float)oldTotalTimeMs;
    for (int i = 0; i &lt; g_curveReflow.curve.pointCount; i++) {
        g_curveReflow.curve.points[i].time_ms =
            (unsigned long)((float)g_curveReflow.curve.points[i].time_ms * ratio);
    }
}

默认曲线 8 个关键点（Sn63/Pb37 锡膏）：

时间 (s)	温度 (°C)	阶段说明
0	25	起始点（室温）
60	150	预热结束
120	150	保温结束（保温 60s）
180	220	升温至峰值
210	245	峰值温度
240	245	峰值保温结束（30s）
300	150	冷却阶段
360	100	冷却完成

> 最大升温速率默认 2°C/s，最大降温速率默认 4°C/s，由 calculateCurveTargetTemp() 在曲线插值时进行速率限制。

九、安全保护

保护机制	触发条件	响应
过温保护	温度 > 260°C	立即停机，停止 PWM 输出
传感器故障	读取温度为 NaN	紧急停机，蜂鸣器报警（首次即停机，不用 0°C 覆盖）
过功率限制	实测功率 > 设定 × 0.95	闭环削减 PWM 直至恢复
电阻异常	估算电阻 < 2.6Ω 或 > 18Ω	禁止启动加热
过流/过压	INA226 超阈值	故障锁存，强制停机等待用户操作
硬件看门狗	2 秒未喂狗	MCU 硬件复位