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回流焊炉与液晶显示器--普通烤箱制作回流焊炉DIY-ATMEGA32-电路图-程序转载自国外网站

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发表于 2012-1-10 11:18:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
回流焊炉与液晶显示器:
“你的裂纹普通烤箱”

system.jpg
: 柯井原 Kashif贾韦德
康奈尔ECE476,2006年春季

警告:Solderpaste是剧毒和115/230 VAC,是非常危险的
防止任何与solderpaste皮肤接触,切勿将食物内回流炉。
采取措施,以防止致命的触电风险。
目录
  • 简介
  • 高级设计
  • 程序/硬件设计
  • 设计的结果
  • 结论
  • 附录A:程序代码
  • 附录B:原理图
  • 附录C:零件清单
  • 附录D:任务
  • 附录E:参考文献
  • 图片
  • 致谢


简介
我们的项目包括回流焊接设备使用一个图形液晶显示控制和GUI正常烤箱。 焊接是一个定制印刷电路板的设计,尤其是对,是不可能以手工焊接的芯片封装集成电路的重要而艰巨的任务。 球栅阵列(BGA)和小间距方形扁平包,这是尤其如此。 如果一个人选择围绕这些芯片设计一个定制印刷电路板,然后设计师,不妨也购买了模具的设计板,使他刮刀上的SMD焊盘solderpaste正是。 设计师小心地将主板上的元件,并加热热风枪或回流焊炉solderpaste。 焊接炉的问题是,他们是昂贵和成本数千美元。 我们已决定拿出廉价和工作问题的解决使用普通的烤箱和一个液晶显示屏,引导用户通过焊接工艺,并不断提供有关系统状态的反馈,通过一个微控制器控制而回流焊接。 输入到该系统将通过一个传统的键盘,将包括目标温度点在特定的时间solderpaste的建议tempearture轮廓的基础上,用户将进入。 该系统将插在两者之间的时间间隔的温度和遵循的输入所产生的曲线。 该系统也将履行相应的安全要求,并有硬伤的情况下中止进程的能力。

高级设计
基本原理和来源:
该项目的来源是团队成员柯井原之一,作为他的工程硕士的一部分。 项目工作电路板设计和使用回流焊接的烤箱。 该项目的想法完全符合课程的要求和挑战性的部分是一个可行的PID反馈控制,使烤箱按照温度曲线和加热或冷却,在适当的时候。 爱特梅尔mega32芯片是足够为这个项目,作为芯片的速度和I / O管脚的数量足以我们的需求。 另一件事有关项目的过程中,这将有利于未来的学生,因为他们将能够用更少的痛苦和高效率和安全性的焊料板。

逻辑结构:
该项目可分为三个部分即液晶显示屏,烤箱控制和最后的烘箱内的温度传感器。 下面的框图显示系统的逻辑结构。
hld.jpg
图1:高层次的系统图

单片机发送数字信号的固态继电器的开关,控制适当的加热和冷却炉开/关状态。 箱内的温度感应装置,使串联一个电阻分压器电路,连接到ATMEL mega32 ADC(模拟 - 数字转换器)输入电压信号。 ADC输出作为反馈的程序来测量烘箱内的温度和控制继电器的状态。 同时,系统的状态是在液晶显示屏上实时更新,用户可以看到进度。 键盘用于输入和液晶显示屏,提供用户在输入过程中的步骤说明一步。 炉控制硬件包含继电器开关里面是一个金属盒与保险丝电路到位。 它有三针插头连接烤箱和交流电源电压。 它还具有数字输入,用于连接微控制器的线束插头。

硬件/软件权衡:
液晶RAM通过一个缓冲区,因为它是不可能从RAM读取实时仿真软件。

与标准的关系
在美国,替代目前的电力传输是由西屋标准化在19世纪90年代,是自20世纪初通过的115/230 VAC家电标准。 我们无法找到一个IEEE标准,特别是有关的权力分配方法。 FCC的规则,我们的项目与无关。

商标和专利:
有Lakhi Nandlal戈恩卡焊料回流焊炉,如美国专利6794616在2004年设计的多项专利。 然而,这些IP地址是特定的烤箱,不是一般概念回流焊本身的详细设计。 有Harotec / SAB和NovaStar的几家公司,使回流炉,但这些昂贵的设备,瞄准高端商业市场,我们的项目是对业余爱好者和学生谁买不起这些产品的的。

程序/硬件设计
五金:

单片机:
我们使用的微控制器是爱特梅尔MEGA32芯片。 这是本课程提供的自定义原型板焊接。 我们正在使用的I / O,因此,所有这些都是对板焊接所有四个端口公元。 通过STK 500开发板的MCU编程。

LCD和键盘:
键盘采用的是以前的实验室相同。 它是连接到端口C是去抖的按钮,由于其机械性质,以抵消振动效果。 该项目使用的LCD是128 × 64像素的图形显示模型由Crystalfontz美国公司制造的,它有一个5.0 V的逻辑要求和液晶显示器为8.0 V要求20针接口。 随着键盘,LCD是一个原型板焊接。 它是连接到端口B和端口D(8引脚)的MCU。 这两个端口是用来作为输出提供必要的信号控制液晶。 液晶显示器已经在它建成一个KS0108B控制器,并划分成两个64 × 64像素,一列列选择引脚在它们之间切换。 每列又分为8页每一页8行,每行64个像素组成的。 LCD 128 × 64像素或1K字节RAM对应的是在所有8个行属于同一列在页面(Y轴,不能与上述两列混淆)可以读取或写入的方式解决在一个时间。 像素高逻辑和清除低。 地址或数据集P和持有次纳秒的顺序,这意味着液晶互动可以很容易地实时完成。 液晶显示屏是通过一个分压器使用Maxim的ICL7660CPA反向电压发生器,这也是对原型电路板焊接的电路供电。
keypad.gif
图2:键盘配置

继电器盒:
欧姆龙继电器开关,用于该项目的采样,并有一个75在24至240伏交流电正常烤箱是绰绰有余的最高评级。 有三个输入插头装在烤箱和交流电源连接的连接器,继电器开关被放置在散热器的金属盒。 数字输入是连接线束钻成箱的插头。 通过PORTD5通过原型电路板固态继电器开关信号。

热敏电阻:
使用温度设备与NTC热敏电阻温度范围从-40到300摄氏度。 该装置是放在烤箱和连接分压器电路的原型板。 热敏电阻是2K欧姆电阻串联连接,并通过LM711运算放大器,作为缓冲或电压转发设备供电。 从电路的可变输出电压是美联储通过引脚A0 mega32到ADC芯片上。

系统是很容易复制,但是必须小心被连接时,特别是继电器盒,因为它需要与现场处理240交流电源,必须由受过训练的人员进行的各种信号。 恣参阅附录B和图片说明我们的硬件设计。 如需进一步协助,请参阅附录E中的各个组成部分的数据表

港口功能
PORTA0热敏电阻电压
表1:MEGA32 PORTA的连接

港口功能
PORTB0DB0(LCD)
PORTB1DB1(LCD)
PORTB2DB2(液晶)
PORTB3DB3(LCD)
PORTB4DB4(LCD)
PORTB5DB5(液晶)
PORTB6DB6(LCD)
PORTB7DB7(液晶)
表2:MEGA32 PORTB的连接

港口功能
PORTC0引脚1(键盘)
PORTC1管脚2(键盘)
PORTC2引脚3(键盘)
PORTC3引脚4(键盘)
PORTC45脚(键盘)
PORTC56脚(键盘)
PORTC6引脚7(键盘)
PORTC7引脚8(键盘)
表3:MEGA32 PORTC的连接

港口功能
PORTD0CS1(液晶)
PORTD1CS2(液晶)
PORTD2复位(液晶)
PORTD3R /地(液晶)
PORTD4D /我(液晶)
PORTD5继电器信号
PORTD7启用(LCD)
表4:连接MEGA32的PORTD

程序:

该系统的软件设计可分为三大类。 液晶显示功能,控制系统和PID控制流。

液晶显示功能:
LCD功能是我们的系统最重要的特点之一,因为所有的用户之间的互动和焊接系统是通过液晶显示屏进行。 液晶显示器的主要功能是setpixelxy()的过程,需要在三个参数行,列和一个标志值。 标志确定(0-63垂直)像素位置的行列(0-127水平)设置或清除1设置和0被清除。 如前面提到的液晶不允许被写入单个像素,只允许在相应的页面写入的字节。 出于这个原因,LCD RAM先读,并在该字节的像素位置,要使用新设置更新。 我们试图阅读上飞的液晶,但它没有完成,因此同样大小的LCD缓冲区RAM(1K)在MCU的EPROM存储器中创建的。 这在软件的缓冲区被用来作为一个虚拟内存进行了更新和读取时显示已更新的液晶。 下一步是实施字母数字字符显示数据。 位图是从0 - Z的字符,也为一些特殊字符像空间中创建的,期间连字符等,这些位图显示在液晶显示屏上使用类似包装putbyte()和putchars()设置相应的像素。 另一个功能是drawLine()函数,这四个参数X1,Y1,X2,Y2,并提请他们之间的线。 此功能是从土地教授提供实验室4视频编码。 下图显示了我们的液晶显示器模型。

lcd-example.gif
图3:图形液晶显示格式

X轴是时间轴每3秒1像素的分辨率。 Y轴显示1个像素对应至5摄氏度的变化程度的温度在摄氏温标。 底线是指令并反馈给用户显示的区域。 每个字符5 × 4像素宽和肉眼可读。

我们的系统的最大时间设定在340秒,这意味着它可以处理340个温度点,可以运行大约三个半秒,最高温度为250摄氏度。 这些限制是由标准回流焊曲线分析。 用户输入的是340指数对应的时间和当时的温度值对应的元素的数组。 插值()函数写,扫描阵列和线性插值目标点之间的空槽。

其他LCD功能包括:
明确() - 清除显示
drawgraph() - 绘制目标曲线
cleargraph() - 清除目标曲线,但标志着在30秒的时间间隔目标点与实际曲线每秒更新一次回流继续比较。

控制流程:
该方案的主要功能调用初始化()例程设置了液晶显示器的,设置定时器中断和ADC的各种寄存器,设置端口,并提示用户输入通过LCD。 其主要功能,然后无限循环调用键扫描功能,为用户在键盘上输入的热量()函数控制的回流焊接系统从一个PRT输入,直到它被焊接的每一秒,每30毫秒。 该计划开始的DefaultMode这是一个预编程模式与标准温度曲线如下图所示。
kester.jpg
图4:凯斯特solderpaste推荐的温度曲线

在液晶显示屏上显示相应的消息,提示用户进行输入。 如果用户希望使用默认的曲线,他/她可以按#键在键盘上对应为“yes”。 键扫描后输入代码调用按钮的处理程序,系统的状态机实现的一部分。 该系统将进入预热模式,将显示默认的曲线。 热功能,实现状态机的其余部分将通知模式设置为预热和PIND 5将设置高触发继电器在烤箱之交开关。 这个例程被调用每一秒,并转换成使用硬编码在快闪记忆体的校准表温度ADC的输出。 NTC热敏电阻器的校准程序是在后面的章节中描述。 该程序保持投票的温度,直到它到达时间输入0所需的起始温度。 预热完成后,cleargraph()被调用,模式设置,以准备,并提示用户插入的一部分,按“是”。 一旦用户按下“是”,模式设置回流的热量()例程调用PID()例程实现反馈控制系统来控制继电器。 同时,系统的当前状态显示图是每秒更新一次。 一旦达到最大的时间是被禁用,烤箱控制系统进入降温模式。 让其冷却系统,直到它到达一个安全的温度,状态设置完成,并提示用户删除的一部分,按“是”。 系统重新初始化完成状态,并准备下一个任务。

如果用户选择不使用默认的模式,然后系统会已进入了program2状态。 这是进入温度输入的模式和假设,第一个输入时间0。 用户输入所需的温度,然后按YES。 添加到这个温度是输入数组,插值和更新目标曲线。 下一个状态是方案3,他要求进一步的投入,如果是他进入状态program1的,在那里他可以进入下一个温度输入的时间。 从program1的,他是考虑到了program2温度最后一次进入方案3。 这会持续至用户按下“NO”(键盘上的*键)在program3的模式改为预热开始回流机制,如上所述。 用户可以随时中止程序按中止键(键盘上的键)。 中止模式禁用控制,并考虑到系统的降温模式。

prog-target.jpg
图5:程序流程图 - 目标编程模式

prog-heat.jpg
图6:程序流程图 - 热模式

热敏电阻校准:
我们采取了从公元前2322-633-83303热敏电阻数据表的电阻与温度数据,并转换成相应的模拟电压时,热敏电阻与2kOhm电阻器放置在两电阻分压器电路的电阻值。 电压随温度的信息是由5阶多项式拟合曲线安装在Microsoft Excel。 温度方程,估计是

温度= -1.3722 * V ^ 5 + 17.067 * V ^ 4 - 80.523 * V ^ 3 + 182.7 * V ^ 2 + 235.79 * V ^ 2 + 272

使用这个公式,每一个相应的温度模拟到数字转换的计数值0和1023之间进行了计算和存储在MEGA32的快闪记忆体。
curvefit.jpg
图7:NTC热敏电阻器的曲线拟合数据

未来的积分比例微分(PD + F)的控制算法:
bang - bang控制在回流模式未能精确的曲线,这样一个复杂的控制算法是必要的。 烤箱的控制,我们决定使用修改后的比例微分控制算法,我们称之为“PD + F”的算法。 因为基于时间的温度目标和最新的D(临时)/ D(时间)的斜率是已知的,我们可以推断两个最近期测量温度的估计未来的错误。 我们的PWM信号被配置为拥有固定周期为1秒,我们用一个可变占空比的计算形式的PD + F算法,如下所示:

占空比[N] = KP *比例[N] + KD *衍生[N] + KF * futureintegral [N],其中
比例[N] =目标[N] - 温度[N],
衍生工具[N] =比例[N] - proportaional [N - 1],
futureintegral [N] =大小的总和(目标[N + I] - (TEMP + I *(TEMP [N]高温[N - 1])))*(大小- I)/大小,I = 1

去年(大小- I)/大小为线性去加重未来的错误估计:在不久的将来更多的重点是放在错误估计。

一个评论的代码上市,请参阅附录。 如需进一步协助,请参阅附录E中的各个组成部分的数据表

设计的结果
速度:
该系统曾在我们所期望的速度。 液晶显示屏实时工作,没有任何明显的延迟。 继电器触发快。 由于该系统是每秒更新一次,关键的扫描仪和PID控制的延迟隐藏,因为在16MHz的频率mega32能够执行所有的指令,而不会错过任何中断。

精度:
由于实验条件和硬件,准确率不够好。 该系统能够在摄氏10度的轨迹遵循的目标曲线。 我们把焊箱内测试系统,并能够在摄氏210-240度范围内的焊锡融化。

安全性:
在制度建设,采取了适当的照顾。 继电器开关内部散热片的金属盒,以确保散热。 热糊盒和继电器之间的分层。 框包含一个保险丝座调节系统提供的电流。 所有的连接器插头插入塑料绝缘垫圈,避免短路。 继电器盒测试中教授土地的存在,然后再插入到烤面包机。

干扰:
系统没有干扰任何其他项目,并没有投诉人对系统的任何团体。

可用性:
液晶显示屏,使我们的系统互动性强,易于使用。 键盘去抖动,以确保正确的输入,并显示相应的错误消息是错误的输入。

结论
分析:
我们有我们的系统的表现感到满意。 我们所面对的问题之一是冷却系统,即如果未来的目标点显示在温度在陡峭的下降,那么实际曲线会稍微偏离。 这是由于烤箱的惯性。 加热线圈保留了一段时间的热量,即使烤箱。 这将导致在温度衰减慢。 同样,在温度急剧上升,也是不容易实现的,因为烤箱的加热限制。 我们的未来发展将添加冷却系统的项目。 我们可以添加所触发的球迷,如果当前的温度高于目标温度。 另一个想法是用风扇吹热风烤箱,而不是使用加热线圈。 这相同的风机可用于加热和冷却系统通过改变空气吹英寸用烤箱烤面包机温度的方法是一个老内造成关机的某个时候,即使温度是不准确的温度控制器下面的烤箱规格。 阻碍我们的项目,特别是在加热烤箱小。 但是,这可以解决通过使用更好的质量烤箱。

知识产权方面的考虑:
我们再次从lab4 video_line代码和一个液晶显示的示例代码使用我们的LCD功能的参考。 无反向工程已完成,我们也没有签署一项抽样我们的任何部分的NDC形式。 我们的设计很简单,我们目前的产品是便宜,然后在市场上的竞争对手,因此可能有专利的机会为我们的产品。

伦理方面的考虑:
我们相信,我们的项目符合伦理方面的考虑,是符合道德IEEE代码解释如下。
  • 接受在决策与公众的安全,健康和福利的责任,并及时披露可能危及公众或环境的因素,我们采取了所有必要的预防措施,以确保公众健康和安全。 要了解我们的项目是设计的人了解它的用法和在处理电气设备的培训。
  • 利益尽可能避免实际的或可能的冲突,并透露他们受影响的各方时,他们确实存在,我们没有面临任何利益冲突。
  • 要诚实和现实说明债权或估计,根据现有数据,我们所有的结果和索赔是TRU我们所知。
  • 拒绝一切形式的贿赂,我们不提供任何贿赂。
  • 以提高技术的理解,其相应的应用程輠,和潜在后果;,该项目是利用技术,并运用它来系统具有较好的成本/效益比的一步。
  • 保持和提高我们的技术能力,只有资格培训或经验,或经过充分披露有关限制他人进行技术任务,该项目是一个很好的学习经验。 它作为工程师改善了我们的能力和承担的任务,当然不能超越我们可以证明,因为它是完成cappabilites。
  • 寻求,接受,并提供技术工作的诚实批评,承认和纠正错误,信贷妥善他人的贡献,我们是完全开放的,以批评和希望,任何外部输入,将有助于我们在纠正我们的错误,并改善我们的项目和任何今后的工作中,我们可以开展。 我们承认,并记入的人帮助我们,由我们的项目贡献自己的专业知识或硬件。
  • 公平对待所有的人,无论种族,宗教,性别,残疾,年龄,或国家的起源等因素,在这个项目的过程中,我们在我们的个人待遇公平。
  • 为了避免伤害他人,他们的财产,信誉,或通过虚假或恶意行动就业;该项目中,没有造成任何伤害或损害任何人或财产。
  • 协助同事和同事在他们的专业发展和支持他们在以下道德规范。
我们愿意提供帮助的任何人寻求它,这个项目是为未来的学生使用和学习的榜样。 法律方面的考虑:我们的项目没有与任何FCC法规和在执行时有没有必要的法律上的考虑。

附录A:程序代码

下载: 附录A:程序代码.zip (6.81 KB, 下载次数: 157)
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发表于 2012-1-11 23:06:45 | 显示全部楼层
支持楼主,多转些国外的技术,那个光立方不错
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发表于 2012-7-7 17:58:42 | 显示全部楼层
没看明白是什么型号的电阻求高人指点
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 楼主| 发表于 2012-7-15 11:56:41 | 显示全部楼层
NSYGWBD 发表于 2012-7-7 17:58
没看明白是什么型号的电阻求高人指点

  电阻能有什么型号???
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发表于 2014-1-19 07:54:39 | 显示全部楼层
下面那个程序链接失效了
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