摘 要：本文采用ARM" title="ARM">ARM7作為主控芯片，使用了μC/OS-II實時操作系統，設計了一種智能拆焊、回流焊臺控制系統，可以通過鍵盤操作控制，通過液晶顯示屏顯示其所處的狀態及實時溫度曲線，能對多種集成芯片進行拆和焊，適用于集成電路板的維修和加工。

0 引言

隨著電子工業的發展,電子產品越來越多,電路板上元器件的密度越來越大,并且多為貼片式元件。傳統的手工焊接,比較適合直插式元件,對于貼片式焊接效果就差強人意,并且效率很低。同樣，傳統的的拆芯片方式，一般都用熱風槍吹，這樣也能夠達到目的，但周圍的小芯片容易被吹移位。基于以上的原因，有必要改變傳統的手工焊接方式和用熱風槍拆芯片的方式,采用計算機控制紅外線加熱的自動焊接。

近幾年國內逐漸開始使用拆焊臺和回流焊，但普遍存在以下問題：(1)控制芯片采用簡單的單片機，以"裸奔"為主沒嵌操作系統，從而導致系統過于簡單或分配不合理。

(2)傳感器" title="傳感器">傳感器一般都采用熱電偶，但不加補償電路，而且很少在程序中采用算法，這樣加熱器件往往存在慣性和滯后性，從而導致控溫不精準。(3)沒有將拆焊臺和回流焊爐集于一體，使硬件利用率不高。

因此，本文提出并研究設計了一種基于μC/OS-II嵌入式實時系統的智能拆焊、回流焊溫度控制系統。

1 智能拆焊、回流焊臺電路設計原理

設計方框圖

圖1 設計方框圖。

本設計利用熱電偶傳感器檢測出與溫度對應的電壓信號，然后經27L2放大和ARM7內部A/D轉換成處理器可識別的數字信號。再通過ARM7來采集溫度信號并對其進行運算、處理，最后根據運算、處理的結果來控制紅外線燈頭和電熱盤。整個過程通過液晶顯示屏(128×64)清晰顯示。能夠智能控溫，順利拆、焊多種型號芯片。加熱燈頭能夠按規定的溫度曲線加熱，可設置存儲8條曲線(掉電數據不丟失)。預熱盤能夠保持設置的恒定溫度(誤差不能超過3℃)，有實時溫度跟蹤功能。

主要包括電路供電單元、信號檢測電路、執行控制單元、人機交互界面幾部分單元模塊。

2 硬件電路

2.1 電路供電單元

主要由變壓器、整流二極管、濾波電容、集成穩壓器等構成，為電路提供5V、3.3V和1.8V的穩定電壓。

2.2 信號檢測電路

主要由熱電偶、運算放大器27L2、DS18B20及ARM7內部AD等組成。將溫度轉換成處理器可識別的數字信號。

溫度采集電路

圖2 溫度采集電路。

本設計的溫度采集電路如圖2所示，在P6口的1、3引腳接熱電偶傳感器的正端，2、4引腳接熱電偶傳感器的負端。熱電偶采集到信號后經C00、 C10(高頻濾波電容)將高頻雜波濾除，再經27L2(低頻小信號放大器)將信號放大，其中R64與R63的和與R65的比值即為U3B的放大倍數，同理，R60與R62的和與R61的比值為U3A的放大倍數。放大后再經C01和C11將高頻雜波濾除，最后該信號被傳到ARM7，經其內部AD轉換器將模擬電壓信號轉換成處理器可識別的數字信號。當熱電偶傳感器探頭部分的溫度發生變化時，熱電偶傳感器兩端的電壓也按一定比例對應發生變化，然后該電壓信號經 27L2放大，再經ARM內部AD將模擬量轉換成數字量，ARM處理器得到數字量后便知道現在的溫度。當然要想精確測溫僅有熱電偶測溫模塊是不夠的。

因為熱電偶傳感器有一個缺陷，它測的溫度是探頭與冷端之間的溫度差，也就是說若僅用上述電路測溫，則只有在冷端溫度為零點的情況下測得的溫度才是最精確的，冷端的溫度與零點的溫差越大，測得的溫度數據越不精確。而本設計中焊臺加熱的同時，熱電偶冷端溫度會變化，從而造成了測溫不準確。為了解決上述問題，特別增加了DS18B20作為補償，在工業上稱為補正系數修正法。應用的公式為：

T=T1+kT2

式中T為實際溫度，T1為DS18B20測得的溫度，T2為熱電偶傳感器模塊測得的溫度，k為補正系數，這里取0.82。

2.3 ARM最小系統

ARM最小系統及外部存儲電路圖

圖3 ARM最小系統及外部存儲電路圖。

本設計采用ARM7作為主控芯片，主要因其性價比高、資源豐富、工作穩定可靠。它帶有32kB的片內Flash程序存儲器和8kB的片內靜態RAM；128位寬度接口/加速器可實現高達70MHz工作頻率；10位A/D轉換器提供8路輸入；2個32位定時計數器和2個16位定時計數器；多達32個通用IO口，可承受5V電壓；多個串行接口，包括2個 UART、2個I2C總線、SPI和具有緩沖作用和數據長度可變功能的SSP；多達13個邊沿、電平觸發的外部中斷管腳；一個可編程的片內PLL可實現最大為70MHz的CPU操作頻率等等。

在圖3ARM最小系統中，11.0592M的晶振和兩個20pF電容為系統提供穩定的工作頻率，然后再經ARM內部鎖相環倍頻使其工作頻率最大可達70MHz。圖中的U1為CAT1052，它為系統提供穩定的復位電路，同時為系統提供了256字節的可讀寫的E2PROM，使系統存儲掉電不丟失數據空間。

2.4 執行電路

執行模塊電路圖

圖4 執行模塊電路圖。

該設計的執行電路如圖4所示。其中PL端口接控制指示燈，PS1為AC220接口，PS2為燈體接口，PS3為電熱盤接口，網絡標號KONG1和KONG2接ARM的兩個控制引腳。當ARM測到當前溫度低于溫度曲線上的對應溫度(即當前需要加熱到的溫度)時ARM處理器便讓對應的控制端口置零，此時對應的光電耦合器(US1或US2)的發射端工作，使接收端導通，這時電源電壓經觸發二極管(DS1或DS2)和300Ω電阻后到達雙向晶閘管(QS1或QS2)的觸發極使其導通，這樣電熱盤或燈頭便開始加熱工作。類似的道理，當ARM的控制端給出低電平時，對應的可控硅截止，燈頭或電熱盤停止加熱。

2.5 人機交互界面

這部分作為人機接口，主要實現與本設計系統的交流，由液晶顯示屏(128×64)和獨立鍵盤構成。操作者可通過鍵盤選擇功能，讓系統執行特定命令或進入特定狀態，而系統則通過液晶顯示屏告訴操作者其所處的狀態或溫度曲線。從而實現可視性的人工操作與實時的輸出顯示。

3 軟件設計

3.1 嵌入式實時操作系統μC/OS-II

μC/OS-II是一個基于搶占式的實時多任務內核，可固化、可剪裁、具有高穩定性和可靠性。實時操作系統的使用，能夠簡化嵌入式系統的應用開發，有效地確保穩定性和可靠性，便于維護和二次開發，除此以外，μC/OS-II的鮮明特點就是源碼公開，便于移植和維護，可裁剪性強。

編完程序在調試過程中經常會遇到程序跑飛或陷入死循環等問題，但本系統嵌入了μC/OS-II操作系統，把整個程序分成多個任務，包括液晶屏顯示任務、鍵盤掃描任務、數據處理運算任務、終端控制任務、溫度采集任務，每個任務相對獨立。然后在每個任務中設置超時函數，時間用完以后，任務必須交出 CPU的使用權。即使一個任務發生問題，也不會影響其它任務的運行。這樣既提高了系統的可靠性，也使得調試程序變得容易。

當然有利必有弊，在系統中嵌入μC/OS-II必將增加系統的開銷，這需要系統有足夠的RAM空間。在本系統中采用了ARM7(LPC2103)，帶有8k的RAM，再加上我們選擇操作系統的功能也不多(μC/OS-II操作系統可裁剪)，8k的RAM已足夠用。

3.2 程序流程圖

程序流程圖

圖5 程序流程圖

4 結束語

本設計實現了以下幾個方面的功能：

(1)系統在軟件上以μC/OSII實時系統為系統平臺，以ADS1.2為編譯器開發了適用于拆焊、回流焊工業控制系統的軟件，軟件內核采用多任務設計構架，將控制過程劃分成多個任務，按照優先級的方式輪流工作，體現了實時系統任務分配合理、響應快、可移植性好的優點。

(2)控制策略方案綜合考慮了模糊控制和PID控制的特點，針對模糊控制在控制精度上的不足，采用模糊－PID混合控制的方式，充分發揚兩種控制方法的優點，以適應系統溫度受控對象慣性大、滯后性強的特性，使系統在控制策略上有了很大的改善。

(3)集回流焊爐和拆焊臺于一體，使同一臺機子既能當回流焊爐用，又能當拆焊臺用，提高了硬件利用率和性價比。

(4)采用高精度智能8段可編程控制全程控制，即開即用，無需預熱，小巧多用，增加了測溫補償功能，可在高溫度環境下穩定運行。

電子時代的到來對回流焊機、拆焊臺的需求越來越大，因此多功能智能拆焊、回流焊臺的設計將對電子工業的發展有很大的促進作用。