基于AVR单片机的智能型电烙铁的设计

赵王武

本系统设计了以AVR单片机为核心的控制电路，巧妙地利用了光电开关，能够实时检测用户的使用情况，并根据不同的情况做出不同的反应，使电烙铁相应的工作于自动恒温“睡眠”和自动断电状态从而实现了降低功耗、消除安全隐患的目的。并分析了研制过程中存在的问题、应用范围以及进一步改进的方向。＼

【关键词】AVR单片机 光电传感器 自动控温 低功耗

电烙铁在生活、教学、工业等各个领域都有它的身影。比如在生活中，特别是电子电气设备的维修，一些电子维修工程师会用电烙铁把电路板上损坏的元器件进行更换还有线路的连接等。

1 设计原理

系统主体部分可分为电烙铁部分和以单片机为核心的控制盒，电烙铁部分主要负责加热和温度采集工作，控制盒是本系统的核心，由AVR单片机为中心构成，系统总体框图如图1所示。

其中温度采集电路中通过热电偶，它通过模/数变换电路和放大器电路与单片机的某引脚相连，为系统采集烙铁头的实际温度，再通过单片机与设定的值（由设置按钮来人为设定）比较，从单片机发出命令，进而控制加热电路是加热还是停止加热，并且把温度从数码管上显示出来。

2 系统结构设计

智能电烙铁系统结构主要包括电源模块、加热模块、温度采集模块、检测电路模块、设置按钮模块、显示模块等部分。

2.1 单片机电路模块设计

本文采用Advanced RISC Architecture单片机（AVR），它与时钟电路和复位电路一起构成了AVR单片机的最小系统。AVR单片机在系统中起到非常重要的作用。AVR单片机能够控制电烙铁是继续加热、停止加热还是睡眠状态。

2.2 电源模块模块和加热电路模块

本文是采用78、79系列稳压芯片达到输出电压+5V、+12V、-12V电源电路。电源输入首先通过一个反向保护二极管进行电源的保护。该电路主要完成整流滤波功能。+5V电源直接输出给AVR单片机工作。±12V电源主要供给放大器模块工作。

加热电路为本系统的执行部分，本电路采用三极管作为模拟开关通过继电器控制电烙铁的接通与关闭以实现电烙铁工作于自动恒温“睡眠”和自动断电状态。单片机的控制信号D0送到三极管的基极通过其高低电平的变化来实现模拟开关的通与断。D1是保护二极管用以钳住当继电器由通变断时产生的高电压，起到保护三极管的作用。

2.3 温度采集电路和温度设置模块

本单元电路作为本系统的前级电路对系统的性能起到关键作用，其测温的精度直接关系系统的各项性能指标。由于电烙铁头的温度高达400多摄氏度，一般的热敏传感器难以达到要求，所以本系统采用热电偶作为测温元件。

热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同材料的导体A 和B 串接成一个闭合回路，当两个接点电T 和T0 的温度不同时， 如果T > T0 在回路中就会产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流， 此种现象称为热电效应， 记为EAB，导体A ，B 称为热电极。在热电偶冷热端电势关系中，有如下公式（1）存在：

EAB（t，0）=EAB（t，tn）+EAB（tn，0） （1）

其中，t为实测温度；tn为冷端温度；EAB（t，0）冷端温度为0℃时，热电偶电势输出；EAB（t，tn）冷端温度为tn ℃时，热电偶电势输出。

通过选择按钮K2可以增大温度，选择按钮K3可以减小温度，再通过选择按钮K4来确定选择的温度。如图5所示。

2.4 使用情况检测电路模块设计和显示电路设计

本文使用光敏电阻实现，此方案的原理是通过单片机检测高低电平来了解用户的使用状态。此方案的缺点是抗干扰能力较差，有可能在某些环境下照成单片机判断错误，如晚上在日光灯下使用。但此缺点可以通过安装得到较好的解决。通过以上考虑本电路选用此方案。电路图如图2所示。

采用四个七段LED数码管进行动态扫描。此方案由于较为经济并且也能较好的完成显示任务，在对显示要求不高的场合此方案得到了广泛的应用，此方案的缺点是占用较多的单片机I/O口线，若直接应用可能造成单片机I/O口线不够用的问题，所以本系统采用74LS164芯片实现串并转换以减少对I/O口线的占用。显示电路如图3所示。

3 单片机编程设计

在正常通电之后，微控制器使用光敏电阻开始检测电烙铁的使用环境状况并读取用户设定值，若有用户在使用，继续保持加热恒温的状态，而且在使用过程中，该设备还要实时显示温度值。若确认无用户使用的情况下，微控制器开始进入睡眠状态。达到一定时间，设备开始进入斷电保护状态。当然，设备也能根据用户的需求来设置电烙铁的温度。

4 结束语

目前市面上的电烙铁参差不齐，价格也差别很大，要选择一款适合自己的往往会花费很大的一部分时间。本设备集合了普通的电烙铁加热功能并能根据用户的需要温度达到恒温的状态并在保证安全的状态下能达到自动断电的功能。我相信这款设备是适应时代的需求，贴合用户的要求应运而生的。而且使用的电子元器件都是普通的器件，价格低廉，性价比高。

参考文献

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[4]李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用--嵌入式系统技术基础[M].北京：清华大学出版社，2005：35-200.

作者单位

温州技师学院 浙江省温州市 325000