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DIY 专业级 SMD 返修站:Arduino PID 控温热风枪控制器

元器件与材料

Arduino Pro Mini 5V/16MHz ×1
16x2 LCD + I2C 模块 ×1
旋转编码器带按键 ×1
858D 兼容热风枪手柄 (含 K 型热电偶、700W 230V 加热芯、24V 风扇) ×1
功率电路:BTA12-600B 三极管、MOC3052 光耦、4N25 零交叉检测、IRFZ44N MOSFET (风扇) 各×1
运放 MCP602 (热电偶放大) ×1
整流桥、快恢复二极管 FR107、各类电阻电容、多圈电位器 (校准增益) 若干
蜂鸣器、扩展板/PCB ×1

核心原理

三大模块

  1. 人机界面:I2C LCD 显示设定/实时温度、风速、输出功率%、手柄状态;旋钮编码器调节参数、切换菜单
  2. 传感器调理:K 型热电偶微伏信号经 MCP602 运放放大 (增益由 500k 多圈电位调节) 至 0-5V 供 ADC 采样;干簧管检测手柄是否放回支架
  3. 功率控制:
    • 风扇:IRFZ44N MOSFET 高频 PWM (31.25kHz) 调速
    • 加热芯:MOC3052 光耦驱动 BTA12 三极管,过零控制 — 由 4N25 检测市电过零,每半周决定是否导通,实现功率级 PID 控制,无高频干扰

PID 温控算法

采用增量式 PID:Un = Un-1 + Kp·(e_n-1 - e_n) + Ki·e_n + Kd·(e_n-2 + e_n - 2e_n-1)。系数经调整为 Kp=50, Ki=16, Kd=50 (分母 2^11)。温度接近设定值时自动切换迭代模式,抑制超调。

操作流程

校准与调谐

  1. 调谐:设置菜单选 Tune,手动调节输出功率使实测温度达 400°C,调整运放增益电位器使 ADC 读值约 900 (留有余量)
  2. 校准:选 Calibrate,依次在 200/300/400°C 点用外部温度计实测,旋钮输入实测值保存。三点线性插值修正温度换算曲线
  3. 保存配置到 EEPROM 掉电不丢失

代码架构亮点

资源链接

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