描述

<h3 style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> 在25年2月前，少有烙铁会根据PDO自动调整功率，也无任何通讯功能，既如此只能自己动手写写了。与常见的电烙铁一样，使用PD诱骗供电，加热2s到5s即可达到设定温度。加热时，会根据PDO报文的电压电流，自动限制输出PWM的占空比，输出就是PD充电头的最大功率，PD充电头随便用就行了，不用担心输出断电什么的。因为要兼顾温度采集，使用高侧NMOS控制，电流采样也是高侧采集，使用2mR的采样电阻，大电流下发热低。USB通讯方面，使用了中断的HID，返回数据的速度快。作为新的设计，TFT彩屏是必须的，蜂鸣器和陀螺仪也得加上，在有限的空间内，尽可能加入了更多功能。 使用方法 <ul> <li style="line-height:1.8;">按键从左到右：减少- 功能M 增加+</li> <li style="line-height:1.8;">主页 <ul> <li style="line-height:1.8;">M：单击开启/停止加热；长按进入菜单页面</li> <li style="line-height:1.8;"> - ：单击减少设定温度，长按快速减少</li> <li style="line-height:1.8;"> + ：单击增加设定温度，长按快速增加</li> </ul> </li> <li>菜单页面 <ul> <li>M：单击进入相应页面</li> <li> - ：单击箭头向上</li> <li> + ：单击箭头向下</li> </ul> </li> <li>各个子菜单 <ul> <li>M：单击开始修改，长按退出并保存</li> <li> - ：向上/减少数值，单击步进1，双击步进10*2，长按快速加减</li> <li> + ：向下/增加数值，单击步进1，双击步进10*2，长按快速加减</li> </ul> </li> </ul> 功能总结 <ul style="list-style-type:square;"> <li>PD3.0供电，最高支持sw3538的20V 7A。（硬件支持诱骗PD3.1，但像是噱头就没搞）</li> <li>自动功率控制，由PDO和烙铁内阻计算得出。</li> <li>自动计算烙铁内阻，仅5V供电开启。</li> <li>高侧NMOS控制，24Khz频率，最大98%占空比，保险起见是95%。</li> <li>9V栅极驱动器供电，由5V升压至9V而来。</li> <li>高侧电流检测，使用低至2mR采样电阻。</li> <li>k型热电偶测温，加上ntc就行冷端补偿。</li> <li>带有0.99寸TFT彩屏、陀螺仪、蜂鸣器、EEPROM</li> </ul> QQ群：984566019 <h3 style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr> 首次公开；原创设计；无获奖；非答辩设计 <h3 style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr> CC BY-NC-SA 4.0，严禁商用！！！ <h3 style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/CbVJ2NtcqKkqcdvd04MXaHEYOnSGZDG5VQF35g82.png" width="813" height="300" alt="CbVJ2NtcqKkqcdvd04MXaHEYOnSGZDG5VQF35g82.png"> <ul> <li style="line-height:1.8;">主控采用CH32X035G8，外设只有两个电容，这个封装只有28个引脚，体积小且刚好够用，非常适合本项目。</li> <li style="line-height:1.8;">本项目使用的外设有：PD、USB、SPI、IIC、TIM、ADC</li> <li style="line-height:1.8;">ADC：测了三个MCU，对地阻值都不为0，在软件中增加了对地值校准</li> </ul> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/lwjyD6sevPyJDUiac1beH7qFi3aDjbqtguhffFDQ.png" width="519" height="300" alt="lwjyD6sevPyJDUiac1beH7qFi3aDjbqtguhffFDQ.png"> <ul> <li style="line-height:1.8;">使用了TP181A3，将电流数据放大200倍。按照MCU供电3.3v，理论最大电流为3.3v÷200÷0.002R=8.25A。</li> <li style="line-height:1.8;">需要注意的是，这样的组合空载会有≈0.01a的电流跳动，在软件部分使用0.1的低通滤波即可消除。</li> </ul> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/7ReABVJwJdOUmsBLc8hXO4TgAQrhpz5U11b7qtgZ.png" width="520" height="388" alt="7ReABVJwJdOUmsBLc8hXO4TgAQrhpz5U11b7qtgZ.png"> <ul> <li>输入可以看作是RC滤波，能略微降低加热时的干扰，使用0R也没有问题。</li> <li>需要注意，使用ME3116时，FB的两个电阻不会有问题，其他芯片需要酌情加大电阻，一般放大10倍即可。</li> </ul> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ImLfpUWMiERVSiO7HQv0XqeWfpOY6D6wCvyW7m3x.png" width="299" height="300" alt="ImLfpUWMiERVSiO7HQv0XqeWfpOY6D6wCvyW7m3x.png"> <ul> <li>第一个是电压检测，Vin电压缩小10.09倍，最高能检测33V输入，够用。</li> <li>第二个是NTC温度检测，PCB上要靠着烙铁芯放置，热电偶的冷端温度才更准确。</li> </ul> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/4A9UddKQc4nHfCZ1obaYdv2kUzF8kHhzLBTJqQaa.png" width="614" height="300" alt="4A9UddKQc4nHfCZ1obaYdv2kUzF8kHhzLBTJqQaa.png"> <ul> <li>这边的R20和R23最好用千分之一的精密电阻，当然软件也做了线性校准。</li> <li>R19这个电阻可以是1M到10M，推荐10M。这里用1M是为了减少元件数量。</li> <li>比较推荐用TLV333，性价比比较高，性能也足够了。</li> </ul> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/NDnMDGUe7byYHTNpz5yOaOBZ7DjvPW8YCjvImFYZ.png" width="486" height="300" alt="NDnMDGUe7byYHTNpz5yOaOBZ7DjvPW8YCjvImFYZ.png"> <ul> <li>这里的R22差不多就行，电压在9~12V以内都是可以的。</li> <li>需要注意C29的耐压，最好是输出电压的两倍，延长使用寿命。</li> </ul> 【TYPEC、LDO、EEPROM、蜂鸣器、按键、TFT屏幕、陀螺仪、NMOS驱动】这些就跳过了，都是最常见的电路。 3D外壳需要注意，尽量打印尼龙材质的，按键推荐使用树脂。零件四选择“三合一按键”打印，安装方便。 <h3 style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr> 为了方便管理各个功能，使用了Freertos操作系统。RTOS使用的官方移植例程，PD和USB也在官方的例程上修改而来。受限于单片机性能，屏幕未使用GUI库，页面均为绘图函数画出；也受限于屏幕尺寸，加之中文字库需要16*16字体才清晰，所以子页面使用了英文。项目使用了AT24C02作为存储器，保存了所有的可设置参数。暂未计划做多组数据快速调整，感觉用处比较少吧，大部分时候是上电就用了，现在烙铁的目标温度是检测修改后2s保存一次，应该可以满足大部分使用情况了。 <ul> <li style="line-height:1.8;">当前RTOS的任务 <ul> <li style="line-height:1.8;">PD数据处理（负责PD诱骗和解析PDO）</li> <li style="line-height:1.8;">主控制任务（负责按键按下检测和不同页面下的逻辑）</li> <li style="line-height:1.8;">数据处理任务（负责ADC数据采集和PWM加热控制）</li> <li style="line-height:1.8;">TFT显示任务（负责显示不同页面，和更新数据）</li> <li style="line-height:1.8;">陀螺仪任务（负责读取和处理陀螺仪数据）</li> </ul> </li> </ul> <ul> <li style="line-height:1.8;">关于按键 <ul> <li style="line-height:1.8;">开机时会读取KEY2的情况，按住KEY2后上电，会进入USB ISP下载。</li> <li style="line-height:1.8;">系统会间隔50ms，监测一次按键状态，累积到约300ms上报一次。</li> </ul> </li> </ul> <ul> <li style="line-height:1.8;">关于ADC <ul> <li style="line-height:1.8;">使用了DMA传输，分为电流采集和其他数据采集，每次都会切换相应的DMA通道。</li> <li style="line-height:1.8;">为取得PWM的平均电流，ADC使用240Khz频率采样，每个PWM开关周期内采样10次，共计30次取平均值。</li> <li style="line-height:1.8;">烙铁是K型热电偶，通过NTC进行冷端补偿。设置温度以50℃递增，经测试呈现线性增长状态，软件使用了简单的线性函数校准y=kx+b。</li> </ul> </li> </ul> <ul> <li>关于加热 <ul> <li>使用起停式控制+PI混合控制：当温度离设定值较远时，使用起停式控制满功率加热；接近设定温度时，切换为PI控制。</li> <li>开发过程中，Kp积分初始值易过大，导致非常严重的过冲，需要适当控制。</li> </ul> </li> </ul> <ul> <li>关于屏幕 <ul> <li>使用DMA+局部刷新，SPI最小2分频，时钟速率24Mhz。</li> <li>屏幕刷新任务50ms运行一次，rtos显示占用30%的CPU。</li> <li>纯手绘的页面，个人审美有限，实在是画不出来了。</li> </ul> </li> </ul> <ul> <li style="line-height:1.8;">关于固件版本 <ul> <li style="line-height:1.8;">V0.0.0——初始版本，暂未使用USB和陀螺仪，后续更新。</li> </ul> </li> </ul> <ul> <li style="line-height:1.8;">关于固件烧录 <ul> <li style="line-height:1.8;">如果是未烧录过的单片机，直接上电会自动识别。</li> <li style="line-height:1.8;">烧录过固件的单片机，按住KEY2后上电，也会自动识别。 <ul> <li style="line-height:1.8;">步骤1：如果没有识别到单片机，选择CH32X035G8。</li> <li style="line-height:1.8;">步骤2：点击三个点添加固件，并勾选上，随后点击下载即可完成烧录。</li> </ul> </li> <li>固件烧录好后，先做两件事情：5V供电检测烙铁内阻、NTC用金属镊子短接，测试ADC对地阻值。</li> </ul> </li> </ul> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/JSe3hla0UGNpIuDcff6MRdqAfeq63DkLUefbTZpG.png" width="824" height="480" alt="JSe3hla0UGNpIuDcff6MRdqAfeq63DkLUefbTZpG.png"> USB通讯格式如下： <table style="border-collapse:collapse;width:99.9598%;height:70.9895px;"> <tr style="height:26.1979px;"> <td style="width:99.9805%;height:26.1979px;" colspan="5"> <h3>请求包格式（上位机 → 单片机）</h3> </td> </tr> <tr style="height:22.3958px;"> <td style="width:14.3607%;height:22.3958px;">参数ID</td> <td style="width:15.9291%;height:22.3958px;">操作码</td> <td style="width:17.4981%;height:22.3958px;">数据长度</td> <td style="width:19.5496%;height:22.3958px;">写入的数据</td> <td style="width:32.643%;height:22.3958px;">XOR校验值</td> </tr> <tr style="height:22.3958px;"> <td style="width:14.3607%;height:22.3958px;">请求的数据</td> <td style="width:15.9291%;height:22.3958px;">读(0)/写(1)</td> <td style="width:17.4981%;height:22.3958px;">数据的长度N</td> <td style="width:19.5496%;height:22.3958px;">读操作时，此段为空</td> <td style="width:32.643%;height:22.3958px;"> 对前面所有字节进行异或计算得到的值</td> </tr> </table> <table style="border-collapse:collapse;width:100.02%;height:70.9895px;"> <tr style="height:26.1979px;"> <td style="height:26.1979px;width:100%;" colspan="6"> <h3>响应包格式（单片机 → 上位机）</h3> </td> </tr> <tr style="height:22.3958px;"> <td style="width:14.416%;height:22.3958px;">参数ID</td> <td style="width:16.0424%;height:22.3958px;">操作码</td> <td style="width:17.31%;height:22.3958px;">状态码</td> <td style="width:19.7829%;height:22.3958px;">返回数据长度</td> <td style="width:13.5103%;height:22.3958px;">返回数据 </td> <td style="width:18.9385%;">XOR校验值 </td> </tr> <tr style="height:22.3958px;"> <td style="width:14.416%;height:22.3958px;">回显请求中的参数ID</td> <td style="width:16.0424%;height:22.3958px;">回显请求中的操作码，读(0)/写(1)</td> <td style="width:17.31%;height:22.3958px;">表示本次请求的处理结果： <code>0x00</code> – 成功 <code>0x01</code> – 未知参数 <code>0x02</code> – 无效操作码 <code>0x03</code> – 数据长度错误</td> <td style="width:19.7829%;height:22.3958px;">数据的长度N</td> <td style="width:13.5103%;height:22.3958px;">写操作时，此段为空</td> <td style="width:18.9385%;">对前面所有字节进行异或计算得到的值</td> </tr> </table> <h3 style="line-height:1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/8a0dc877ab714f4ab5ce1642e0189e05.png" width="935" height="840" alt="8a0dc877ab714f4ab5ce1642e0189e05.png"> <ul> <li style="line-height:1.8;">注意： <ul> <li style="line-height:1.8;">除了PCBA上需外挂100uF的电容，再加上MLCC效果更好。不加电容，非常容易死机。</li> <li style="line-height:1.8;">3D外壳中，“零件3”需要热熔上铜螺母，安装在PCBA尾部，防止用力后PCBA移位。</li> </ul> </li> </ul> <h3 style="line-height:1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/2376b9114a0a45b4bb014cd73b92e5c1.jpg" width="640" height="480" alt="2376b9114a0a45b4bb014cd73b92e5c1.jpg"> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/5c2a2c875f3646238a7fd4718133659c.jpg" width="640" height="480" alt="5c2a2c875f3646238a7fd4718133659c.jpg"> <h3 style="line-height:1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> 电烙铁介绍：<a title="电烙铁介绍" href="https://www.bilibili.com/video/BV1vmjb6DEdj/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1vmjb6DEdj/</a>