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一、作品簡介
作品名稱：恒溫加熱平臺
功能簡介：支持25℃~175℃的溫度調(diào)節(jié)，主要用于手工涂錫膏時給PCB預(yù)熱、無鉛焊接時的PCB預(yù)熱、手機前后面板的加熱拆卸以及濕氣敏感元器件的烘烤除濕。
外觀尺寸：大小約為手機的一半多，適合桌面使用，也非常便攜。
二、外觀介紹
外觀描述：加熱平臺設(shè)計緊湊，厚度僅1.2厘米，外觀簡潔。正面外圈是一塊平整的PCB（可透光），配備有帶背光的觸摸按鍵和TFT-LCD顯示屏，用于顯示當前溫度和工作狀態(tài)。中間是金屬發(fā)熱板（鋁基板）。
側(cè)面設(shè)有USB Type-C接口和DC接口，方便連接電源。
背面是一整塊鋁板，在輕薄的同時也保證了結(jié)構(gòu)強度。
三、功能詳細介紹
功能1：PCB預(yù)熱以方便手工涂錫膏
背景介紹：在DIY時，經(jīng)常需要焊接PCB，如果每次都制作鋼網(wǎng)，花費會比較大。手工涂錫膏是一個省錢的方法。當PCB溫度過低時，錫膏不易附著在焊盤上，參考下圖：
適當?shù)念A(yù)熱，可以提高錫膏的流動性和附著力，參考下圖：
功能介紹：使用加熱平臺可以提升PCB的溫度，讓錫膏更容易涂在焊盤上，提高焊接質(zhì)量和效率。通過精確恒溫，可以避免錫膏因溫度過高流動性太強，而流到相鄰焊盤。
推薦溫度：建議預(yù)熱溫度為50°C至85°C之間，具體取決于PCB的厚度和所用的錫膏。
對比照片：
功能2：無鉛焊接時的PCB預(yù)熱
背景介紹：隨著環(huán)保意識的增強，無鉛焊接已成為主流。無鉛焊錫有低溫和高溫兩種，低溫138°C的無鉛錫膏焊接質(zhì)量較差，高溫錫的熔點較高，一般為217°C。使用熱風(fēng)槍直接進行高溫焊接可能導(dǎo)致PCB變形，PCB被高溫的風(fēng)槍吹久了還會發(fā)黃。適當?shù)念A(yù)熱可以更容易地焊接。
功能介紹：恒溫加熱平臺可以在焊接前對PCB進行預(yù)熱，使得PCB整體溫度更高，讓焊接過程更加順利。
推薦溫度：對于無鉛高溫錫膏，建議將PCB預(yù)熱至150°C（預(yù)熱至少5分鐘），然后用320°C的熱風(fēng)槍從正面加熱，直至錫膏融化。
使用照片：
功能3：給手機前后面板加熱，方便拆卸后蓋和屏幕
背景介紹：手機維修是一項常見的需求，無論是更換電池還是修復(fù)屏幕，都需要先拆除手機外殼。手機前后蓋和屏幕通常使用強力粘合劑固定，直接強行拆卸可能會造成部件損壞。適當加熱可以軟化粘合劑，使其更容易分離而不損傷手機部件。
功能介紹：利用恒溫加熱平臺對手機前后蓋或屏幕進行溫和加熱，可以使粘合劑變得柔軟，從而降低拆卸難度。這種方法不僅適用于手機維修，也適用于其他采用類似電子設(shè)備（比如移動硬盤）的維修工作。
推薦溫度：對手機面板進行加熱時，建議溫度為85°C左右，以防止過熱導(dǎo)致顯示屏受損。一般加熱幾分鐘后即可使用拆機片進行拆解。
使用照片：
功能4：濕氣敏感（MSL）元器件烘烤除濕
背景介紹：一些元器件（例如部分BGA封裝的芯片、大封裝鉭電容等）對存儲環(huán)境的濕度有要求，一旦元器件吸收了濕氣，在焊接時內(nèi)部水分可能會使元器件爆裂，導(dǎo)致元器件失效。廠商規(guī)定了此類元器件拆封一段時間后，在焊接前就必須烘烤。
功能介紹：加熱平臺可以對此類元器件進行長時間恒溫烘烤，減小元器件在焊接時爆裂的風(fēng)險。
推薦溫度：建議烘烤溫度為125°C左右，烘烤時間24小時，或使用元器件廠商推薦的溫度和時間。
使用照片：MPM3695芯片數(shù)據(jù)手冊中寫了MSL等級為3級，在空氣中放置超過7天就需要烘烤，以下是對MPM3695芯片烘烤的照片：
功能5：給包裝或者物品上的不干膠貼紙加熱，方便撕下貼紙而不留殘膠
背景介紹：不干膠貼紙廣泛應(yīng)用于各種包裝和物品上，但在去除這些貼紙時，常常會遇到殘留膠水的問題。殘留的膠水不僅影響美觀，還可能損壞表面材質(zhì)。傳統(tǒng)的去除方法如使用溶劑或物理刮除，既費時又可能損傷物品表面。適當?shù)募訜峥梢杂行к浕z水，使其更容易清除。
功能介紹：利用恒溫加熱平臺對貼紙進行加熱，可以使貼紙背面的膠水軟化，減少撕除時的阻力，從而更容易地將貼紙完整地撕下，不留殘膠。這種方法特別適用于貴重或易損物品的表面清潔。
推薦溫度：建議將加熱平臺設(shè)置在75°C左右，加熱10秒鐘之后可以輕松將貼紙撕下。
使用照片：左右兩側(cè)分別是加熱和不加熱的對比圖，效果非常明顯。
功能6：組建自動測試系統(tǒng)，測試元器件的溫漂
背景介紹：電阻、電壓基準等元器件都有一定的溫漂。測試元器件的溫漂需要給元器件施加不同的溫度，同時手動測量元器件的阻值或電壓變化，再計算出溫漂，比較費時間。
功能介紹：恒溫加熱平臺支持串口命令，可以組建自動測試系統(tǒng)，節(jié)省了大量手動測試的時間。以電阻溫漂測試為例，利用恒溫加熱平臺對待測電阻進行加熱。使用上位機控制加熱溫度，每次調(diào)高1度；溫度穩(wěn)定之后，上位機控制萬用表測量阻值。測完25°C~125°C的100個數(shù)據(jù)點之后，上位機即可自動繪制出電阻溫漂-溫度曲線。
使用照片：恒溫加熱平臺能夠識別串口命令，并設(shè)置加熱溫度。自動測試系統(tǒng)上位機正在開發(fā)中。
四、電路框圖
以下是使用得捷電子Scheme- it在線設(shè)計工具，繪制的功能框圖。
Scheme- it在線設(shè)計工具的鏈接為：https://www.digikey.cn/zh/schemeit/home
五、內(nèi)部電路板照片欣賞
拆開頂板和3D打印的外殼之后，可以看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
發(fā)熱板（鋁基板）通過兩塊PCB支撐，PCB同時提供電氣連接。
換個角度看看，可以看到側(cè)面的雙電源二選一電路：
發(fā)熱板的PCB截圖，包含PCB走線發(fā)熱絲、TMP126溫度傳感器和220°C的溫度保險：
TMP126溫度傳感器特寫，采用SPI總線進行通信，最大工作溫度可達175°C：
HCRTP-mini-B溫度保險特寫，如果由于異常情況導(dǎo)致溫度高于220°C，溫度保險會立即斷開，切斷發(fā)熱絲電路：
鋁基板側(cè)面圖，左側(cè)是0.2mm厚度的線路和FR-4絕緣層，右側(cè)是1.4mm厚度的鋁板：
USB Type-C小板，帶有TVS管，它和電源板之間通過FPC軟排線連接：
FPC軟排線另一端的連接器，支持5A電流，中間較細的針腳連接了D+/D-/CC1/CC2等信號線：
USB Type-C小板連接到電源板的樣子：
電源板正面：
下面將結(jié)合高清微距圖，介紹電源板上面的各個功能模塊。
USB Type-C電源輸入連接器：
USB Type-C和DC-IN圓口，雙電源二選一電路，由LM74700理想二極管控制器來控制：
軟啟動邏輯和輸入電流檢測電路：
MP4459 Buck降壓電路，輸出3.3V給主要芯片工作：
電源板和主控板的連接器：
電源板上的所有芯片型號：
U1 LM74700-Q1 Top
U2 LM74700-Q1 Top
U3 INA214 Top
U4 SN74LVC2G17DC(LX) Top
U5 MPQ4232GVE-0000-AEC1 Top
U6 MP4459DQT Top
主控板正面：
顯示屏連接器：
USB模擬開關(guān)，用于切換D+/D-連接到USB-UART芯片或者QC2.0握手電路：
REF3033電壓基準，周圍開槽以盡量阻擋熱量傳遞到芯片附近，減小溫漂：
主控板背面：
STC8H8K64U單片機和外圍電路：
LMV393比較器組成的發(fā)熱器NTC監(jiān)控電路，NTC開路、短路、過熱都可以檢測到，并會強制關(guān)閉DC-DC輸出：
USB-2UART轉(zhuǎn)換芯片，用于單片機程序下載和串口調(diào)試：
EEPROM存儲芯片：
控制板和電源板的連接器，下方是HUSB238 PD協(xié)議芯片：
最后再看一下控制板和電源板的合照：
控制板上的所有芯片型號：
U1 FSW7227YUWQ10G/TR Top
U2 SC09B Top
U3 REF3033AIDBZR Top
U4 HUSB238_002DD Bottom
U5 OPEN/MPF52002-0012 Bottom
U6 OPEN Bottom
U7 AT24C128-HXY Bottom
U8 NIV1161MTWTAG Bottom
U9 STC8H2K12U 2CDC+HID-TSSOP20 Bottom
U10 LMV393G-SM1-R Bottom
U11 SN74LVC2G17DC(LX) Bottom
U12 MP3202 Bottom
U13 STC8H8K64U-QFN64 Bottom
六、電路設(shè)計原理介紹
溫度檢測：采用具有175°C工作溫度的溫度傳感器TMP126，實時監(jiān)測加熱板的溫度。TMP126溫度傳感器通過SPI接口與主控芯片通信。
主控芯片：使用STC8H單片機作為系統(tǒng)的主控芯片，負責(zé)接收溫度傳感器的數(shù)據(jù)并控制DC-DC和加熱元件的工作。
電源管理：采用USB-PD誘騙芯片HUSB238來申請PD高壓輸出，支持20V/5A的最大輸入，確保足夠的功率供應(yīng)。
用戶界面：作品正面配備帶背光的觸摸按鍵和TFT-LCD屏幕（也可以焊接LED數(shù)碼管），提供直觀的操作和溫度顯示。
PID控制算法：軟件中實現(xiàn)了PID控制算法，確保溫度控制的穩(wěn)定性和準確性。
七、程序和算法介紹
完整源代碼請下載附件查看，以下是代碼介紹：
程序架構(gòu)：該恒溫加熱平臺的程序分為以下幾個主要模塊：
初始化模塊：初始化溫度傳感器、屏幕和其他外設(shè)。
溫度采集模塊：定期讀取溫度傳感器和電壓、電流采樣數(shù)據(jù)，并進行計算和濾波處理。
PID控制模塊：根據(jù)當前溫度和目標溫度，計算PID控制量，調(diào)整加熱元件的PWM占空比。
用戶界面模塊：處理觸摸按鍵的輸入，更新LCD屏幕的顯示。
電源管理模塊：控制PD協(xié)議芯片并請求合適的PD電壓輸出，確保系統(tǒng)正常運行。
PID控制算法：PID控制算法是一種常用的反饋控制算法，通過比例（P）、積分（I）和微分（D）三個參數(shù)的組合，實現(xiàn)對溫度的精確控制。具體公式如下：
其中：
Kp 是比例系數(shù)，用于快速響應(yīng)誤差。
Ki 是積分系數(shù)，用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。
Kd 是微分系數(shù)，用于減少超調(diào)和振蕩。
八、智能與創(chuàng)意
智能：本作品的智能化特點體現(xiàn)在以下幾個方面：
支持豐富的串口命令：方便調(diào)試時讀取或修改變量的值，更可以組建自動測試系統(tǒng)，節(jié)省了大量手動測試的時間。可以測試電阻、電壓基準等元器件的溫漂。
串口發(fā)送“幫助”之后，本作品的回復(fù)如下：
串口發(fā)送“設(shè)置變量 control.set_temperature = 36.5”之后，本作品的回復(fù)如下：
如果命令格式不正確，還可以提示糾正方法：
多參數(shù)實時監(jiān)測：使用多組ADC和傳感器，可以實時監(jiān)測多種參數(shù)（包括電壓、電流和溫度），確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
智能控制算法：根據(jù)檢測到的參數(shù)，采用最適合的控制算法和參數(shù)，確保溫度的精確控制。
異常保護措施：內(nèi)置的異常檢測和保護機制，能夠在出現(xiàn)異常情況時及時采取措施，保護設(shè)備和用戶的安全。特別是內(nèi)置了3級過熱保護（第一級為軟件過熱檢測，第二級為LMV393比較器組成的NTC開路、短路、過熱檢測，第三級為HCRTP-mini-B溫度斷路器），使得過熱保護的可靠性極高。
智能電源管理：采用USB Type-C和DC-IN雙輸入端口，支持同時連接兩個適配器，并能自動選擇電壓最高的適配器供電，同時切斷另一個適配器的輸入連接。通過內(nèi)置的PD協(xié)議芯片，可以請求最合適的輸入電壓，提高DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作效率。
串口log說明：
創(chuàng)意： 雖然現(xiàn)有的開源網(wǎng)站上有許多類似的加熱平臺設(shè)計，但本作品的創(chuàng)意在于其緊湊的設(shè)計和便攜性：
緊湊設(shè)計：傳統(tǒng)的加熱平臺通常采用發(fā)熱板和控制板堆疊的設(shè)計，使用銅柱來支撐發(fā)熱板和導(dǎo)電。為了減少熱量傳遞到控制板，需要使用較長的銅柱，這增加了作品的厚度。本作品創(chuàng)新地使用豎放的PCB來支撐發(fā)熱板，同時提供電氣連接。這一設(shè)計不僅減少了厚度，還提高了整體的結(jié)構(gòu)強度。
熱量管理：通過精確計算，確定了最合適的PCB線寬，實現(xiàn)了在減少熱量傳遞和降低走線電阻之間的最佳平衡。測試結(jié)果顯示，當發(fā)熱板溫度為150℃時，傳遞到下部電源板的溫度僅為60℃。
極致薄型：經(jīng)過這些創(chuàng)新設(shè)計，該作品實現(xiàn)了僅1.2厘米的厚度。這種薄型設(shè)計使得在給PCB預(yù)熱并手工涂錫膏時，用戶可以自然地將手掌放在桌面上，無需長時間舉手操作，大大提升了用戶體驗。
總結(jié)：該作品通過創(chuàng)新的設(shè)計和智能的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了高效的溫度控制，具備出色的便攜性和用戶體驗。希望這些改進能夠拋磚引玉，為電子DIY和維修帶來更多的便利和創(chuàng)新。
九、演示視頻
https://www.bilibili.com/video/BV16vmzYuETT/
十、資料
本次制作的資料完全開源，請下載附件以獲取全部資料，附件內(nèi)容預(yù)覽如下：
3D模型：外殼的3D模型，導(dǎo)出之后可以直接打印外殼
BOM表：電源板和主控板所有元器件的取值，推薦使用Sprint-Layout軟件打開PCB，雙擊任意元器件可查看型號或數(shù)值
Gerber文件：本作品所有PCB的制板文件，可直接提交板廠做板
PCB (Sprint-Layout)：本作品所有PCB的源文件，可修改，也可以雙擊任意元器件查看型號或數(shù)值
源代碼：完整的C語言源代碼，可以使用Keil或者VScode打開工程
CTHP - IO Configuration.xlsx：64腳單片機的GPIO連接配置
板對板連接器.xlsx：電源板和主控板之間連接器的引腳定義
視頻演示：
