基于STM32G031核心模块制作一个简易加热台控制器

内容介绍

一、项目介绍

加热台的用途，在烤肉煮面外，还有电路板焊接。淘宝网上有9.9包邮的加热台，然而其工作电压为220v，我感觉有一定安全风险，因此制作一个低压加热台是有必要的。

加热台围绕电子森林规定的STM32G0模块开展设计，使用24v直流供电，采用网上的开源的5欧姆铝基加热板，实现183°C中温锡浆的加热焊接功能。加热台的OLED显示屏上显示预设温度、当前温度和NMOS PWM占空比。通过按键大致调节加热台预设温度，加热启动后蜂鸣器持续报警。

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二、设计思路

首先使用STM32CubeMX配置芯片。这一软件从MCU/MPU选型，引脚配置，系统时钟以及外设时钟设置，到外设参数配置，中间件参数配置，它给STM32开发者们提供了一种简单，方便，并且直观的方式来完成这些工作。所有的配置完成后，它还可以根据所选的IDE生成对应的工程和初始化C代码。

然后使用Keil5完成嵌入式软件的开发工作。CubeMX生成的代码须使用HAL库进行开发。通过查阅例程学习PWM、ADC、GPIO等外设的使用，通过查阅csdn、github等平台学习0.96/0.91寸OLED屏幕的使用。软件编写完成后，飞线引出STM32G0模块的调试引脚，使用JLink-OB调试器下载调试。

硬件方面，依然使用kicad设计PCB。确定加热台的预期功能后，在淘宝和立创商城查找相关元件，挑选性价比高的购买；利用立创eda查找各类器件的封装然后用插件直接下载，减轻手动画封装库的工作量。不过，STM32G0模块没找到现成资料，只好自己手动画封装库了。准备好相关元件库，随即开始原理图、PCB线路图的设计。

铝基加热板在立创开源平台有免费打样的方案，我直接用了https://oshwhub.com/nanxiangxiao/mini-jia-re-tai_copy上边的5欧姆铝基加热板（感谢该项目的作者！）。本项目的主要目的是设计制作一个加热台控制器，加热板的设计不在讨论范围之内。

三、搜集素材的思路

上立创开源平台搜索加热台，参考各种低压加热台的设计。考虑手上只有1个24V 4.5A的开关电源，最终确定加热板的电阻为5欧姆。另外，考虑到加热板和控制板一体化的设计（加热板叠放在控制板上）可能存在隔热问题，因此我将这两者分离后，通过1平方的电线供电。

四、各种问题

1. 模块供电

STM32G0模块没有引出5V引脚，初步计划是从5V转3.3V芯片的5V输入引脚处飞线引出。然而，模块上的空间狭小，USB插座严重阻挡电烙铁的操作；使用热风枪拆下USB插座后发现两个按键的塑料按钮融化已无法使用，模块报废……原定计划无法实施。

可行的两种方案为：STM32G0模块从USB接口专门外接5V电源供电，或者焊接1个5V转3.3V模块直接为STM32G0提供3.3V电源。两种方案各有优缺。为了第一个方案，所以我将屏幕接口的位置通过1个小型面包板移动到了加热控制板外部；考虑再三，我还是决定焊接1个5V转3.3V模块为好，使用时更方便。

2. 加热板安装

本来想用拆机耳机盒的弹簧探针来供电，但是PCB设计出现问题，开孔直径太小无法安装。综合考虑手上M2螺丝螺柱的长度后，我转而使用普通的排针进行供电。将排针焊接后，用肩头镊子拆除其下方的黑色塑料，然后用M2螺丝将加热板紧密压在排针上，与下方的支架PCB固定。

加热板支架和主板的PCB手动拼板在了一起（嘉立创不限eda打样券数量有限），使用前请沿中间缝隙切开。

五、效果展示

OLED屏幕显示：加热板预设温度、当前温度，以及系统工作状态。“IDLE”表示加热台待机，“RUNNING”表示正在加热，右侧的数字为输出到驱动电路的PWM占空比。加热板最低设置温度为20°C，温度设置步进幅度10°C。

整体效果请看页面上方的视频。加热台轻松融化183°C锡浆。对了，蜂鸣器焊接好发现接触不良所以两个引脚上并联了一个电阻，然后接触良好。真奇怪。

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六、关键代码

STM32提供给驱动电路的PWM所用定时器的设置如下。请注意，“CH Polarity”设置为“High”，在占空比为0时输出高电平，此时8050导通，让后边MOS管栅极保持低电平，不导通。

FoAlPnY47OUHQSzcHBj0GQkFBYNZ

温度控制，没有用PID，以后考虑加入。

if(status==1){
    if((int)current_temp>desired_temp+5) duty_cycle-=9;
    else if((int)current_temp<desired_temp-5) duty_cycle+=9;
    if(duty_cycle>99) duty_cycle=99;
    else if(duty_cycle<0) duty_cycle=0;
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, duty_cycle);	
}
else{

引脚中断函数。

void HAL_GPIO_EXTI_Falling_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
	if(GPIO_Pin==BTN_INC_Pin){
		desired_temp+=10;
	}
    else if(GPIO_Pin==BTN_DEC_Pin){
		desired_temp-=10;
	}
	else if(GPIO_Pin==BTN_ON_Pin){
		if(status==0){
			//HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
			HAL_TIM_PWM_Start(&htim14, TIM_CHANNEL_1);
			__nop();
		}
		else{
			__HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 0);
			HAL_TIM_PWM_Stop(&htim14, TIM_CHANNEL_1);
		}
			status=!status;
	}
	if(desired_temp>=250)	desired_temp=250;
	else if(desired_temp<20)	desired_temp=20;
}

MAX6675和OLED的驱动代码在网上很容易找到，这里不作展开。

七、STM32G031核心模块的优势与局限

优势：集成度高，半孔设计，可以快速开展设计验证。

局限：没有引出5V引脚 : (

调试接口只有测试点，使用jlink调试代码不太方便。

对于本项目，我认为使用不带下载器的电子森林STM32G0最小系统模块可能更合适，因为加热台没有和电脑开展串口通信的需求。不带下载器的STM32G0模块需要通过外部电路提供3.3V电源，在设计时需要注意。