把STM32榨干！我只花70，做了个加热台……

这位小伙，花70元，做了一个可控温的加热台！

别看它成本低

但该有的功能，却一点不少↓

相信这时，你会有和小编同样的疑惑。

居然满足了基本功能？！

所以，作为个人玩家，他是如何节约成本的？？

作者减去了晶振、复位键、EEPROM的硬件成本。只保留了关键的光耦、可控硅、保险丝等设计。

目的是让加热台有基本的稳定性。

但是，等等！

没有EEPROM？！那咋实现断点保存和最大功率限制？

相信有些创友已经想到了。

硬件不够，软件来凑，作者通过内部Flash模拟EEPROM，从软件层面补足了硬件缺失的部分，这也是比较常见的成本控制方式。

除此之外，作者还通过定时器中断，从零手动PID调参，实现了温度加热快，精准性高的功能。

从工作量上来看：不如淘宝上直接买一个80元的加热台。因为它和实验室里用的一模一样。

但是，从软硬件实现上看，这是一个很有复刻学习价值的低成本方案！

最有意思的是，你还能在这个方案中，看到STM32是如何被“榨干”的！

接下来，咱详细瞅瞅它的设计方案！

设计图如下：

尺寸说明：

电路工作原理，一句话总结就是：

由光耦和可控硅控制电源通断，来调控PTC加热板的加热功率以保持特定温度。温度由热电偶采集。

1.1 光耦与继电器的比较

继电器和光耦都能做到强电弱电隔离、以小电流控制大电流，我为什么要用光耦可控硅呢？

如果只是控制开和关，完全可以使用继电器，当我拆开家里的小熊电炖盅时(顺手的事)，看到里面的用的就是Ronway继电器。我认为用继电器也完全没问题，成本也更低，但是存在以下问题：

①继电器弹簧片的释放和吸合需要10ms的延时，所以PWM频率不能过高；

②PWM频繁的开关会使继电器内部触点更快地磨损；

③如果在交流峰值处闭环或断开，容易产生电火花，电路噪音更大。

所以从寿命、开关速度、噪音等角度考虑，我使用光耦可控硅方案。

1.2 过零光耦+双向可控硅电路工作原理

这里的工作过程是——PWM高电平时，三极管S8050导通，使光耦导通。

相比于普通光耦，过零光耦CT3063的导通或截止状态只会在交流电电压过零点时改变，避免了产生电火花。

其工作逻辑如下：

过零光耦在下一次过零导通后，先是220V交流，主要从火线经过R3、可控硅Q1的G脚流向T1脚，经过加热片从PTC_L到PTC_N，流入零线。当R7上的电压超过可控硅的门极触发电压（V_GT>0.8V，或触发电流I_GT>10mA）后，可控硅BT138导通（相当于T1和T2短路），交流电就主要从晶闸管上流向加热片了，R3和R7上的电压降为0。

PWM低电平时，光耦在下一次过零时断开断开，导通的可控硅也随之断开，流向加热片的电流中断。

光耦和双向可控硅如何选型呢？

光耦主要考虑其峰值击穿电压，也称为断态输出端电压V_DRM，CT3063击穿电压为600V，大于市电波幅1.414*220V=310V，符合要求。

双向可控硅选型则考虑重复峰值阻断电压，和最大通态电流。BT138-800E的阻断电压800V，最大电流12A，满足加热台功率要求。

要是可控硅误触发，怎么破？

此时可以考虑并联一个RC电路，起到缓冲作用↓

1.3 RC电路

若被控制的电压变化dV/dt过快，超过了可控硅的断态电压临界上升率，也会使可控硅误触发。并联的RC支路可以起到缓冲的作用。

但由于PTC加热板几乎是阻性负载，所以也可以不添RC吸收回路。

RC串联的复阻抗Z = R-j*[1/(2πfC)]，由于电容值非常小，故交流电不会通过电容短路。

总结

这个电路的本质，就是一个由单片机控制的、无触点的“高速电子开关”。它快速、精确地控制通往加热片的220V交流电的“通/断比例”，通过极其频繁的开关来模拟一个连续可调的功率输出。

搞定了光耦可控硅电路设计，就到了最重要的控温设计

2.1 K型热电偶特性与温度采集

K型热电偶中，正极通常为镍铬合金，负极通常为镍硅合金，在两种金属连接点处存在温度差时，会产生热电势。

由于该电势值非常小，故使用MAX6675，可将温度的电压信号转换成12位数字量，精度为0.25℃。

MAX6675内部自带冷端补偿，焊接时不要让芯片烫太久。我刚焊上去后几天试着测室温竟是40℃，过了半个月后测温度又正常了，非常神奇。作者没有温度计进行测量和校准，故温度结果暂以MAX6675读出的结果为准。

2.2 PID控温调参建议

由于从加热到热量传递到加热片表面具有5s左右的延迟，属于高延迟系统。

因此，初始的p,i,d都设为0，先调节p至能较快速达到目标温度而不强烈震荡，然后调大d值减小震荡。

i值可不调，i过大会加剧温度波动。

2.3 加热模型与改进方向

这里用经典的PID算法，温度波动±5℃。

为了提高控温精度，建议使用从模糊PID控制算法。

要应用模糊PID，首先需要建立系统的数学模型。本加热台的物理模型基本符合带纯延迟的一阶惯性对象，其传递函数如下：

式中：

具体实施时，通过测量加热台的升温曲线，即可辨识出K、T、τ这三个关键参数。在此基础上，就能使用模糊PID控制算法，对温度进行分段控制。

最后再简单说一下电源部分的设计↓

使用HLK-PM03模块，将220V转为3.3V给单片机供电。

注意加装保险丝，R1为压敏电阻，防雷击。R2防输出端短路。由于对电压稳定性没有太高要求，所以未加上安规电容和共模电感。

由于加热台所需的基础功能过于简单，可直接裸机编程。也不需要什么freeRTOS或什么任务调度库，用中断即可。

代码思路如下：

①如何保证温度测量准确？

设置最高优先级为定时测温的中断，与MAX6675通信过程在中断函数中完成。

②如何避免显示屏卡主？

屏幕更新所需的时间较长，故在中断函数中只标记“需要更新液晶显示”这个中断标志位，屏幕具体切换到哪个页面，放在中断函数外执行，这样也避免了屏幕在页面更新时又进行另一个页面更新，而使显示屏卡住。

③如何保证按键灵敏度？

按键并联了电容进行消抖，同时软件上也设置了一个非阻塞性的冷却时长，避免灵敏的“温度+/-”按键与使用者的内心预期产生较大差距。

当然，软件部分，小编觉得最精彩的还是↓

如何榨干STM32的使用价值，从而做到降低成本？

①使用了STM32的内部时钟

由于未连接晶振，故STM32自动使用内部高速时钟HSI，频率8MHz。项目代码中将HSI通过PLL倍频为64MHz，作为系统的时钟源。

②使用内置Flash保持设置

项目代码中将设置的数据，循环写入在STM32C6T6内置flash的第30扇区（倒数第2个扇区）中了，可以下电后内容不丢失。循环写入能减少擦除次数，延长Flash的寿命。如果修改本项目的代码请留意不要在该扇区储存程序。

物料成本约70元，并且还会多出很多料。

电烙铁、电钻、锉刀、剪钳等加工工具约需100元。

温馨提醒：PTC发热片、螺柱螺母、电源线、220V转3V3模块等占据了加热台的主要成本，这些可在tb买。阻容等在立创商城买更合算。