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一、作品简介
作品名称：恒温加热平台
功能简介：支持25℃~175℃的温度调节，主要用于手工涂锡膏时给PCB预热、无铅焊接时的PCB预热、手机前后面板的加热拆卸以及湿气敏感元器件的烘烤除湿。
外观尺寸：大小约为手机的一半多，适合桌面使用，也非常便携。
二、外观介绍
外观描述：加热平台设计紧凑，厚度仅1.2厘米，外观简洁。正面外圈是一块平整的PCB（可透光），配备有带背光的触摸按键和TFT-LCD显示屏，用于显示当前温度和工作状态。中间是金属发热板（铝基板）。
侧面设有USB Type-C接口和DC接口，方便连接电源。
背面是一整块铝板，在轻薄的同时也保证了结构强度。
三、功能详细介绍
功能1：PCB预热以方便手工涂锡膏
背景介绍：在DIY时，经常需要焊接PCB，如果每次都制作钢网，花费会比较大。手工涂锡膏是一个省钱的方法。当PCB温度过低时，锡膏不易附着在焊盘上，参考下图：
适当的预热，可以提高锡膏的流动性和附着力，参考下图：
功能介绍：使用加热平台可以提升PCB的温度，让锡膏更容易涂在焊盘上，提高焊接质量和效率。通过精确恒温，可以避免锡膏因温度过高流动性太强，而流到相邻焊盘。
推荐温度：建议预热温度为50°C至85°C之间，具体取决于PCB的厚度和所用的锡膏。
对比照片：
功能2：无铅焊接时的PCB预热
背景介绍：随着环保意识的增强，无铅焊接已成为主流。无铅焊锡有低温和高温两种，低温138°C的无铅锡膏焊接质量较差，高温锡的熔点较高，一般为217°C。使用热风枪直接进行高温焊接可能导致PCB变形，PCB被高温的风枪吹久了还会发黄。适当的预热可以更容易地焊接。
功能介绍：恒温加热平台可以在焊接前对PCB进行预热，使得PCB整体温度更高，让焊接过程更加顺利。
推荐温度：对于无铅高温锡膏，建议将PCB预热至150°C（预热至少5分钟），然后用320°C的热风枪从正面加热，直至锡膏融化。
使用照片：
功能3：给手机前后面板加热，方便拆卸后盖和屏幕
背景介绍：手机维修是一项常见的需求，无论是更换电池还是修复屏幕，都需要先拆除手机外壳。手机前后盖和屏幕通常使用强力粘合剂固定，直接强行拆卸可能会造成部件损坏。适当加热可以软化粘合剂，使其更容易分离而不损伤手机部件。
功能介绍：利用恒温加热平台对手机前后盖或屏幕进行温和加热，可以使粘合剂变得柔软，从而降低拆卸难度。这种方法不仅适用于手机维修，也适用于其他采用类似电子设备（比如移动硬盘）的维修工作。
推荐温度：对手机面板进行加热时，建议温度为85°C左右，以防止过热导致显示屏受损。一般加热几分钟后即可使用拆机片进行拆解。
使用照片：
功能4：湿气敏感（MSL）元器件烘烤除湿
背景介绍：一些元器件（例如部分BGA封装的芯片、大封装钽电容等）对存储环境的湿度有要求，一旦元器件吸收了湿气，在焊接时内部水分可能会使元器件爆裂，导致元器件失效。厂商规定了此类元器件拆封一段时间后，在焊接前就必须烘烤。
功能介绍：加热平台可以对此类元器件进行长时间恒温烘烤，减小元器件在焊接时爆裂的风险。
推荐温度：建议烘烤温度为125°C左右，烘烤时间24小时，或使用元器件厂商推荐的温度和时间。
使用照片：MPM3695芯片数据手册中写了MSL等级为3级，在空气中放置超过7天就需要烘烤，以下是对MPM3695芯片烘烤的照片：
功能5：给包装或者物品上的不干胶贴纸加热，方便撕下贴纸而不留残胶
背景介绍：不干胶贴纸广泛应用于各种包装和物品上，但在去除这些贴纸时，常常会遇到残留胶水的问题。残留的胶水不仅影响美观，还可能损坏表面材质。传统的去除方法如使用溶剂或物理刮除，既费时又可能损伤物品表面。适当的加热可以有效软化胶水，使其更容易清除。
功能介绍：利用恒温加热平台对贴纸进行加热，可以使贴纸背面的胶水软化，减少撕除时的阻力，从而更容易地将贴纸完整地撕下，不留残胶。这种方法特别适用于贵重或易损物品的表面清洁。
推荐温度：建议将加热平台设置在75°C左右，加热10秒钟之后可以轻松将贴纸撕下。
使用照片：左右两侧分别是加热和不加热的对比图，效果非常明显。
四、电路框图
以下是使用得捷电子Scheme- it在线设计工具，绘制的功能框图。
Scheme- it在线设计工具的链接为：https://www.digikey.cn/zh/schemeit/home
五、内部电路板照片欣赏
拆开顶板和3D打印的外壳之后，可以看到内部结构。
发热板（铝基板）通过两块PCB支撑，PCB同时提供电气连接。
换个角度看看，可以看到侧面的双电源二选一电路：
发热板的PCB截图，包含PCB走线发热丝、TMP126温度传感器和220°C的温度保险：
TMP126温度传感器特写，采用SPI总线进行通信，最大工作温度可达175°C：
HCRTP-mini-B温度保险特写，如果由于异常情况导致温度高于220°C，温度保险会立即断开，切断发热丝电路：
铝基板侧面图，左侧是0.2mm厚度的线路和FR-4绝缘层，右侧是1.4mm厚度的铝板：
USB Type-C小板，带有TVS管，它和电源板之间通过FPC软排线连接：
FPC软排线另一端的连接器，支持5A电流，中间较细的针脚连接了D+/D-/CC1/CC2等信号线：
USB Type-C小板连接到电源板的样子：
电源板正面：
下面将结合高清微距图，介绍电源板上面的各个功能模块。
USB Type-C电源输入连接器：
USB Type-C和DC-IN圆口，双电源二选一电路，由LM74700理想二极管控制器来控制：
软启动逻辑和输入电流检测电路：
MP4459 Buck降压电路，输出3.3V给主要芯片工作：
电源板和主控板的连接器：
电源板上的所有芯片型号：
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：
显示屏连接器：
USB模拟开关，用于切换D+/D-连接到USB-UART芯片或者QC2.0握手电路：
REF3033电压基准，周围开槽以尽量阻挡热量传递到芯片附近，减小温漂：
主控板背面：
STC8H8K64U单片机和外围电路：
LMV393比较器组成的发热器NTC监控电路，NTC开路、短路、过热都可以检测到，并会强制关闭DC-DC输出：
USB-2UART转换芯片，用于单片机程序下载和串口调试：
EEPROM存储芯片：
控制板和电源板的连接器，下方是HUSB238 PD协议芯片：
最后再看一下控制板和电源板的合照：
控制板上的所有芯片型号：
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、电路设计原理介绍
温度检测：采用具有175°C工作温度的温度传感器TMP126，实时监测加热板的温度。TMP126温度传感器通过SPI接口与主控芯片通信。
主控芯片：使用STC8H单片机作为系统的主控芯片，负责接收温度传感器的数据并控制DC-DC和加热元件的工作。
电源管理：采用USB-PD诱骗芯片HUSB238来申请PD高压输出，支持20V/5A的最大输入，确保足够的功率供应。
用户界面：作品正面配备带背光的触摸按键和TFT-LCD屏幕（也可以焊接LED数码管），提供直观的操作和温度显示。
PID控制算法：软件中实现了PID控制算法，确保温度控制的稳定性和准确性。
七、程序和算法介绍
完整源代码请下载附件查看，以下是代码介绍：
程序架构：该恒温加热平台的程序分为以下几个主要模块：
初始化模块：初始化温度传感器、屏幕和其他外设。
温度采集模块：定期读取温度传感器和电压、电流采样数据，并进行计算和滤波处理。
PID控制模块：根据当前温度和目标温度，计算PID控制量，调整加热元件的PWM占空比。
用户界面模块：处理触摸按键的输入，更新LCD屏幕的显示。
电源管理模块：控制PD协议芯片并请求合适的PD电压输出，确保系统正常运行。
PID控制算法：PID控制算法是一种常用的反馈控制算法，通过比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数的组合，实现对温度的精确控制。具体公式如下：
其中：
Kp 是比例系数，用于快速响应误差。
Ki 是积分系数，用于消除稳态误差。
Kd 是微分系数，用于减少超调和振荡。
八、智能与创意
智能：本作品的智能化特点体现在以下几个方面：
多参数实时监测：使用多组ADC和传感器，可以实时监测多种参数（包括电压、电流和温度），确保系统的稳定性和安全性。
智能控制算法：根据检测到的参数，采用最适合的控制算法和参数，确保温度的精确控制。
异常保护措施：内置的异常检测和保护机制，能够在出现异常情况时及时采取措施，保护设备和用户的安全。特别是内置了3级过热保护（第一级为软件过热检测，第二级为LMV393比较器组成的NTC开路、短路、过热检测，第三级为HCRTP-mini-B温度断路器），使得过热保护的可靠性极高。
智能电源管理：采用USB Type-C和DC-IN双输入端口，支持同时连接两个适配器，并能自动选择电压最高的适配器供电，同时切断另一个适配器的输入连接。通过内置的PD协议芯片，可以请求最合适的输入电压，提高DC-DC转换器的工作效率。
串口log说明：
创意： 虽然现有的开源网站上有许多类似的加热平台设计，但本作品的创意在于其紧凑的设计和便携性：
紧凑设计：传统的加热平台通常采用发热板和控制板堆叠的设计，使用铜柱来支撑发热板和导电。为了减少热量传递到控制板，需要使用较长的铜柱，这增加了作品的厚度。本作品创新地使用竖放的PCB来支撑发热板，同时提供电气连接。这一设计不仅减少了厚度，还提高了整体的结构强度。
热量管理：通过精确计算，确定了最合适的PCB线宽，实现了在减少热量传递和降低走线电阻之间的最佳平衡。测试结果显示，当发热板温度为150℃时，传递到下部电源板的温度仅为60℃。
极致薄型：经过这些创新设计，该作品实现了仅1.2厘米的厚度。这种薄型设计使得在给PCB预热并手工涂锡膏时，用户可以自然地将手掌放在桌面上，无需长时间举手操作，大大提升了用户体验。
总结：该作品通过创新的设计和智能的控制系统，实现了高效的温度控制，具备出色的便携性和用户体验。希望这些改进能够抛砖引玉，为电子DIY和维修带来更多的便利和创新。
九、演示视频
https://www.bilibili.com/video/BV16vmzYuETT/
十、资料
本次制作的资料完全开源，请下载附件以获取全部资料，附件内容预览如下：
3D模型：外壳的3D模型，导出之后可以直接打印外壳
BOM表：电源板和主控板所有元器件的取值，推荐使用Sprint-Layout软件打开PCB，双击任意元器件可查看型号或数值
Gerber文件：本作品所有PCB的制板文件，可直接提交板厂做板
PCB (Sprint-Layout)：本作品所有PCB的源文件，可修改，也可以双击任意元器件查看型号或数值
源代码：完整的C语言源代码，可以使用Keil或者VScode打开工程
CTHP - IO Configuration.xlsx：64脚单片机的GPIO连接配置
板对板连接器.xlsx：电源板和主控板之间连接器的引脚定义
视频演示：
