基于STM32 控制的PCB 板腐蝕液混合磁力攪拌機的研究

潘 宇 廖毅森 楊淼鋒 羅盛鋒

（柳州工學院，廣西 柳州545616）

腐蝕液是腐蝕電子PCB 板必不可少的一部分，而作為腐蝕液的主要成分鹽酸和雙氧水對人體傷害，并且手動混合時總是不夠均勻。目前國內高校實驗室以及電子DIY 愛好者在腐蝕電路板時使用的還是腐蝕粉或稀鹽酸和雙氧水混合液組成的腐蝕液，但仍存在以下問題：①腐蝕粉的腐蝕時間比較長，浪費了大量時間，而且容易使線路在長時間的浸泡中導致線路出現短線的現象。②腐蝕液在人為添加的過程中比例掌控不好，導致資源的浪費。針對上述問題，本文在研究眾多攪拌器后，擬設計一個腐蝕液混合磁力攪拌機，為做PCB 板時快速的混合腐蝕液，即操作安全簡單，又節(jié)約能源，提高生產率。

1 腐蝕攪拌系統(tǒng)設計方案

本設計的腐蝕液混合磁力攪拌機，是利用磁性物質同性相斥的特性，通過不斷變換基座的兩端的極性來推動磁性攪拌子轉動，通過磁性攪拌子的轉動帶動腐蝕液旋轉，使腐蝕液均勻混合。

本系統(tǒng)主要由溶液貯存部分、攪拌混合部分、驅動模塊部分、顯示部分、控制部分組成。

溶液貯存部分：用于存放需混合的溶液。

攪拌部分：主要是使用對溶液混合攪拌，充分混合所需溶液。

驅動模塊部分：腐蝕攪拌的驅動部分，驅動各個電機。

顯示部分：顯示當前的狀態(tài)，控制按鈕、液位數據，以及一些其他的重要參數值如報警值設置、時鐘設置、數據保存等等。

控制部分：設備控制器的內部通信核心，整個系統(tǒng)工作的大腦，主要功能是管理各個模塊，驅動接收模塊發(fā)送過來的數據指令以及反饋給各個模塊數據處理，識別到響應操作指令后，下達響應的操作指令以達到控制的目的。

2 系統(tǒng)硬件設計

如圖1 所示，系統(tǒng)主機的方案結構設計圖，MCU 為ARM Cortex○R-M3 系列的STM32F103VET6，相關外設分別由攪拌混合電路，顯示模塊電路、繼電器電路、超聲波模塊電路、降壓模塊電路、L298 驅動模塊電路。

攪拌混合模塊：這里主要是由繼電器模塊、電動水泵、磁力攪拌電機、溶液存放池、混合池組成，電動水泵把溶液存放池的溶液通過管道精準輸送到混合池，混合池中放有攪拌轉子，其下方帶有磁力的轉子的電機通過繼電器模塊控制通電帶動攪拌轉子轉動混合溶液。

圖1 系統(tǒng)主機方案結構設計圖

顯示模塊：使用了串口屏，串口屏是由顯示驅動板、外殼、LCD 液晶顯示屏三部分構成，一套由單片機控制器的顯示方案，使用USART 和單片機通訊，USART 是一個全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模塊，該接口是一個高度靈活的串行通信設備。用來顯示和控制設備。

超聲波模塊：超聲波測距原理是在超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，接收器接收超聲波，根據接收器接到超聲波時的時間差以及超聲波在介質中的傳播速度，從而計算出物體距離模塊的距離。用來檢測腐蝕液各配料的用量或者剩余量，做自動配比腐蝕混合液使用。

電源模塊：使用LM2596 降壓模塊，可以調節(jié)輸出電壓，用來為電機供電。

L298 驅動模塊：L298N 模塊作為電機驅動模塊，可為主控板提供5v 供電。

3 系統(tǒng)軟件設計

如圖2 所示為系統(tǒng)主機軟件流程圖，首先通電，單片機上各模塊程序進行初始化，并把初始化數據傳到串口屏，同時單片機進行手動模式和自動模式的判斷，如果檢測為手動模式，如按鍵1 按下即為左邊水泵工作，如按鍵2 按下即為右邊水泵工作，并通過串口屏實時顯示當前液位值，隨時可通過攪拌按鍵進行攪拌；如果檢測為自動模式，單片機即進入設定參數的讀取，并與超聲波傳回來的液位值進行比較，如達到設定的注入比例，則停止繼續(xù)抽水，開始攪拌。

圖2 軟件流程圖

表1 PCB 板腐蝕對比圖表

4 攪拌腐蝕實驗

本設計是基于脈沖回波法原理的超聲波模塊對腐蝕液進行實時監(jiān)測的，通過液面的高度來監(jiān)測腐蝕液的剩余量，將數據返回到單片機中，串口屏實時顯示，便于在腐蝕液剩余不足時及時自動裝載補充，從而達到控制所需加入腐蝕液比例的效果。

為了驗證攪拌機的效果，在腐蝕液比例相同的情況下，采用相同的兩塊PCB 電路板進行實驗，根據腐蝕時間的對比，可得以下效果對比圖。

由表1 可知，采用磁力攪拌混合液的腐蝕時間在4 分10 秒時已經腐蝕結束，而未攪拌混合液的腐蝕時間在7 分14 秒時腐蝕區(qū)域還比較偏少。

5 結論

本系統(tǒng)實現了電機與攪拌刀頭分離式的腐蝕液攪拌，使用磁力轉子代替了傳統(tǒng)的刀頭，避免了傳統(tǒng)攪拌刀頭攪拌時直接接觸腐蝕液腐蝕刀片的情況，磁力轉子方便拆卸清洗，可直接放入容器攪拌，通過PWM波形控制磁條轉速來達到不同速率的攪拌效果。

攪拌機附帶自動裝載腐蝕液各配料的功能，避免了手動配比腐蝕液和攪拌的情況，通過操作串口屏界面即可精準控制加入量，更加安全方便快捷的配比腐蝕液和攪拌。

系統(tǒng)主要是依賴于單片機為核心的控制系統(tǒng)，把攪拌系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)集合起來實現智能攪拌一種控制系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)攪拌機的概念，提供一條操作簡單、安全快捷的新型設備。該設備離由于實際項目經驗不足，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性還有待提高，還可增加語音識別來進行智能控制。