畢業(yè)論文--- 基于stc89c52單片機的點焊機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

1、<p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計題目 基于STC89C52單片機的點焊機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）的主要內(nèi)容及要求：</p><p>　　1、主要內(nèi)容： </p

2、><p>　?。?）、收集和查閱點焊機的相關(guān)資料； </p><p>　?。?）、掌握現(xiàn)有點焊機系統(tǒng)的基本原理及進行優(yōu)劣分析； </p><p>　?。?）、明確點焊機系統(tǒng)所要達到的要求和實現(xiàn)方法； </p

3、><p>　?。?）、掌握51單片機的基本原理與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使用； </p><p>　　（5）、畫出點焊機系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖； </p><p>　　（6）、畫出電流、電壓、工件準(zhǔn)備信號、等程序流程圖； </p&

4、gt;<p>　　（7）、編寫點焊機系統(tǒng)各部分程序； </p><p>　?。?）、指標(biāo)要求：設(shè)計終點監(jiān)測點焊機系統(tǒng)，實現(xiàn)人工設(shè)定，自動完成工件點焊； </p><p>　　2、要求：

5、 （1）、認(rèn)真分析設(shè)計課題，了解設(shè)計任務(wù)查閱相關(guān)資料，按要求完成開題報告。 </p><p>　?。?）、遵守院相關(guān)規(guī)定和紀(jì)律，服從指導(dǎo)老師和實驗室工作人員安排做好畢業(yè)實 習(xí)和具體實驗。 </p><p>　?。?）、保質(zhì)保量按時完成論文撰寫工作應(yīng)完成的成果

6、。 </p><p>　?。?）、完善的點焊機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計。 </p><p>　?。?）、撰寫高質(zhì)量論文。 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）應(yīng)收集

7、的資料及主要參考文獻：</p><p>　　[1]中國機械網(wǎng).中國焊接行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望[OL].2005.10 </p><p>　　[2]殷樹言、邵青蓮.coz焊接技術(shù)及應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.5 </p><p>　　[3]姚河清、陳亞政、孟慶芹.現(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及展望[

8、J].南京：河海大學(xué) 2004.9 124-134 </p><p>　　[4]林三寶、黎明、吳林.計算機在焊接中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]，焊接，2000.8 23-56 </p><p>　　[5]楊光，焊接自動化技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J

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11、London Limtied.1993.6 </p><p>　　[11]Anthony kushigian CNC dressers improve productivity,flexibility.[M] Tooling & Production,

12、 1997.3 </p><p>　　[12]徐初雄，焊接工藝500問[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.2 </p><p>　　[13]川林尚揚、陳善本、李成桐等，焊接機器人及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2000

13、.7 </p><p>　　[14]王文瀚，焊接技術(shù)手冊[M]，河南科學(xué)技術(shù)出版社,2000.3 </p><p>　　[15]彭友祿，焊接工藝[M].北京：人民交通出版社，2002.4

14、 </p><p>　　[16]吳林、陳善本等，智能化焊接技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.8 </p><p>　　[17]王仲生 ，智能檢測與控制技術(shù)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社,2002.9 </p><p>　　[18]胡漢才，單片機原理及其接口技

15、術(shù)（第三版）[M].北京：清華大學(xué)出版社.2005.10 </p><p>　　2012屆本科畢業(yè)論文開題報告</p><p>　　論 文 題 目 基于STC89C52單片機的點焊機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 </p><p>　　班 級 自 動 化 </p><p>　　姓

16、 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師（職稱） （高級工程師） </p><p>　　填表日期 2012 年 3月 9 日</p><p>　　一、選題的意義和研究現(xiàn)狀</p><p><

17、;b>　　二、研究方案</b></p><p>　　2012 屆 本 科生畢業(yè)論文 存檔編號 </p><p><b>　　湖北文理學(xué)院</b></p><p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）</p><p>　　論

18、 文 題 目：基于STC89C52單片機的點焊機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　Design Topic Based on STC89C52 SCM Spot Welding Control System Software Design</p><p>　　系 院： 物理與電子工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)： 自 動 化

19、 </p><p>　　班 級： 0 8 1 2 </p><p>　　學(xué) 生： 許 定 哲 </p><p>　　指導(dǎo)老師： 崔 德 斌 </p><p>　　2012年 5 月 25 日</p><p>　　基于STC89C

20、52單片機的點焊機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　摘要: 本論文在分析傳統(tǒng)點焊機的基本原理和數(shù)控系統(tǒng)的原理上，針對目前的點焊機工作時可能出現(xiàn)的虛焊問題，設(shè)計了一種基于STC89C52單片機的點焊機軟件控制系統(tǒng)，該軟件控制系統(tǒng)能夠判斷焊接前焊件是否被壓緊，控制焊接時的電流范圍使之不會由于電網(wǎng)波動而變化以至于影響焊接質(zhì)量，并能在一次焊接結(jié)束時再次檢查焊件，判斷是否有虛焊并做出相應(yīng)的反應(yīng)。</p>

21、<p>　　關(guān)鍵字：點焊機 STC89C52單片機 ADC0832 PWM</p><p>　　Based on STC89C52 SCM Spot Welding Control System Software Design</p><p>　　Abstract：Against weld problems that may arise in the spot we

22、lding machine, this paper designed a spot welding control system produced by STC89C52 single chip microcomputer. It can determine whether the welding pieces is pressed prior to welding and stable welding current so it do

23、es not suddenly large or small which may caused by power fluctuations and finally impacts on the quality of welding, and check again whether the welding pieces are truly welded and react accordingly in the end of a weldi

24、</p><p>　　Key words：spot welding machine；STC89C52single chip microcomputer； ADC0832 ；PWM </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　

25、1.1課題研究背景1</p><p>　　1.2點焊機的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3課題研究內(nèi)容2</p><p>　　2點焊機的整體結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.1點焊機的工作原理4</p><p>　　2.2 STC89C52單片機的應(yīng)用5</p><p>　　2.3

26、單片機控制器的工作原理5</p><p>　　2.4脈沖寬度調(diào)制控制技術(shù)6</p><p>　　3點焊機主回路的硬件電路圖7</p><p>　　3.1點焊機主回路7</p><p>　　3.2單片機電路9</p><p>　　3.3 ADC8032電路10</p><p>　　4

27、點焊機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計11</p><p>　　4.1點焊機的軟件控制系統(tǒng)方案選擇11</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件程序控制功能12</p><p>　　4.3 ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換12</p><p>　　4.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念12</p><p>　　4.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程12</p>

28、<p>　　4.3.3 ADC0832轉(zhuǎn)換13</p><p>　　5 單片機軟件程序系統(tǒng)設(shè)計14</p><p>　　5.1軟件系統(tǒng)程序設(shè)計思路14</p><p>　　5.2 程序主流程圖15</p><p>　　5.3各個模塊的具體說明16</p><p>　　5.3.1主程序設(shè)計16&

29、lt;/p><p>　　5.3.2 ADC0832轉(zhuǎn)換程序17</p><p>　　5.3.3定時器中斷程序20</p><p><b>　　6總 結(jié)22</b></p><p><b>　　[參考文獻]23</b></p><p><b>　　附 錄24

30、</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p><b>　　1.1課題研究背景</b></p><p>　　目前，多功能焊機的控制電路通常采用已集成電路為主的模擬控制技術(shù)，控制元件多、電路復(fù)

31、雜、安裝困難、功能開發(fā)受到限制。而采用單片機控制的電路可以解決傳統(tǒng)電子電路存在的不足，其主要控制電路由數(shù)字技術(shù)直接代替了傳統(tǒng)的模擬技術(shù)，其焊接方法選擇、參數(shù)的設(shè)定和顯示、焊接參數(shù)反饋采樣、恒電流恒電壓PID控制、串行通信、晶閘管觸發(fā)脈沖的發(fā)生等都通過單片機來實現(xiàn)。數(shù)字化點焊機功能強、控制靈活，可實現(xiàn)一機多能，精度高且控制準(zhǔn)確，可采樣、分析和處理電流和電壓的瞬時信號，與傳統(tǒng)的模擬控制焊機相比具有很大優(yōu)勢。[18]</p>&

32、lt;p>　　日本、德國、芬蘭和美國等國對焊接控制技術(shù)的研究已經(jīng)比較成熟，很多公司已經(jīng)具備了數(shù)字化點焊機和智能化焊接系統(tǒng)的研究開發(fā)和批量生產(chǎn)的能力。我國焊接科技和生產(chǎn)技術(shù)水平雖然有很大的發(fā)展，但從整體生產(chǎn)水平來看，與發(fā)達國家相比還還存在很大差距，尤其在高新技術(shù)的應(yīng)用上差距更大，焊接設(shè)備的自動、半自動化、數(shù)字化、智能化和多功能化程度不太高，而一般通用性焊機供過于求，因此迫切需要開發(fā)出高性能、多功能、數(shù)字化、智能化點焊機。</p

33、><p>　　本課題通過STC89C52單片機以及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的應(yīng)用，實現(xiàn)了點焊機的數(shù)字化編程和控制，力求對點焊機焊接質(zhì)量的提高，同時增加點焊機的功能，增強其實用性，使之更便于操作和控制，更加自動化。</p><p>　　1.2點焊機的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　點焊是焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化固體金屬，形成焊點的電阻焊方法

34、。點焊可分為單點焊及多點焊兩種。在多點焊時，需使用兩對以上的電極，并且在同一工序內(nèi)形成多個溶核。點焊機系采用雙面雙點過流焊接的原理，工作時兩個電極加壓工件使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻，而焊接電流從一電極流經(jīng)另一電極時在兩接觸電阻點形成瞬間的熱熔接，且焊接電流瞬間從另一電極沿兩工件流至此電極形成回路，不會傷及被焊工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。點焊機的操作性也一般較好，簡單高效，因此已被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，大到航空行業(yè)、汽車行業(yè)、工業(yè)焊接、軍

35、事工程焊接，小至電子行業(yè)、珠寶焊接、牙科焊接等等。</p><p>　　我國點焊機行業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展壯大，目前已形成一批有一定規(guī)模的企業(yè)，其生產(chǎn)的產(chǎn)品主要包括：手工電弧焊機、電阻焊機、半自動弧焊機、特種焊機以及各類專用成套焊接設(shè)備和焊裝生產(chǎn)線，可以基本滿足國民經(jīng)濟的需求。隨著我國改革開放和企業(yè)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改革的不斷深化，原有的1500家點焊機專業(yè)和兼業(yè)制造廠、輔機具制造廠中，停產(chǎn)、半停產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)以及資產(chǎn)重組的約占

36、50%；一批點焊機制造的新興企業(yè)“異軍突起”，部分合資和民營企業(yè)的業(yè)績尤為突出。目前，點焊機行業(yè)各類企業(yè)的總數(shù)仍保持在900家左右，其中：原機械部定點企業(yè)38家(含骨干企業(yè)2家，重點企業(yè)6家)，設(shè)有焊接設(shè)備專業(yè)的大專院校35個，與焊接設(shè)備有關(guān)的各部委和地方所屬設(shè)計研究院（所）30余個，以及設(shè)有焊接專業(yè)的中等專業(yè)學(xué)校10余個。[12]</p><p>　　根據(jù)我國經(jīng)濟發(fā)展的總體趨勢,今后幾年內(nèi)我國的年鋼總產(chǎn)量及鋼材

37、進口量基本保持穩(wěn)定,因而以鋼產(chǎn)量來核算國內(nèi)市場對點焊機產(chǎn)品的需求量不會有大的出入。隨著市場對產(chǎn)品的需求將隨著焊接技術(shù)、工藝的發(fā)展和生產(chǎn)的機械化、自動化水平的提高而變化，特別是各類產(chǎn)品的構(gòu)成比，如交流弧焊機的比重明顯下降，自動、半自動焊機，特別是CO2焊機，專用成套焊機的需求量有顯著的增加。 </p><p>　　點焊機產(chǎn)品的進口量將持續(xù)增大，其進口總值仍占國內(nèi)市場總額的50%左右；國產(chǎn)點焊機的出口額歷年來都不超過

38、生產(chǎn)總值的6%。隨著新產(chǎn)品開發(fā)能力和生產(chǎn)水平的提高，引進產(chǎn)品國產(chǎn)化和規(guī)?；膶崿F(xiàn)，特別是外資、合資企業(yè)的發(fā)展和民營企業(yè)的迅速崛起，不僅其出口量會有較大的增長，而且出口的地域也由目前的中東、南亞和非洲等發(fā)展中國家，擴大到美國、歐洲等工業(yè)發(fā)達國家。</p><p><b>　　1.3課題研究內(nèi)容</b></p><p>　　本課題主要是設(shè)計點焊機單片機軟件控制系統(tǒng)，以點焊

39、機中電流為研究對象，以STC89C52單片機為核心，由霍爾元件ACS758及ADC0832完成對電壓、電流的采樣和檢測。熟悉STC89C52單片機和ADC0832、PWM基礎(chǔ)上，繪制軟件系統(tǒng)的整體框架、軟件設(shè)計圖以及所有的系統(tǒng)軟件程序設(shè)計，包括：主程序設(shè)計、ADC0832轉(zhuǎn)換子程序、定時器中斷子程序。</p><p>　?。?）詳盡介紹了點焊機研究的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，明確論文的研究方向和設(shè)計思路。</p>

40、;<p>　　（2）分析市場上各類點焊機的工作原理、特性以及設(shè)計方案，將點焊機優(yōu)化軟件設(shè)計作為自己的研究方向，了解電流控制硬件、晶閘管的控制電壓的基本原理。并且對電流控制方案進行比較、選擇、優(yōu)化。理解控制器--STC89C52單片機基本工作原理，進行熟練編程。</p><p>　?。?）根據(jù)實際情況給出系統(tǒng)整體設(shè)計方案。并對系統(tǒng)的各個模塊根據(jù)功能來進行劃分設(shè)計，并且論述他們之間的關(guān)系，保證各個模塊正

41、常運行，根據(jù)實際的問題選擇不同解決方法。</p><p>　?。?）系統(tǒng)整體設(shè)計方案原則，編寫各個部分的軟件程序，包括主程序設(shè)計、電壓、電流檢驗ADC0832轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計、定時器中斷子程序設(shè)計、電極接觸檢驗程序。[4]</p><p><b>　　2點焊機的整體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　2.1點焊機的工作原理</p>&

42、lt;p>　　點焊機系采用雙面雙點過流焊接的原理，工作時兩個電極加壓工件使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻，而焊接電流從一電極流經(jīng)另一電極時在兩接觸電阻點形成瞬間的熱熔接，且焊接電流瞬間從另一電極沿兩工件流至此電極形成回路，不傷及被焊工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　點焊的工藝過程為開通冷卻水；將焊件表面清理干凈，裝配準(zhǔn)確后，送入上、下電極之間，施加壓力，使其接觸良好；通電使兩工件接觸表面

43、受熱，局部熔化，形成熔核；斷電后保持壓力，使熔核在壓力下冷卻凝固形成焊點；去除壓力，取出工件。焊接電流、電極壓力、通電時間及電極工作表面尺寸等點焊工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量有重大影響。點焊機利用正負(fù)兩極在瞬間短路時產(chǎn)生的高溫電弧來熔化電焊條上的焊料和被焊材料，來達到使它們結(jié)合的目的。點焊機的結(jié)構(gòu)十分簡單，說白了就是一個大功率的變壓器，將220V交流電變?yōu)榈碗妷?，大電流的電源[13]，可以是直流的也可以是交流的。點焊變壓器有自身的特點，就是具有電

44、壓急劇下降的特性。</p><p>　　點焊機就是一個特殊的變壓器。所不同的是變壓器接負(fù)載時電壓下降小，點焊機接負(fù)載時電壓下降大.這主在是通過調(diào)解磁通和串聯(lián)電感的電感量來實現(xiàn)的普通點焊機的工作原理和變壓器相似，是一個降壓變壓器。在次級線圈的兩端是被焊接工件和焊條，引燃電弧，在電弧的高溫中將工件的縫隙和焊條熔接。 </p><p>　　點焊變壓器有自身的特點，就是具有電壓急劇下降的特性。在

45、焊條引燃后電壓下降；在焊條被粘連短路時，電壓也是急劇下降。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，是電焊變壓器的鐵芯特性產(chǎn)生的。 </p><p>　　點焊機的工作電壓的調(diào)節(jié)，除了一次的220/380V電壓變換，二次線圈也有抽頭變換電壓，同時還有用鐵芯來調(diào)節(jié)的，可調(diào)鐵芯的進入多少，就分流磁路，進入越多，焊接電壓越低。雖然電路是閉合的，可正是因為電路是閉合的才使得在整個閉合電路和電流處處相等；但各處的電阻可是不一樣的，特別是在不固定

46、接觸處的電阻最大，這個電阻在物理中叫接觸電阻。根據(jù)電流的熱效應(yīng)定律(也叫焦?fàn)柖?，Q=I2RT可知，電流相等，則電阻越大的部位發(fā)熱越高，電焊在焊接時焊條的觸頭也被接的金屬體的接觸處的接觸電阻最大，則在這個部位產(chǎn)生的電熱自然也就最多，焊條又是熔點較低的合金，自然的容易熔化了，熔化后的合金焊條芯沾合在被焊物體上后經(jīng)過冷卻，就把焊接對象粘合在一塊了[5]。 </p><p>　　2.2 STC89C52單片機的應(yīng)用

47、</p><p>　　單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為使更多的業(yè)內(nèi)人士、學(xué)生、愛好者，產(chǎn)品開發(fā)人員掌握單片機這門技術(shù)，于是產(chǎn)生單片機開發(fā)板，比較有名的例如電子人DZR-01A單片機開發(fā)板。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通

48、過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。</p><p>　　52單片機是對目前所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是Intel的8031單片機，后來隨著Flash Rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機取得了長足的進展

49、，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有52系列的兼容機型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。52單片機是基礎(chǔ)入門的一個單片機，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機一般不具備自編程能力。</p><p>　　目前，國產(chǎn)宏晶STC單片機以其低功耗、廉價、穩(wěn)定性能，占據(jù)著國內(nèi)51單片機較大市場。<

50、/p><p>　　2.3單片機控制器的工作原理</p><p>　　單片機控制點焊機，實際上控制的就是原邊電流，通過采樣、運算、反饋形成電流閉環(huán)控制，對原邊電流進行更精確的控制，從而實現(xiàn)對副邊工作電流的調(diào)整和控制。單片機輸出一系列方波，通過驅(qū)動電路控制晶閘管的通斷，晶閘管串在原邊電路中，它的通斷就控制了原邊電路的通斷，從而調(diào)節(jié)了原邊的電壓和電流大小。通過對單片機輸出方波周期以及脈寬的調(diào)節(jié)，就可

51、以實現(xiàn)對晶閘管的通斷時間的控制，從而控制了電路的通電時間以及電流的大小[7]。</p><p>　　2.4脈沖寬度調(diào)制控制技術(shù)</p><p>　　PWM脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，等效地獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。脈寬調(diào)制是一種應(yīng)用比較普通的控制方式，脈寬調(diào)制是保持逆變器的工作頻率不變，即載波頻率不變，而通過改

52、變IGBT的導(dǎo)通時間或截至?xí)r間來改變占空比的調(diào)制方式。</p><p>　　脈寬調(diào)制的原理，把一個正弦半波分為若干等份，然后把每一等份的正弦曲線和橫軸ωt所包圍的面積計算出來，在這個正弦曲線圖的下方，繪制一個相同的坐標(biāo)，并在這個新坐標(biāo)的圖中，用一個與所計算的面積相等的等高矩形脈沖替代那些計算過面積的每一等份，這個矩形脈沖的中點應(yīng)該與正弦波上所對應(yīng)的這一等份的中點重合。由若干個等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與

53、正弦的半周等效。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。 </p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM

54、等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的[15]。 </p><p>　　3點焊機主回路的硬件電路圖</p><p>　　整個控制系統(tǒng)由STC89C52和ADC0832

55、等主要芯片和霍爾傳感器ACS758組成，系統(tǒng)設(shè)計框架圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖</b></p><p><b>　　3.1點焊機主回路</b></p><p>　　點焊機主回路如圖2所示。</p><p><b>　　圖2 硬件電路圖</b>

56、</p><p><b>　　3.2單片機電路</b></p><p>　　單片機電路如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 單片機硬件</b></p><p>　　3.3 ADC0832電路</p><p>　　ADC0832電路如圖4所示。</p>

57、<p>　　圖4 ADC0832電路</p><p>　　4 點焊機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　點焊機軟件設(shè)計系統(tǒng)基本作用就是監(jiān)測焊接電流，以及整體系統(tǒng)的運行狀態(tài)，監(jiān)測變壓器副邊電壓、電流，檢驗點焊機之間電極的接觸狀態(tài)，當(dāng)電流的超出范圍時立刻進入停機調(diào)整狀態(tài)，以便保證點焊機的最佳工作狀態(tài)和產(chǎn)品的焊接效果。</p><p>　　4.1點焊機的軟

58、件控制系統(tǒng)方案選擇</p><p>　　目前已經(jīng)有很多產(chǎn)品化的點焊機軟件控制系統(tǒng)，從控制器方案來選擇的有以下幾類，PLC型、DSP型、單片機型和傳統(tǒng)型。</p><p>　　傳統(tǒng)型：僅有硬件結(jié)構(gòu)，無法讀整個系統(tǒng)各參數(shù)進行檢測，當(dāng)出現(xiàn)過流，低壓時系統(tǒng)無法進行相應(yīng)的而調(diào)整，也無法檢驗電極接頭是否夾緊，優(yōu)點是成本最低。</p><p>　　單片機型：對系統(tǒng)電流、電壓監(jiān)測，

59、并且進行采樣，然后在單片機中進行比較、判斷和相應(yīng)的處理。優(yōu)點：經(jīng)濟實惠，成本相對較低；缺點：用單片機制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴展，對環(huán)境依賴性強,開發(fā)周期長。一個采用單片機制作的主控板不經(jīng)過很長時間的實際驗證很難形成一個真正的產(chǎn)品。</p><p>　　PLC型：分別對系統(tǒng)電流、電壓監(jiān)測，并且進行采樣，然后在PLC中的處理器中進行比較、判斷和相應(yīng)的處理

60、。優(yōu)點：PLC是經(jīng)過幾十年實際應(yīng)用中檢驗過的控制器，其抗干擾能力強，故障率低，易于設(shè)備的擴展，便于維護，開發(fā)周期短。缺點：成本相對單片機要高。</p><p>　　DSP型：分別對系統(tǒng)電流、電壓監(jiān)測，并且進行采樣，然后在PLC中的處理器中進行比較、判斷和相應(yīng)的處理。優(yōu)點：DSP可以說是單片機加上很多外設(shè)的集合，與單片機很相似，但功能要強，而且由于把很多外圍設(shè)備集成在一起，用起來很方便。缺點：目前價格成本較高。&l

61、t;/p><p>　　本系統(tǒng)對成本、性能進行分析，選擇51單片機作為主控制器。</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件程序控制功能</p><p>　　硬件電路確定以后，點焊機主回路系統(tǒng)的主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)。系統(tǒng)能否正?？煽康墓ぷ鳎伺c硬件的合理設(shè)計外，與功能完善的軟件設(shè)計也是分不開的。在軟件設(shè)計時，首先要根據(jù)控制系統(tǒng)要求分析軟件要實現(xiàn)的任務(wù)，然后進行軟件的總

62、體設(shè)計，包括程序總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和對程序進行模塊化設(shè)計。按整體功能分成多個不同的模塊，單獨設(shè)計、編程、調(diào)試，然后將各個模塊組合調(diào)試，實現(xiàn)軟件的全部功能。</p><p>　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用51單片機C語言編程，實行模塊化設(shè)計，增加了程序的可讀性和移植性。本設(shè)計主要以點焊機為研究對象而設(shè)計，根據(jù)點焊機主回路系統(tǒng)要求，軟件設(shè)計要實現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1、根據(jù)實際電路電流反饋，調(diào)

63、整輸出電路的PWM占空比。</p><p>　　2、根據(jù)實際的電路中的電流對PWM的占空比進行調(diào)整，以求對實際電路中電流的調(diào)整，使實際電路中的電流在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)。</p><p>　　3、一旦電流超出范圍，立即系統(tǒng)停機檢測。</p><p>　　4.3 ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換</p><p>　　4.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念</p>&l

64、t;p>　　信號數(shù)字化是對原始信號進行數(shù)字近似，它需要用一個時鐘和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。所謂數(shù)字近似是指以N-bit的數(shù)字信號代碼來量化表示原始信號，這種量化以bit位單位，可以精細到1/2^N。時鐘決定信號波形的采樣速度和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的變換速率。轉(zhuǎn)換精度可以做到24bit，而采樣頻率也有可能高達1GHZ，但兩者不可能同時做到。通常數(shù)字位數(shù)越多，裝置的速度就越慢。</p><p>　　4.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程

65、</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。在某些特定的時刻對這種模擬信號進行測量叫做采樣，量化噪聲及接收機噪聲等因素的影響，采樣速率一般取 fS=2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度 Tw 是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就

66、是量化誤差。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。這些過程有些是合并進行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。</p><p>　　4.3.3 ADC0832轉(zhuǎn)換</p><p>　　正常情況下ADC0832 與單片機

67、的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則

68、使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項見官方資料。 </p><p>　　當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進行輸入

69、。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出。 </p><p>　　ADC0832封裝

70、以及各端子完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。</p><p>　　5 單片機軟件程序系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　5.1軟件系統(tǒng)程序設(shè)計思路</p><p>　　該程序主要通

71、過ADC0832采樣電壓，根據(jù)采樣電壓來調(diào)整輸出PWM波占空比，以控制晶閘管通斷用于控制高壓電路電壓，最終改變點焊機輸出電流。 程序首先定義了ADC0832的采樣子程序，和定時器的采樣時間以及其他部分的初始化條件；主程序主要是觀察ADC0832采樣范圍是否在所需要的范圍之內(nèi)，超出范圍后強制停機。定時器中斷程序主要用于控制單片機管口輸出PWM及控制其占空比。</p><p>　　1、程序目的：根據(jù)實際電路電

72、流反饋，調(diào)整輸出電路的PWM占空比。</p><p>　　2、硬件要求：STC89C52單片機、霍爾元件采樣ACS758模塊及ADC0832轉(zhuǎn)換模塊。</p><p>　　3、作品效果：根據(jù)實際的電路中的電流對PWM的占空比進行調(diào)整，以求對實際電路中電流的調(diào)整，使實際電路中的電流在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　程序主流程圖</b>

73、;</p><p>　　程序主流程圖5所示。</p><p><b>　　圖5 主程序流程圖</b></p><p>　　5.3各個模塊的具體說明</p><p>　　5.3.1 主程序設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用51單片機C語言編程，實行模塊化設(shè)計，增加了程序的可讀性和移植性。

74、主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、初始狀態(tài)的顯示以及數(shù)據(jù)采集、計算等子程序的調(diào)用。主程序就是針對硬件電流的檢測和對PWM占空比進行調(diào)整，焊接時檢測電流，超出范圍自動進入停機狀態(tài)。</p><p>　　/************************主函數(shù)************************************/</p><p><b>　　main()</b&g

75、t;</p><p>　　{unsigned char PWM_Num; //定義檔位</p><p>　　TMOD |=0x01; //定時器設(shè)置 0.01ms in 12M crystal</p><p>　　TH0=(65536-10)/256; </p><p>　　TL0=(65536-10

76、)%256; //定時0.01mS </p><p>　　IE= 0x82; //打開中斷</p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　getdata=0;</p><p>　　CYCLE = 256; // 時間可以調(diào)整 這個是256步

77、調(diào)整 周期2.56ms 8位PWM就是256步</p><p><b>　　PWM_ON=0；</b></p><p>　　while(INPUT==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　PWM_ON=getdata； //將ADC轉(zhuǎn)換后的值輸

78、入到占空比</p><p>　　getdata=Adc0832(0);</p><p>　　if(getdata<0xfd&getdata>0x2d) //當(dāng)電流較大或者較小時，及時的調(diào)整矯正</p><p><b>　　PWM_ON=0；</b></p><p><b>　　B

79、reak；</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.3.2 ADC0832轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　ADC0832時序圖如圖6所示。</p><p>　　圖6 ADC0832時序圖<

80、/p><p>　　unsigned int Adc0832(unsigned char channel) //AD轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i=0;</p><p><b>　　uchar j;</b></p><

81、p>　　uint dat=0;</p><p>　　uchar ndat=0;</p><p>　　if(channel==0)channel=2;</p><p>　　if(channel==1)channel=3;</p><p><b>　　ADDI=1;</b></p><p>&l

82、t;b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　ADCS=0;//拉低CS端</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p

83、><p>　　ADCLK=1;//拉高CLK端</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1</p><p><b>　　_nop_();&

84、lt;/b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　ADCLK=1;//拉高CLK端</p><p>　　ADDI=channel&0x1;</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b&g

85、t;　　_nop_();</b></p><p>　　ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　ADCLK=1;//拉高CLK端</p>&

86、lt;p>　　ADDI=(channel>>1)&0x1;</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3</p><p>　　ADDI=1;//

87、控制命令結(jié)束 </p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　dat=0;</b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p>&l

88、t;b>　　{</b></p><p>　　dat|=ADDO;//收數(shù)據(jù)</p><p><b>　　ADCLK=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p>

89、<p>　　ADCLK=0;//形成一次時鐘脈沖</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　dat<<=1;</b></p><p>　　if(i==7)dat|

90、=ADDO;</p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　j=0;</b></p><p>　　j=j|ADDO;

91、 //收數(shù)據(jù)</p><p><b>　　ADCLK=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　ADCLK=0; //形成一次時鐘脈沖

92、</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　j=j<<7;</b></p><p>　　ndat=ndat|j;</p><p>　　if(i<

93、;7)ndat>>=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ADCS=1; //拉低CS端</p><p>　　ADCLK=0; //拉低CLK端</p><p>　　ADDO=1;

94、 //拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)</p><p>　　// dat<<=8;</p><p>　　// dat|=ndat;</p><p>　　return(dat); //返回數(shù)值</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

95、　}</b></p><p>　　5.3.3定時器中斷程序</p><p>　　時間定時器到設(shè)定的中斷時間內(nèi)，將進行中斷處理程序的設(shè)置，此程序?qū)⑤敵鏊枵伎毡鹊腜WM波形。中斷程序流程圖如圖7所示。</p><p>　　圖7 中斷程序流程圖</p><p>　　/*********************************

96、*********************************/</p><p>　　/**********************定時器中斷函數(shù)******************************/</p><p>　　/******************************************************************/</p>

97、<p>　　void tim(void) interrupt 1 using 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　static unsigned char count=0; // 設(shè)定時器時間值</p><p>　　TH0=(65536-10)/256; </

98、p><p>　　TL0=(65536-10)%256; //定時0.01mS </p><p>　　if (count==PWM_ON)</p><p>　　PWM= 0; </p><p><b>　　count++;</b></p><p>

99、;　　if(count == CYCLE)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p>　　if(PWM_ON!=1) //如果左右時間是0 保持原來狀態(tài)</p><p>　　PWM = 1

100、; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　6總 結(jié)</b></p><p>　　本課題以點焊機為研究對象，以STC89C52單片機的點焊機為控制器，結(jié)合霍爾元件ACS758采樣、ADC0832模

101、數(shù)轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計了一款新型的點焊機系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)軟件功能：能夠提前判斷焊接前焊件是否被壓緊，控制焊接時的電流范圍使之不會由于電網(wǎng)波動而變化以至于影響焊接質(zhì)量，并能在一次焊接結(jié)束時再次檢查件，判斷是否有虛焊并做出相應(yīng)的反應(yīng)。</p><p>　　本課題采用霍爾元件ACS758采樣、ADC0832芯片完成電池的電壓、電流的采集，通過單總線通訊方式與單片機進行通訊，由單片機完成數(shù)據(jù)的處理和比較，并將各種數(shù)據(jù)及處理結(jié)果來

102、輸出PWM，由于大量的數(shù)據(jù)處理工作由單片機的軟件完成，因而降低了系統(tǒng)硬件的復(fù)雜程度。軟件設(shè)計采用51單片機C語言編程，實行模塊化設(shè)計，增加了程序的可讀性和移植性。</p><p>　　主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、定時器數(shù)字值設(shè)置以及數(shù)據(jù)采樣、計算和子程序的調(diào)用。主程序訪問ADC0832，采集電壓，計算出變壓器副邊電流，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后進行運算處理，同時當(dāng)電壓超出范圍時，進入停機狀態(tài)。經(jīng)試驗驗證，軟件運行可靠，滿足所

103、需的功能要求。</p><p><b>　　[參考文獻]</b></p><p>　　[1]中國機械網(wǎng).中國焊接行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望[OL].2005.10 </p><p>　　[2]殷樹言、邵青蓮.coz焊接技術(shù)及應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.5 </p>

104、;<p>　　[3]姚河清、陳亞政、孟慶芹.現(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及展望[J].南京：河海大學(xué) 2004.9 124-134 </p><p>　　[4]林三寶、黎明、吳林.計算機在焊接中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]，焊接，2000.8 23-56

105、</p><p>　　[5]楊光，焊接自動化技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代制造，2004.11 124-145 </p><p>　　[6]林奕鴻等，機床數(shù)字控制技術(shù)及其應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社,1994.8 </p><p>　　[7]徐宏.計算機數(shù)字控制技術(shù)（CNC）最新發(fā)展動態(tài)[M].機械制造.

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109、、陳善本、李成桐等，焊接機器人及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2000.7 </p><p>　　[14]王文瀚，焊接技術(shù)手冊[M]，河南科學(xué)技術(shù)出版社,2000.3 </p><

110、p>　　[15]彭友祿，焊接工藝[M].北京：人民交通出版社，2002.4 </p><p>　　[16]吳林、陳善本等，智能化焊接技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.8 </p><p>　　[17]王仲生 ，智能檢測與控制技術(shù)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社,2002.9

111、 </p><p>　　[18]胡漢才，單片機原理及其接口技術(shù)（第三版）[M].北京：清華大學(xué)出版社.2005.10 </p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　以下即為完整的程序代碼：</p><p>　　#include<reg52.h> //包含頭文件，一般情

112、況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義</p><p>　　#include "intrins.h"</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit INPUT=P2^1</p>

113、;<p>　　sbit PWM= P1^5; //定義調(diào)速端口</p><p>　　unsigned char CYCLE; //定義周期 該數(shù)字X基準(zhǔn)定時時間 如果是256 則周期是256x 0.01ms</p><p>　　unsigned char PWM_ON ;//定義高電平時間</p><p>　　//ADC0832的引腳<

114、;/p><p>　　sbit ADCS =P1^0; //ADC0832 芯片選擇</p><p>　　sbit ADDI =P1^2; //ADC0832 k 輸入</p><p>　　sbit ADDO =P1^2; //ADC0832 k 輸出</p><p>　　sbit ADCLK =P1^1; //ADC0832 時鐘信號&l

115、t;/p><p>　　uint temp;</p><p>　　uchar getdata; //獲取ADC轉(zhuǎn)換回來的值</p><p>　　/******************************************************************/</p><p>　　/* 延時