焊線機(jī)焊接壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書+開題報(bào)告+外文翻譯】,焊線機(jī),焊接,壓力,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書,開題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯 第 I 頁 摘 要 在焊接的過程中，焊接壓力的大小和焊接的時(shí)間，直接影響著焊接質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)焊接壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，并對(duì)控制的方法和原理進(jìn)行討論，最后進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和可行性。 焊接壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。 硬件的設(shè)計(jì)包括 ： 電源模塊 、 單片機(jī)控制模塊 、 換模塊 、 通信模塊 、 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊 、 壓力檢測模塊 。 軟件的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)和 用程序設(shè)計(jì) 。 其中單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要是 法的實(shí)現(xiàn)和與外設(shè)的交互 ； 用程序設(shè)計(jì)主要是顯示焊接壓力和串口的收發(fā)。 在本設(shè)計(jì)中 ， 焊接壓力控制系統(tǒng)采用了閉環(huán)控制 ， 具有精度高 、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。其中單片機(jī)使用 制算法充當(dāng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器， 換模塊作為執(zhí)行器，焊接壓力作為被控對(duì)象，壓力檢測作為反饋環(huán)節(jié)。控制的具體過程為，首先單片機(jī)獲取焊接壓力值的大小，之后通過與給定值行進(jìn)做差運(yùn)算后得到壓力的誤差值，經(jīng)過 算后得到控制量，單片機(jī)將控制量通過 換然后控制電磁鐵，最后單片機(jī)再次讀取焊接壓力值，這樣就構(gòu)成了一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。 單片機(jī)與 之間通過串口進(jìn)行通信 。 為了保證通信的可靠性 ， 本設(shè)計(jì)采用了數(shù)據(jù)幀以及 驗(yàn)機(jī)制 ，即發(fā)送方將數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 驗(yàn)后，然后將校驗(yàn)值加入到數(shù)據(jù)幀中一塊發(fā)送，接收方接收到數(shù)據(jù)幀以后，用同樣的方式對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 后再與接收到的 驗(yàn)值進(jìn)行比較，當(dāng)且僅當(dāng)接收方計(jì)算出的 驗(yàn)值與發(fā)送方發(fā)送過來的 驗(yàn)值一致時(shí)，才能認(rèn)為接收到的數(shù)據(jù)就是發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞 ： 焊接壓力；閉環(huán)控制；單片機(jī)； 法；串口通訊 第 n of of is of by of DA CU is to ID is to to or In a as ID as a DA as is as of to to ID to CU it a CU is In to of a RC to RC RC if if RC is is 目錄 目 錄 1 引言 ...................................................................................................... 1 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ...................................................................................... 1 字壓力控制系統(tǒng)硬件方案 ...........................................................................................字壓力控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) ........................................................................................... 電源模塊 ............................................................................................................................ 單片機(jī)控制模塊 .............................................................................................................. ..................................................................................................................... 電腦通信模塊 ................................................................................................................... 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊 .............................................................................................................. 壓力檢測模塊 ...................................................................................................................章小結(jié) .............................................................................................................................. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................................... 10 片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................... 11 接壓力控制 .................................................................................................................. 11 .................................................................................................... 壓力值的獲取 ................................................................................................................. ............................................................................................................................ 焊接時(shí)間控制 ................................................................................................................. 液晶顯示 .......................................................................................................................... 串口通訊 ..........................................................................................................................用程序設(shè)計(jì) ....................................................................................... 19 口數(shù)據(jù)的收發(fā) ............................................................................................... 20 接壓力等信息的顯示 ................................................................................... 20 界面的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 21 章小結(jié) .............................................................................................................. 22 4 系統(tǒng)樣機(jī)調(diào)試 .................................................................................... 23 A 轉(zhuǎn)換模塊調(diào)試 ............................................................................................................動(dòng)模塊調(diào)試 ....................................................................................................................力檢測模塊調(diào)試 ...........................................................................................................制效果調(diào)試 .................................................................................................................... 結(jié)論 .................................................................................................... 29 謝 辭 ...................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) .................................................................................................. 31 附錄一 焊接壓力控制系統(tǒng)電路原理圖 ................................................ 32 目錄 附錄二 焊接壓力控制系統(tǒng) ........................................................ 33 附錄三 焊接壓力控制系統(tǒng)主要 C 語言原程序 .................................... 34 附錄四 元件清單 .................................................................................... 51 第 1 頁 共 50 頁 1 引言 現(xiàn)如今的的電子產(chǎn)品電路板上的元器件越來越多，元器件與元器件之間的間距也越來越小。沒有一個(gè)性能優(yōu)良的焊線機(jī)，就無法適應(yīng)當(dāng)今電子世間的快速發(fā)展。在焊線機(jī)焊線動(dòng)作的過程中，焊機(jī)壓力的大小和時(shí)間長短，直接決定了焊接質(zhì)量的好壞。本次設(shè)計(jì)的目的就是穩(wěn)定焊接壓力的大小和控制施加壓力的時(shí)間，對(duì)保證焊接質(zhì)量有著重要的意義。 本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一個(gè)數(shù)字式的焊接壓力和時(shí)間控制系統(tǒng)，確保焊線機(jī)在焊接的過程中有穩(wěn)定的壓力和精確的時(shí)間控制，并且能夠?qū)附訅毫M(jìn)行顯示和記錄。 電源輸入為 10％， 50焊接的壓力和施加 壓力的時(shí)間可調(diào) ，并且焊接的壓力和施加壓力的時(shí)間誤差范圍不超過 ± 10％。 2 系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) 字 壓力控制系統(tǒng)硬件方案 硬件部分本設(shè)計(jì)采用了分模塊設(shè)計(jì)的方法，根據(jù)系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模塊，這樣既方便了設(shè)計(jì)，也便于后期的調(diào)試以及日后的升級(jí)改進(jìn)工作。本設(shè)計(jì)按照主要功能分可以設(shè)計(jì)為以下幾個(gè)模塊：電源模塊、單片機(jī)控制模塊、 數(shù)模轉(zhuǎn)換 模塊、電腦通信模塊、電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊、壓力檢測模塊。綜合以上模塊，可得出系統(tǒng)框圖如圖 2 圖 2字壓力控制系統(tǒng)系統(tǒng)框圖 設(shè)計(jì)的主要思路為：電磁鐵的壓力值通過壓力檢測模塊就能轉(zhuǎn)化為表征壓力大小數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 單片機(jī)控制模塊 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊 電腦通信模塊 壓力 檢測模塊 電磁鐵 F 電源模塊 第 2 頁 共 50 頁 的電壓信號(hào)，然后這個(gè)電壓信號(hào)再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片就轉(zhuǎn)化了成了單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)就拿這個(gè)數(shù)字信號(hào)與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)。該偏差信號(hào)經(jīng)過調(diào)節(jié)器做 算后，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將調(diào)節(jié)壓力信號(hào)由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。由于螺線管線圈中的電流與電磁鐵磁力成正比，通過電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，通過調(diào)節(jié)螺線管中的電流的大小，進(jìn)而控制 電磁鐵磁力大小，達(dá)到穩(wěn)定電磁鐵磁力大小的目的。 單片機(jī)與電腦之間能通過電腦通信模塊進(jìn)行相互通信 ， 單片機(jī)能夠?qū)@取到的壓力大小和系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)定信息上傳到電腦 ， 而電腦也可以發(fā)送相應(yīng)的設(shè)定信息到單片機(jī) 。 為了確保通信的可靠性 ， 軟件部分還需對(duì)通信過程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀進(jìn)行 即發(fā)送方將數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 后將校驗(yàn)值加入到數(shù)據(jù)幀中一塊發(fā)送，接收方接收到數(shù)據(jù)幀以后，用同樣的方式對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 驗(yàn)，然后再與接收到的 且僅當(dāng)接收方計(jì)算出的 能認(rèn)為接收到的數(shù)據(jù)就是發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)。 字 壓力控制系統(tǒng) 模塊 設(shè)計(jì) 源模塊 電源模塊的主要功能為 ： 為系統(tǒng)提供安全可靠的電源 ，輸出 有直流 52V。 本設(shè)計(jì)中電源要求輸入為 10%，頻率為 50出則需要一個(gè)直流 5力傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊供電，以及需要一個(gè)直流 12慮到市場上雙輸出變壓器比較容易獲得，可而外加入一個(gè) 考慮到如上需求，電源模塊總體思路可定為降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓這 4個(gè)步驟，總體思路如圖 2 圖 2源模塊總體思路圖 各 個(gè) 步驟的作用如下 ： 降壓：將電網(wǎng)提供的 220 整流 ：由于二極管具有單向?qū)щ娦?，所以正?fù)變化的交流電壓經(jīng)過二極管以后將變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓。 濾波 ：減小脈動(dòng)電壓的波動(dòng)，使得輸出電壓波動(dòng)沒那么起伏。 穩(wěn)壓 ：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定。 第 3 頁 共 50 頁 (一 ) 穩(wěn)壓電路 ， 采用 的是 用于各種電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動(dòng)保護(hù)。其輸入電壓的范圍是 出電壓范圍是 典型值是 12V，最大輸出電流為 似 ， 只是它輸出電壓為 要注意的是 ， 在設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮 。 (二 ) 整流以及濾波電路 ， 采用的是電容濾波的單相不可控整流電路 。 該電路結(jié)構(gòu)簡單，而且易于實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常用于單相交流輸入的場合。常用于計(jì)算機(jī)、電飯鍋等家電產(chǎn)品中，期整流部分就是如圖 2 u 1 u 2i 2C 當(dāng)空載的時(shí)候，輸出電壓最大， ???? = √2??2 。 當(dāng)負(fù)載大時(shí) ， 輸出電壓最小 ， ???? = 2 。 當(dāng) (3~5 2)? ?? 的時(shí)候 , ???? ≈ 2 。 (三 ) 整流電路的參數(shù)計(jì)算。 濾波電容的電容值的確定： 選用的電磁鐵一般的工作電流在 200右就能得到滿意的電磁吸力 ， 加上單片機(jī)系統(tǒng)的工作電流 ， 可以認(rèn)為 250由此可得單相不可控橋式整流電路中的負(fù)載 0歐計(jì)算。由此可得濾波電容的電容值 C = ??? = 0 = 1000了防止自激振蕩，在穩(wěn)壓器輸入端一般要再接一個(gè) 為了消除高頻噪聲，輸出端也需要接一個(gè) 1 為了防止因負(fù)載電流的變化而導(dǎo)致輸出電壓變化過大，所以輸出端需要并上一個(gè)電容來存儲(chǔ)和釋放電荷。一般 10070可以了。 第 4 頁 共 50 頁 電源變壓器變比的確定： 由于 ???? ≈ 2 ，由于 所以計(jì)算 得到 ??2 = / = 12?? 所以選用的變壓器變比為 220:12。 (四 ) 5 本設(shè)計(jì)采用 一款 壓斬波芯片 ，把之前獲得的 12V 電源降壓到5V， 該芯片輸入電壓范圍為 開關(guān)頻率為 性穩(wěn)定，且效率高，外圍電路也相對(duì)簡單。 (五 ) 電源部分總體設(shè)計(jì)。 電源部分總體設(shè)計(jì)如圖 2示 ，變壓器采用的是 220V 輸出雙 12V 輸出，輸出分別接到電壓插座 在插座 負(fù) 125源工作后 3個(gè) 圖 2源部分總體設(shè)計(jì)原理圖 片機(jī)控制模塊 單片機(jī)控制模塊的主要功能為 ： 實(shí)現(xiàn) 制算法 、 實(shí)現(xiàn)液晶顯示 、 實(shí)現(xiàn)與電腦通信 、 實(shí)現(xiàn)按鍵的輸入 。 本設(shè)計(jì)采用的是 一款 8 位的 微型控制器 ，該控制器使用的是經(jīng)典的 核 ，但與傳統(tǒng)的 51 單片機(jī)相比， 512 字節(jié)的 8有內(nèi)部 能，多出一個(gè)定時(shí)器 直接通過串口下載程序。完成能夠勝任本次設(shè)計(jì)的需求。 引腳 圖如圖 2 第 5 頁 共 50 頁 圖 2(一 ) 單片機(jī)控制器的引腳分配。 單片機(jī)的引腳分配需要考慮到硬件的擺放情況和硬件所需要的功能，來進(jìn)行合理的分配，引腳分配如表 2 表 2單片機(jī)引腳分配情況 引腳 用途 引腳 用途 602液晶屏數(shù)據(jù)線 602液晶屏 10 按鍵 “左” 輸入 602液晶屏 E 鍵“上”輸入 602液晶屏 12 按鍵“下”輸入 口接收 鍵 “右”輸入 口發(fā)送 22(二 ) 液晶顯示。 1602液晶屏使用簡單，價(jià)格便宜，一次能顯示 32個(gè)字符、數(shù)字、符號(hào)等，自帶字庫，通信協(xié)議簡單。 1602顯示屏如圖2 第 6 頁 共 50 頁 圖 2602 顯示屏 (三 ) 按鍵輸入。 按鍵使用的是獨(dú)立按鍵 ，相對(duì)于矩陣鍵盤來說，獨(dú)立鍵盤占用 會(huì)多一些，但是編程上會(huì)相對(duì)簡單。 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了 4 個(gè)按鍵， 分別為 “ 上 ”、“下”、“左”、“右”鍵。按下“左”或者“右”鍵的時(shí)候，液晶屏上的光標(biāo)會(huì)在可以設(shè)置的參數(shù)下面左右移動(dòng)。按下“上”或者“下”鍵的時(shí)候，可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行加減操作。當(dāng)同時(shí)按下“左”和“右”鍵的時(shí)候，則執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù)。 數(shù)模轉(zhuǎn)換顧名思義就是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬量，本設(shè)計(jì)采用了 位轉(zhuǎn)換芯片， 腳圖如圖 2 位轉(zhuǎn)換芯片，具有模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，其特性如下： ·單獨(dú)供電。 · 6V。 ·低待機(jī)電流。 ·通過 輸出。 ·通過 3個(gè)硬件地址引腳尋址。 ·采樣率由 線速率決定。 ·有 4路可配置單端或差分的模擬輸入。 ·自動(dòng)增量頻道選擇。 ·模擬電壓范圍從 d ·內(nèi)置跟蹤保持電路。 · 8。 ·通過 1路模擬輸出實(shí)現(xiàn) 圖 2與單片機(jī)之間通信的接口為 線接口 ， 只需要 使用 單片機(jī) 2 個(gè) 即可，也不需要而外的外圍器件就能正常工作，使用方便。本設(shè)計(jì)中只用到了 第 7 頁 共 50 頁 模轉(zhuǎn)換功能 ， 其中 的極限輸出電流為 正負(fù) 20 腦通信模塊 單片機(jī)與電腦之間的通信是通過串口。由于單片機(jī)系統(tǒng)電平為 平，邏輯 0為 0V～ 邏輯 1為大于等于 而電腦串口是 邏輯 0為 +3V～+15V， 邏輯 1為 電平是不匹配的不能之間通信，需要做電平轉(zhuǎn)換。 電平轉(zhuǎn)換有許多種方法 ， 直接使用 一款電平轉(zhuǎn)換芯片 ， 或者用分立件搭建 。 兩種方法無本質(zhì)差別 ， 本設(shè)計(jì)采用分立件搭建電平轉(zhuǎn)換電路 。電平轉(zhuǎn)換電路如圖 2 圖 2平轉(zhuǎn)換電路圖 當(dāng) 送數(shù)據(jù)時(shí) ， 若發(fā)送邏輯 0，則 壓為 0V， 這時(shí)三極管 9012 導(dǎo)通，會(huì)得到一個(gè)略微小于 5V 的電壓，在 也就認(rèn)為接收到了邏輯 0。若 ，這 壓為 5V，這時(shí)三極管 9012是截止的，因?yàn)?3V～二極管 通 ， 電容 電 ， 上負(fù)下正 ，電容的作用會(huì)保持一段時(shí)間，而電位與電容 上極板電位是等同的，所以 壓也會(huì)在 為 接收到了邏輯 1。 當(dāng) 送數(shù)據(jù)時(shí) ， 若發(fā)送邏輯 1，則 壓為 三極管 9013顯然是截止的， 單片機(jī)這端就認(rèn)為接收到了邏輯 1。若 ，折 V～ 15V， 此時(shí)三極管 9013導(dǎo)通， V，在單片機(jī)這端就認(rèn)為接收到了邏輯 1。 磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊 本設(shè)計(jì)采用的電磁鐵為樂清軒睿寧電器有限公司生產(chǎn)的 電吸盤，型號(hào)為用過程中工作的電流范圍為 0300以選用 一 第 8 頁 共 50 頁 款三極管來驅(qū)動(dòng) ，該三極管最大集電極電流為 3A，集電極 0V，放大倍 數(shù)大約為 300，驅(qū)動(dòng)原理圖如圖 2 圖 2磁鐵驅(qū)動(dòng)原理 圖 圖中并聯(lián)在電磁鐵兩端的二極管 ， 起到保護(hù)作用 。因?yàn)殡姶盆F為典型的感性負(fù)載，當(dāng)突然斷電的時(shí)候 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的反電勢(shì) ，這個(gè)時(shí)候該 二極管就會(huì)導(dǎo)通 ， 從而保護(hù)了電路 。 假定流過集電極的最大電流為 300極管 電流放大倍數(shù)為 300，三極管基極 模轉(zhuǎn)換器輸出的最大電壓為 5V，則此時(shí)基極電流為 1所需要的最小基極電阻為 ?????????? = 5?? ?1???? = Ω 所需的最大基極電流為 ?????????? = 300????300 = 1???? 力檢測模塊 壓力傳感器采用的是市面上常見的稱重傳感器，如圖 2示。其測量原理是在彈性敏感元件上粘貼電阻應(yīng)變片，應(yīng)力的變化就轉(zhuǎn)化成了壓力的變化，從而變成電阻值變化，然后再通過差動(dòng)電橋?qū)㈦娮璧淖兓D(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓? 圖 2重壓力傳感器 第 9 頁 共 50 頁 該傳感器將電阻應(yīng)變片分別安放到了直流電橋相鄰的兩個(gè)橋臂，從而構(gòu)成了差動(dòng)直流電橋，如圖 2示 。給 1和 3之間施加 5后讀取 2 與 4之間的電壓差，然后與傳感器上的重量進(jìn)行相應(yīng)的換算后，就能獲 得獲取到傳感器上的壓力值的大小了。 圖 2重壓力傳感器的 差動(dòng)直流電橋（半橋式） 為了采集壓力傳感器輸出的電壓差 ，本設(shè)計(jì)采用了 一款模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 。其引腳定義及描述如圖 2 圖 24 位 A/其他的 A/片相比， 內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，有著強(qiáng)抗干擾性、高集成度、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。而且價(jià)格便宜，因此制作高精度電子秤的成本也相應(yīng)得到降低。無需對(duì) 行編程 ，與單片機(jī)通信只需要用到時(shí)鐘和數(shù)據(jù)這兩個(gè)管腳。有 兩個(gè)輸入通道可供選擇 ，輸入信號(hào)進(jìn)入通道以后會(huì)進(jìn)過一個(gè)內(nèi)部的低噪聲增益可編程放大器，進(jìn)而放大輸入信號(hào)提高靈敏度。內(nèi)部可編程放大器的增益為 128 或者 64，當(dāng)增益為 64時(shí)，最大差分輸入信號(hào)的幅度為± 40當(dāng)增益為 128時(shí)，則為± 20道 增益固定為 32。 。 需外接器件就能使用內(nèi)部的時(shí)鐘振蕩器。 開機(jī)初始化過程比較簡單歸功于 其有上電自動(dòng)復(fù)位功能。 第 10 頁 共 50 頁 應(yīng)用方案如圖 2示 。 圖 2章小結(jié) 本章描述了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)部分，采用了模塊化設(shè)計(jì)，這里說的模塊化設(shè)計(jì)，即將產(chǎn)品的一些要素放到一起，于是就構(gòu)成了一個(gè)新的“組合”，這個(gè)“組合”可以看做一個(gè)整體，也可以與其他要素進(jìn)行組合，增加新的功能構(gòu)成新的“組合”，于是就能產(chǎn)生多種不同的產(chǎn)品。不僅方便了設(shè)計(jì)，而且極大方便了后期的調(diào)試工作。 3 系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 焊接壓力控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)總體分為兩個(gè)方面 ，分別 是單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和 在單片機(jī)系統(tǒng)軟件方面 ，要求單片機(jī)能夠控制焊接壓力的大小和時(shí)間，以及能夠與電腦的應(yīng)用程序進(jìn)行交互；在 求應(yīng)用程序能直觀地反應(yīng)出焊接壓力的變化，以及能夠設(shè)置單片機(jī)的一些控制參數(shù)。 本次設(shè)計(jì) 選 用的單片機(jī)為 供選擇的編程語言有 C 語言和匯編語言。匯編語言，也被稱為“機(jī)器語言的助記符”，有著效率高、代碼執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，但如果工程量比較大，又摻有復(fù)雜運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、非線性方程等，匯編語言恐怕很難勝任開發(fā)任務(wù) 了。然而相對(duì)于匯編語言來說， 發(fā)效率高、便于移植等優(yōu)點(diǎn)，因此能勝任工程大的編程任務(wù)。所以本次設(shè)計(jì)采用 成軟件發(fā)開任務(wù)。集成開發(fā)環(huán)境為 用程序開發(fā) 使用的編程語言為 C++， 以及使用 Qt 完成 據(jù)官方描述， 其設(shè)計(jì) 理念 就是 通過 個(gè)應(yīng)用程序框架 使得 使開發(fā)人員能夠輕易地和快速地完成開發(fā)任務(wù) 。 行 ， 支持 第 11 頁 共 50 頁 S X。 跨不同嵌入式操作系統(tǒng)和桌面去部署我們的應(yīng)用程序，我們無須重新編寫源代碼，只需進(jìn)行一次應(yīng)用程序開發(fā)。 片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 焊接壓力控制系統(tǒng)的 單片機(jī) 軟件部分主要需要實(shí)現(xiàn)的功能如下 ： 焊接壓力的控制。其中包括 力的獲取、 焊接時(shí)間的控制。其中包括定時(shí)器的靈活運(yùn)用； 液晶顯示 。其中包括界面的設(shè)計(jì)和說明以及處理按鍵的輸入； 串口通訊 。其中包括通過串口上傳數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)； 單片機(jī)系統(tǒng)軟件框圖如圖 3 主程序串口通訊焊接壓力控制焊接時(shí)間控制液晶顯示圖 3片機(jī)系統(tǒng)軟件框圖 接壓力控制 焊接壓力控制的最終目的是 “穩(wěn)、準(zhǔn)、快”。 “穩(wěn)”指的是壓力控制系統(tǒng)要具有穩(wěn)定性，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)中最重要的問題，無所謂穩(wěn)定性就無所謂控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)在使用的過程中難免會(huì)收到干擾，撤除干擾后系統(tǒng)還能恢復(fù)原來的平衡狀態(tài)，就稱系統(tǒng)具有穩(wěn)定性。 “準(zhǔn)”指的是壓力控制系統(tǒng)要具有準(zhǔn)確性，即壓力的最終穩(wěn)態(tài)值應(yīng)該與期望值一致，若無法做到與期望值一致，則應(yīng)該讓穩(wěn)態(tài)誤差盡量的小。 “快”指的是壓力控制系統(tǒng)要具有快速性，即應(yīng)該盡快的把壓力的大小調(diào)節(jié)到期望的數(shù)值上，而且最大 震蕩幅度也要符合要求。 為了達(dá)到上述目的 ，正確 地選用控制器 和選擇使用開環(huán)還是閉環(huán)控制方式，成為了一個(gè)關(guān)鍵性的問題。 控制系統(tǒng)中的控制器，采用的基本控制規(guī)律不外乎比例、微分、積分等，或者是這三者的一些組合，如比例積分控制（ 比例微分積分控制（ 制等，以此來對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行有效的控制，現(xiàn)在這種條件技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，應(yīng)用范圍廣泛。 本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 節(jié)運(yùn)算，來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)壓力的控制。所謂 第 12 頁 共 50 頁 調(diào)節(jié)運(yùn)算是指根據(jù)目標(biāo)值與輸入值之間的偏差，對(duì)這個(gè)偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，運(yùn)算出來的結(jié)果用來控制執(zhí)行器。焊機(jī)壓力控制框圖如圖 3控制的具體過程為，首先獲取壓力值的大小，之后通過與給定值行進(jìn)做差運(yùn)算后得到壓力的誤差值，經(jīng)過 算后得到控制量，單片機(jī)將控制量通過 換然后控制電磁鐵，構(gòu)成了一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。 換P I D 運(yùn)算壓力給定值+ 機(jī)壓力控制框圖 不同于開環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)偏差來實(shí)施控制的，不管是什么原因使被控量與期望 值產(chǎn)生誤差，為了使被控量與期望值保持一致，調(diào)節(jié)器必定會(huì)執(zhí)行一個(gè)相應(yīng)的動(dòng)作去消除或者減小這個(gè)誤差?？梢哉f，反饋控制系統(tǒng)能夠抵制任何擾動(dòng)對(duì)被控量的干擾，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，而且還具有較高的控制精度。 所以主程序應(yīng)體現(xiàn)閉環(huán)控制的特點(diǎn) ，主程序流程圖如圖 3 開始初始化定時(shí)器初始化串口初始化液晶獲取當(dāng)前壓力值P 算 輸出控制信號(hào)更新液晶屏上傳界面數(shù)據(jù)接收串口消息圖 3程序流程圖 第 13 頁 共 50 頁 先計(jì)算出目標(biāo)值與當(dāng)前的壓力的差值稱之為誤差 ；將這個(gè)誤差與誤差和進(jìn)行加法運(yùn)算 ， 此時(shí)應(yīng)該注意的是 誤差和的數(shù)據(jù)范圍，若超出誤差和的數(shù)據(jù)范圍，應(yīng)當(dāng)采取措施避免數(shù)據(jù)溢出導(dǎo)致計(jì)算出錯(cuò)；令前一次的誤差（ 2]）等于上一次的誤差（ 1]），令上一次的誤差等于當(dāng)前誤差，然后計(jì)算出微分誤差（ 根據(jù)比例調(diào)節(jié)系數(shù)（ 當(dāng)前誤差可以計(jì)算出比例控制的控制量，根據(jù)積分調(diào)節(jié)系數(shù)（ 誤差和可以計(jì)算出積分控制的控制量，根據(jù)微分調(diào)節(jié)系數(shù)（ 微分誤差可以計(jì)算出微分控制的控制量，最后把這三相的數(shù)據(jù)相加就能獲得 制的控制量。 開始計(jì)算得到誤差的值e r r o D 誤差和 + = e r r o r e v E r r o r = la s t E r r o 力值的獲取 欲獲取壓力的大小 ，則 需要讀取 款 A/于壓力傳感器一般是線性的，所以可以使用多組轉(zhuǎn)換結(jié)果和實(shí)際物體的重量，來計(jì)算出A/ 例：假設(shè)砝碼 1 的質(zhì)量為 砝碼 2 的質(zhì)量為 將砝碼 1和砝碼 2分別放置到壓力傳感器上，獲取得到的 A\及當(dāng)傳感器上沒有物體時(shí)，此時(shí)獲得的 A\當(dāng)一個(gè)物體放置到壓力 傳感器 上時(shí) ， A\求該物體的質(zhì)量 解：如圖 3，假設(shè)斜率為 K，使用逐差法得 第 14 頁 共 50 頁 圖 3換結(jié)果與質(zhì)量關(guān)系圖 K = ( ??1?0??1???0+??2???1??2???1 ) 2? 所以被測物體的質(zhì)量 (v3??? 在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該注意的是轉(zhuǎn)換結(jié)果是一個(gè) 24 位的有符號(hào)數(shù)，所以需要使用一個(gè) 4 字節(jié)即 32 位的長整型去存儲(chǔ)。為了保留轉(zhuǎn)換結(jié)果的符號(hào)，方便單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，可以先使用一個(gè)無符號(hào)長整型去保存轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后將結(jié)果左移 8位后賦予一個(gè)有符號(hào)的長整型，然后將這個(gè)有符號(hào)的除以 256即可。 單片機(jī)與 換芯片 間的通信是通過 線協(xié)議 。本次設(shè)計(jì)只使用了 A 轉(zhuǎn)換功能 ， 所以只用到 線協(xié)議中發(fā)送部分 。 單片機(jī) （主機(jī)） 給 機(jī)） 發(fā)送字節(jié)的一般步驟為 ：單片機(jī) 產(chǎn)生 發(fā)送 器件地址字節(jié)；校驗(yàn)應(yīng)答；發(fā)送 驗(yàn)應(yīng)答；發(fā)送需要轉(zhuǎn)換的數(shù)值；主機(jī)產(chǎn)生停止 號(hào)，并釋放總線。 器件地址字節(jié)的高 4位（第 4固定為 1001B；其最低位（第 0 位）如果是1的話表示讀操作，如果是 0的話表示寫操作；第 3器件地址位 由原理圖可知 地址為 000B。地址字節(jié)如圖 3示。所以可以得出使用 能需要發(fā)送的地址字節(jié)為 10010000B（ 0 圖 3節(jié) 控制字節(jié)的第 7 位和第 3 位固定為 0；其第 6 位如果為 1 表示啟用模擬量輸出，如果為 0 則禁止模擬量輸出；其第 5表示模擬量輸入方式的選擇 ， 00 表示 4 通道單獨(dú)輸入， 01表示 3通道差分輸入， 10表示 2個(gè)單獨(dú)輸入和 1個(gè)差分輸入， 11表質(zhì)量 轉(zhuǎn)換結(jié)果 v0 v1 v2 g1 第 15 頁 共 50 頁 示 2 個(gè)差分輸入；第 2 位表示自動(dòng)遞增，如果為 1 則自動(dòng)遞增 A/D 通道號(hào) ； 第 1\D 輸入的通道號(hào) 。 如圖 3示 。所以可以得出使用 能需要發(fā)送的控制字節(jié)命令可以為 01000000B（ 0 圖 3由硬件原理圖可知參考電壓 V，模擬地 V， 所以可以得出輸出電壓 ?????????? = 5256∑???? ×2??7??=接時(shí)間控制 焊接的時(shí)間控制使用的是 52 單片機(jī)的定時(shí)器 2，該定時(shí)器可配置為 3 種工作模式，即 16位自動(dòng)重裝載定時(shí)器模式、 16位捕獲模式、串口接收或者發(fā)送的波特率發(fā)生器。定時(shí)器 2的控制寄存器 表 3定時(shí)器 2的控制寄存器 7 5 3 1 。在定時(shí)器 2 溢出的時(shí)候會(huì)被硬件置 1。特別的當(dāng)定時(shí)器 2 用 第 16 頁 共 50 頁 作波特率發(fā)生器時(shí)，該位不會(huì)置 1。在溢出時(shí)，必須軟件將 。 外部捕獲標(biāo)志位。當(dāng)使用捕獲模式時(shí)，外部信號(hào)輸入引腳（ 一個(gè)下降沿，則會(huì)將 ，并進(jìn)入中斷服務(wù)程序。 當(dāng) 時(shí)，定時(shí)器 2的溢出脈沖就做為串行口的接收時(shí)鐘。 當(dāng) 時(shí)，定時(shí)器 2的溢出脈沖就作為串行口的發(fā)送時(shí)鐘。 的啟動(dòng)位。當(dāng) 時(shí)，定時(shí)器 2開始工作。 C/數(shù) /定時(shí)器模式選擇位。 捕獲 /重裝選擇位。當(dāng) 1 時(shí)，選擇定時(shí)器 2 為捕獲模式。當(dāng)時(shí)，定時(shí)器 2為自動(dòng)重裝載模式。 應(yīng)當(dāng)注意的是 存器的地址為 0要檢查 個(gè)頭文件中是否添加了 如果沒有定義的話 ， 可以 在 2 0即可。 本次設(shè)計(jì) 需要將定時(shí)器 2 作為一個(gè) 16 位的自動(dòng)從裝載定時(shí)器來使用 ，所以可以將 置為 0此時(shí) 只需要在初始化的時(shí)候賦予 時(shí)器初始值，當(dāng)定時(shí)器溢出就會(huì)自動(dòng)使 用方便且誤差小。 由于采用的晶振的頻率為 要定時(shí)的時(shí)間為 1 毫秒，配置定時(shí)器為自動(dòng)從裝載向上計(jì)數(shù)模式，則計(jì)算可得需要計(jì)數(shù) ，所以得出定時(shí)器初始值為655364614，即 0若設(shè)定的焊接時(shí)間大于 0，則在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中會(huì)將設(shè)定的焊接時(shí)間減 1。若焊接時(shí)間等于 0，則停止當(dāng)前的控制任務(wù)。 晶顯示 2個(gè)字符，分為兩行每行可以顯示 16個(gè)字符，其界面設(shè)計(jì)如圖 3 L E D 16022 4 0 . 5 g 1 0 . 0 s 1 8 82 4 0 . 0 g 3 0 . 0 s A U 第 17 頁 共 50 頁 第一行的“ 表示當(dāng)前焊接壓力的大小為 第一行的 “ 示當(dāng)前剩余的焊接時(shí)間為 第一行的 “ 188”表示當(dāng)前 88。 第二行的 “ 示設(shè)定的焊接壓力大小為 第二行的 “ 示設(shè)定的焊接時(shí)間為 第二行的 “ 示為自動(dòng)調(diào)節(jié)模式。 有些數(shù)字下面有下劃線 ， 表示的是該位可以更改 。 例如 ， 當(dāng)光標(biāo)位于第二行“ 數(shù)字 2 下面時(shí)也就是“ 如果按下按鍵“上”，則數(shù)字 “ 會(huì)變成“ 也就是說把焊接壓力更改為了 果此時(shí)按下按鍵“右”，則光標(biāo)會(huì)移動(dòng)到右邊的一個(gè)數(shù)字 4下面。同理按鍵“下”和按鍵“左”。 如果光標(biāo)位于第二行 “ 個(gè)位置的時(shí)候，按下按鍵“上”或者“下”，則可以將自動(dòng)模式修改為手動(dòng)模式，這個(gè)時(shí)候?qū)@示“ 可以按下按鍵“右”定位光標(biāo)到第一 行最后一個(gè)數(shù)字處，更改 到手動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。 如果同時(shí)按下按鍵 “ 左 ” 和按鍵 “ 右 ”， 則把設(shè)定的焊接時(shí)間和焊接壓力設(shè)置到相應(yīng)的控制參數(shù) ， 即執(zhí)行 了 一次調(diào)節(jié)任務(wù) 。 口通訊 口的使用方法與傳統(tǒng)的 51 單片機(jī)幾乎完全一樣，不同的是 52 單片機(jī)可以使用定時(shí)器 1和定時(shí)器 2作為波特率發(fā)生器。 本設(shè)計(jì)采用 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位起始位， 1 位停止位的通信格式，波特率選用19200以將串行口配置為方式 1即 10 位異步收發(fā)器（ 8位數(shù)據(jù)）模式。方式 1波特率的計(jì)算公式如下： 波特率 = (2???????? 32? )×(??1 溢出率 ) 所以計(jì)算出 ， 出率為 307200 次每秒。那么 出一次就是需要1/307200 秒，因?yàn)槎〞r(shí)器 1 計(jì)數(shù)一次需要的時(shí)間為 12/11059200 秒 ，所以定時(shí)