基于stc89c52单片机的点焊机控制系统的软件设计(编辑修改稿)

基于stc89c52单片机的点焊机控制系统的软件设计(编辑修改稿)内容摘要：

...................................................... 14 ADC0832 转换程序 ............................................................................ 16 定时器中断程序 ................................................................................ 19 6 总 结 ....................................................................................................................... 20 [参考文献 ].................................................................................................................. 21 附 录 .......................................................................................................................... 22 致 谢 .......................................................................................................................... 27 课题研究背景 目前，多功能焊机的控制电路通常采用已集成电路为主的模拟控制技术，控制元件多、电路复杂、安装困难 、功能开发受到限制。 而采用单片机控制的电路可以解决传统电子电路存在的不足，其主要控制电路由数字技术直接代替了传统的模拟技术，其焊接方法选择、参数的设定和显示、焊接参数反馈采样、恒电流恒电压 PID 控制、串行通信、晶闸管触发脉冲的发生等都通过单片机来实现。 数字化点焊机功能强、控制灵活，可实现一机多能，精度高且控制准确，可采样、分析和处理电流和电压的瞬时信号，与传统的模拟控制焊机相比具有很大优势。 [18] 日本、德国、芬兰和美国等国对焊接控制技术的研究已经比较成熟，很多公司已经具备了数字化 点 焊机和智能化焊接系统 的研究开发和批量生产的能力。 我国焊接科技和生产技术水平虽然有很大的发展 ，但从整体生产水平来看，与发达国家相比还还存在很大差距，尤其在高新技术的应用上差距更大，焊接设备的自动、半自动化、数字化、智能化和多功能化程度不太高 ， 而一般通用性焊机供过于求，因此迫切需要开发出高性能、多功能、数字化、智能化点焊机。 本课题通过 STC89C52 单片机以及模数转换芯片 ADC0832 的应用，实现了点焊机的数字化编程和控制，力求对点焊机焊接质量的提高，同时增加点焊机的功能，增强其实用性，使之更便于操作和控制，更加自动化。 点焊机的发展现状 点焊是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化固体金属，形成焊点的电阻焊方法。 点焊可分为单点焊及多点焊两种。 在多点焊时，需使用两对以上的电极，并且在同一工序内形成多个溶核。 点焊机系采用双面双点过流焊接的原理，工作时两个电极加压工件使两层金属在两电极的压力下形成一定的接触电阻，而焊接电流从一电极流经另一电极时在两接触电阻点形成瞬间的热熔接，且焊接电流瞬间从另一电极沿两工件流至此电极形成回路，不会伤及被焊工件的内部结构。 点焊机的操作性也一般较好，简单高效，因此已被应用到各 个领域，大到航空行业、汽车行业、工业焊接、军事工程焊接，小至电子行业、珠宝焊接、牙科焊接等等。 2 我国 点 焊机行业经过 40多年的发展壮大，目前已形成一批有一定规模的企业，其生产的产品主要包括：手工电弧焊机、电阻焊机、半自动弧焊机、特种焊机以及各类专用成套焊接设备和焊装生产线，可以基本满足国民经济的需求。 随着我国改革开放和企业与产品结构改革的不断深化，原有的 1500家 点 焊机专业和兼业制造厂、辅机具制造厂中，停产、半停产、转产以及资产重组的约占 50%；一批 点焊机 制造的新兴企业 “ 异军突起 ” ，部分合资和民营企业的业绩尤 为突出。 目 前， 点 焊机行业各类企业的总数仍保持在 900家左右，其中：原机械部定点企业 38家 (含骨干企业 2家，重点企业 6家 )，设有焊接设备专业的大专院校 35个，与焊接设备有关的各部委和地方所属设计研究院（所） 30余个，以及设有焊接专业的中等专业学校 10余个。 [12] 根据我国经济发展的总体趋势 ,今后几年内我国的年钢总产量及钢材进口量基本保持稳定 ,因而以钢产量来核算国内市场对 点焊机 产品的需求量不会有大的出入。 随着 市场对产品的需求将随着焊接技术、工艺的发展和生产的机械化、自动化水平的提高而变化，特别是各类产品的构成 比，如交流弧焊机的比重明显下降，自动、半自动焊机，特别是 CO2焊机，专用成套焊机的需求量有显著的增加。 点 焊机产品的进口量将持续增大，其进口总值仍占国内市场总额的 50%左右；国产 点 焊机的出口额历年来都不超过生产总值的 6%。 随着新产品开发能力和生产水平的提高，引进产品国产化和规模化的实现，特别是外资、合资企业的发展和民营企业的迅速崛起，不仅其出口量会有较大的增长，而且出口的地域也由目前的中东、南亚和非洲等发展中国家，扩大到美国、欧洲等工业发达国家。 课题研究内容 本课题主要是设计 点焊机 单片机软件控制系 统，以 点 焊机中电流为研究对象，以 STC89C52 单片机为核心，由 霍尔元件 ACS758 及 ADC0832 完成对电压、电流的 采样和 检测。 熟悉 STC89C52 单片机和 ADC083 PWM 基础上，绘制软件系统的整体框架、软件设计图以及所有的系统软件程序设计，包括：主程序设计、ADC0832 转换子程序、定时器中断子程序。 （ 1）详尽介绍了 点焊机 研究的国内外发展现状，明确论文的研究方向和设计思路。 （ 2）分析市场上各类点焊机的工作原理、特性以及设计方案，将点焊机优化 3 软件设计作为自己的研究方向，了解电流控制硬件、晶闸管的 控制电压的基本原理。 并且对电流控制方案进行比较、选择、优化。 理解控制器 STC89C52 单片机基本工作原理，进行熟练编程。 （ 3）根据实际情况给出系统整体设计方案。 并对系统的各个模块根据功能来进行划分设计，并且论述他们之间的关系，保证各个模块正常运行，根据实际的问题选择不同解决方法。 （ 4）系统整体设计方案原则，编写各个部分的软件程序，包括主程序设计、电压、电流检验 ADC0832 转换子程序设计、定时器中断子程序设计、电极接触检验程序。 [4] 4 2 点焊机的整体结构 点焊机的工作原理 点焊机系采用双 面双点过流焊接的原理，工作时两个电极加压工件使两层金属在两电极的压力下形成一定的接触电阻，而焊接电流从一电极流经另一电极时在两接触电阻点形成瞬间的热熔接，且焊接电流瞬间从另一电极沿两工件流至此电极形成回路，不伤及被焊工件的内部结构。 点焊的工艺过程为开通冷却水；将焊件表面清理干净，装配准确后，送入上、下电极之间，施加压力，使其接触良好；通电使两工件接触表面受热，局部熔化，形成熔核；断电后保持压力，使熔核在压力下冷却凝固形成焊点；去除压力，取出工件。 焊接电流、电极压力、通电时间及电极工作表面尺寸等点焊工艺参数对焊接质量有重大影响。 点焊机利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料，来达到使它们结合的目的。 点焊机 的结构十分简单，说白了就是一个大功率的变压器，将 220V 交流电变为低电压，大电流的电源 [13]，可以是直流的也可以是交流的。 点 焊变压器有自身的特点，就是具有电压急剧下降的特性。 点焊机 就是一个特殊的变压器。 所不同的是变压器接负载时电压下降小 ，点焊机 接负载时电压下降大 .这主在是通过调解磁通和串联电感的电感量来实现的普通 点焊机 的工作原理和变压器相似，是一个降压变压器。 在次级线圈的两 端是被焊接工件和焊条，引燃电弧，在电弧的高温中将工件的缝隙和焊条熔接。 点 焊变压器有自身的特点，就是具有电压急剧下降的特性。 在焊条引燃后电压下降；在焊条被粘连短路时 ， 电压也是急剧下降。 这种现象产生的原因，是电焊变压器的铁芯特性产生的。 点焊机 的工作电压的调节，除了一次的 220/380V 电压变换，二次线圈也有抽头变换电压，同时还有用铁芯来调节的，可调铁芯的进入多少，就分流磁路，进入越多，焊接电压越低。 虽然电路是闭合的，可正是因为电路是闭合的才使得在整个闭合电路和电流处处相等；但各处的电阻可是不一样的， 特别是在不固定接触处的电阻最大，这个电阻在物理中叫接触电阻。 根据电流的热效应定律 (也 5 叫焦尔定律 )， Q=I2RT 可知，电流相等，则电阻越大的部位发热越高，电焊在焊接时焊条的触头也被接的金属体的接触处的接触电阻最大，则在这个部位产生的电热自然也就最多，焊条又是熔点较低的合金，自然的容易熔化了，熔化后的合金焊条芯沾合在被焊物体上后经过冷却，就把焊接对象粘合在一块了 [5]。 STC89C52 单片机的应用 单 片 微 型 计 算 机 简 称 单 片 机 ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微 控 制 器（ Microcontroller Unit）， 常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。 由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生、爱好者，产品开发人员掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板，比较有名的例如电子人 DZR01A 单片机开发板。 单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。 最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 52 单片机是对目前所有兼容 Intel 8031 指令系统的单片机的统称。 该系列单片机的始祖是 Intel 的 8031 单片机，后来随着 Flash Rom技术的发展，8031 单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的 8 位单片机之一，其代表型号是 ATMEL 公司的 AT89 系列，它广泛应用于工业测控系统之中。 目前很多公司都有 52 系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。 52 单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。 需要注意的是 52 系列的单片机一般不具备自编程能力。 目前，国产宏晶 STC 单片 机以其低功耗、廉价、稳定性能，占据着国内51 单片机较大市场。 单片机控制器的工作原理 单片机控制点焊机，实际上控制的就是原边电流，通过采样、运算、反馈形成电流闭环控制，对原边电流进行更精确的控制，从而实现对副边工作电流的调整和控制。 单片机输出一系列方波，通过驱动电路控制晶闸管的通断，晶闸管串在原边电路中，它的通断就控制了原边电路的通断，从而调节了原边的电压和电流大小。 通过对单片机输出方波周期以及脉宽的调节，就可以实现对晶闸管的 6 通断时间的控制，从而控制了电路的通电时间以及电流的大小 [7]。 脉 冲宽度调制控制技术 PWM 脉宽调制（ Pulse Width Modulation, PWM）是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。 脉宽调制是一种应用比较普通的控制方式，脉宽调制是保持逆变器的工作频率不变，即载波频率不变，而通过改变 IGBT 的导通时间或截至时间来改变占空比的调制方式。 脉宽调制的原理，把一个正弦半波分为若干等份，然后把每一等份的正弦曲线和横轴ω t 所包围的面积计算出来，在这个正弦曲线图的下方，绘制一个相同的坐标，并在这个新坐标的图中，用一个与所计算的面积相等 的等高矩形脉冲替代那些计算过面积的每一等份，这个矩形脉冲的中点应该与正弦波上所对应的这一等份的中点重合。 由若干个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周等效。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 随着电子技术的发展，出现了多种 PWM 技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽 PWM 法、随机 PWM、 SPWM 法、线电压控制 PWM 等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽 PWM 法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为 PWM 波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。 可以通过调整 PWM 的周期、 PWM 的占空比而达到控制充电电流的目的 [15]。 7 3 点焊机主回路的硬件电路图 整个控制系统由 STC89C52和 ADC0832等主要芯片和霍尔传感器 ACS758组成，系统设计框架图如图 1 所示。