【文章內(nèi)容簡介】 ...................................................... 14 ADC0832 轉(zhuǎn)換程序 ............................................................................ 16 定時器中斷程序 ................................................................................ 19 6 總 結(jié) ....................................................................................................................... 20 [參考文獻 ].................................................................................................................. 21 附 錄 .......................................................................................................................... 22 致 謝 .......................................................................................................................... 27 課題研究背景 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] 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)的應用上差距更大，焊接設備的自動、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。 本課題通過 STC89C52 單片機以及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 的應用，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。 點焊機的發(fā)展現(xiàn)狀 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。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，因此已被應用到各 個領域，大到航空行業(yè)、汽車行業(yè)、工業(yè)焊接、軍事工程焊接，小至電子行業(yè)、珠寶焊接、牙科焊接等等。 2 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 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 )，設有焊接設備專業(yè)的大專院校 35個，與焊接設備有關(guān)的各部委和地方所屬設計研究院（所） 30余個，以及設有焊接專業(yè)的中等專業(yè)學校 10余個。 [12] 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。 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。 課題研究內(nèi)容 本課題主要是設計 點焊機 單片機軟件控制系 統(tǒng)，以 點 焊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 ADC083 PWM 基礎上，繪制軟件系統(tǒng)的整體框架、軟件設計圖以及所有的系統(tǒng)軟件程序設計，包括：主程序設計、ADC0832 轉(zhuǎn)換子程序、定時器中斷子程序。 （ 1）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計思路。 （ 2）分析市場上各類點焊機的工作原理、特性以及設計方案，將點焊機優(yōu)化 3 軟件設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。 （ 3）根據(jù)實際情況給出系統(tǒng)整體設計方案。并對系統(tǒng)的各個模塊根據(jù)功能來進行劃分設計，并且論述他們之間的關(guān)系，保證各個模塊正常運行，根據(jù)實際的問題選擇不同解決方法。 （ 4）系統(tǒng)整體設計方案原則，編寫各個部分的軟件程序，包括主程序設計、電壓、電流檢驗 ADC0832 轉(zhuǎn)換子程序設計、定時器中斷子程序設計、電極接觸檢驗程序。 [4] 4 2 點焊機的整體結(jié)構(gòu) 點焊機的工作原理 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)。 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?[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，就是具有電壓急劇下降的特性。 點焊機 就是一個特殊的變壓器。所不同的是變壓器接負載時電壓下降小 ，點焊機 接負載時電壓下降大 .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。 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。 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)電流的熱效應定律 (也 5 叫焦爾定律 )， 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]。 STC89C52 單片機的應用 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)控制領域。由于單片機在工業(yè)控制領域的廣泛應用，為使更多的業(yè)內(nèi)人士、學生、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 DZR01A 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。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 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，成為目前應用最廣泛的 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 單片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。需要注意的是 52 系列的單片機一般不具備自編程能力。 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。 單片機控制器的工作原理 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)，就可以實現(xiàn)對晶閘管的 6 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]。 脈 沖寬度調(diào)制控制技術(shù) 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，而通過改變 IGBT 的導通時間或截至時間來改變占空比的調(diào)制方式。 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ω t 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，并在這個新坐標的圖中，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該與正弦波上所對應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) 。 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 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]。 7 3 點焊機主回路的硬件電路圖 整個控制系統(tǒng)由 STC89C52和 ADC0832等主要芯片和霍爾傳感器 ACS758組成，系統(tǒng)設計框架圖如圖 1 所示。