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電阻焊是一種將電網的能量經轉換后直接對工件進行熔合的高自動化程度的焊接方法。它廣泛地應用于汽車、航空及航天等行業。隨著電阻焊應用領域的不斷擴展及深入，對焊接質量也提出了越來越高的要求。 要對焊接質量進行精確控制的關鍵是焊接電流及其狀態電流參數的在線檢測。目前國內外測量電阻焊焊接電流有效值的方法有兩大類，即模擬法和數字法。其中數字法中的逐點積分法檢測精度高，得到了廣泛的應用。該方法會占用大量的CPU時間，隨著計算機技術的發展，各種高速高性能處理芯片不斷出現，因此本文設計了基于DSP的電流檢測系統，它可以實現電流的快速準確檢測。 1 系統硬件設計 電流檢測系統硬件結構如圖1，本系統中采用了美國德州儀器公司(TI)的TMS320LF2812DSP 作為主控芯片，該處理器是目前國際上最先進、功能最強大的32位定點DSP芯片之一，它既具有數字信號的處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制能力。 檢測系統硬件由傳感器模塊、信號調理電路、A/D轉換電路、DSP模塊、鍵盤/LCD模塊組成。系統的信號處理電路包含兩個模塊。模塊1先對傳感信號進行積分、信號調理后，通過微分和過零比較電路，用于電流信號的檢測；模塊2將傳感器送來的信號進行積分、信號調理后，送到12位A/D轉換器MAX191中，最后由DSP進行逐點積分檢測計算，獲得電流的有效值，因此模塊2的主要作用是檢測和處理電流數值，計算的結果送到LCD液晶顯示屏顯示。 在本系統中，A/D轉換器的轉換位數、分辨率、轉換速度對檢測系統的系統精度很重要。以往用單片機利用逐點積分法進行電阻焊焊接電流的檢測時，模數轉換大多采用8位數字輸出的ADC0809模數轉換器，它的分辨率僅為0.390 6%，轉換時間約為100 μs，A/D轉換誤差和漏采誤差都較大，造成測量精度低。為了節約轉換時間、提高檢測精度，擬采用12位逐次逼近式A/D轉換器MAX191，它的分辨率為0.024 4%，其轉換時間為7.5 μs，比ADC0809快大約13倍。用它進行模數轉換，可提高分辨率，減小A/D轉換誤差，同時可以通過增加A/D采樣次數來縮小采樣間隔，減少漏采誤差，可以保證高精度控制的要求。 系統采用霍爾傳感器進行電流檢測，霍爾傳感器可以檢測交直流電、電流瞬態峰值，可以隔離測量且可以應用在通信電源、電化學、電源電池監測、電焊機、電動機監測等場合[4-5]，具有良好的通用性。但由于霍爾元件為磁感應元件，容易受環境溫度影響，本系統通過在檢測電路中添加一個溫度傳感器(圖1)進行溫度補償，系統在檢測前進行標定，通過測量環境溫度，得到不同溫度下霍爾元件的溫度特性，則在檢測時，DSP就能夠根據不同的溫度進行軟件補償，從而提高檢測準確度。 2 系統軟件設計 2.1 電流檢測程序設計 由系統硬件設計可知，當檢測系統的信號處理線路檢測到有電流信號的時候，會向DSP的INT1發送一個觸發信號，使DSP產生中斷并調用中斷服務程序(如圖2)。中斷服務程序先使積分電路的13腳控制端為低電平，使積分線路進行積分；將用于數據處理的寄存器清零；然后對A/D轉換器進行數據采集；采集數據后進行溫度補償和電流值計算；再判斷檢測電流是否小于5H，如果小于，則認為電流此時為0，記錄去零電流值用于初值補償；如果不小于，則保存電流參數并繼續檢測。 由于焊機變壓器蓄能的影響，檢測電流值總表現為一定數字，因此在本系統中判斷實際電流為0是采用下限值的方式來進行。當電流采樣值小于某下限值時，程序認為實際電流為0，因此下限值的選擇顯得十分重要，下限值可以根據應用的實際情況，通過鍵盤進行設定。當電流檢測結束時，采集檢測數據作為檢測電路的去零電流值，系統再次檢測時，把傳感檢測數據減去零電流值就可以進行初值消除，提高了測量精度，由于系統采用了去零初值處理，下限值設置產生的誤差影響極小。 2.2 LCD顯示軟件設計 LCD顯示模塊主要用來顯示當前的測量結果或人機交互界面，采用金鵬電子有限公司生產的OCM128128-2圖形點陣液晶顯示模塊，共8頁(64行)128列，分左右兩屏，每屏各64列，LCD顯示模塊的流程見圖3，其中的幾個典型函數定義如下： void check_busy(void)； //判斷液晶忙否函數 void send_cmd(Uint16 cmd)； //向控制器寫指令 void send_dat(Uint16 dat)； //向控制器寫數據 void lcd_initial(void)； //初始化 void main_page(void)； //各頁面的界面 void Set_Page_Address(Uint16 dat)； //寫頁地址 void Set_Colume_Address(Uint16 dat)； //寫列地址 void Display_char(Uint16 page，Uint16 colume，const Uint16*zifu)； //顯示字符 void clear(void)； //清屏程序 2.3 按鍵設置軟件設計 裝置的按鍵設置程序軟件采用中斷和查詢相結合的方法，如果有按鍵按下，便會產生中斷信號，進入中斷程序，然后查詢是哪些按鍵按下，進入相應的功能程序。為使按鍵可靠工作，采用延時去“抖動”以防誤操作。按鍵設置的流程圖如圖4所示，其中的延時、讀鍵、選擇和設置的子函數定義如下： void delaykey(uint t)； //專門為按鍵設置的延時函數 void rdkey(void)； //讀鍵子函數 void select(void)； //選擇子函數，用于參數顯示、翻頁設置 void set(void)； //按鍵設置子函數，控制參數類型以及下限設置 3 檢測系統試驗 測試在SK3－Ⅱ微電腦電阻焊機上采用飛焊的形式進行，參照檢測儀表為日本米亞基株式會社的MM－315A型焊接監測儀。表1為檢測試驗數據對照表。 由試驗結果分析可知，本電流系統試驗測得的焊接電流與用MM－315A型焊接監測儀測得的焊接電流相比較，其電流值最大相對誤差為0.67%。 本文電流檢測系統采用DSP進行數據采集、計算和顯示，它解決了以往電流檢測計算時間長的問題，它在檢測過程通過溫度傳感器進行溫度的軟件補償，并進行去零初值處理，使系統具有更高的檢測準確度。焊接電流的檢測試驗中，將本系統與日本米亞基株式會社的MM－315A型焊接監測儀進行對比測試，結果表明，兩種儀器的最大檢測誤差為0.67%。 |
