基于STC89C52单片机的点焊机控制系统的软件设计Word文件下载.docx
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一、选题的意义和研究现状
1.选题的理论意义、学术价值或实践价值
焊接是现代制造业中最重要的工艺之一,它在很多的行业中的应用越来越广泛从机械制造、核工业、航空航天、汽车、造建筑,到电子工业、家用电器等领域,都有广泛的应用。
同时对它的经济性、质量与可靠性的要求也越来越高,他已经从单一的加工工艺发展为新兴的综合性的先进工艺技术,涉及到材料、结构设计、工艺方法、设备及工装、下料、成型、焊前及焊后处理、生产过程的自动化和机械化、质量控制、失效分析、卫生与安全及环境保护等众多领域。
随着科学技术的发展,焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段发展成为制造行业中一项基础工艺和生产尺寸精确的制成品的生产手段。
传统的手工焊接已不能满足现代高科技产品制造的质量、数量要求。
因此,保证焊接产品质量的稳定性提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺亟待解决的问题。
点焊机是汽车零部件与车身制造中的一个关键环节,起着承上启下的特殊作用,同时,汽车产品的车型众多、成形结构复杂、零部件生产专业化、标准化以及汽车制造在质量、效率和成本等方面的综合要求,都决定了汽车点焊机加工是一个多学科、跨领域和技术集成性强的生产过程。
在目前汽车零部件及白车身的制造中,主要的点焊机方法有电阻点焊、CO2气体保护焊和激光焊,另外也有采用氩弧焊、电子束焊等。
2、与选题相关的研究现状及发展趋势
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。
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。
单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。
3、点焊机技术的特点
点焊机是汽车制造过程中一项重要的环节。
汽车的白车身、发动机和变速箱等都离不开点焊机技术的应用。
在以“钢结构”为主的汽车车身的点焊机加工中,汽车点焊机又有不同于其他产品点焊机的要求:
1.对点焊机件的尺寸精度要求高
为了保证产品的装配精度和尺寸稳定性,要求尽可能减少薄板件在焊前的精度偏差和焊后的热应力与变形。
2.对焊缝接头的性能要求高
点焊机接头不仅要满足静态和动态的力学性能指标,而且有苛刻的低周疲劳性能要求。
3.对批量点焊机生产品质高且一致性好的要求
4.对点焊机生产过程高节拍、高效率的要求
5.对“零缺陷”的质量控制与保证,提出了自动化点焊机过程的监测与信息化管理的要求
近几年来,汽车工业在点焊机新技术的应用及推广方面起了积极的推动作用。
针对汽车产品“更轻、更安全、性能更好且成本更低”的发展目标,当前的汽车点焊机技术正在传统的材料连接概念与方法的基础上迅速地延伸和拓展,并向先进的“精量化点焊机制造”的方向发展。
4.主要参考文献
[1]中国机械网.中国焊接行业的发展现状及未来展望[OL],2005.10
清华大学出版社,2005.10
二、研究方案
1、研究的思路与方法
本设计采取ADC0832数据采样和单片机组成,总体设计框架如图1所示。
图1系统设计框图
在该系统中,STC89C52单片机通过ADC0832采样监控电路电流、电压进行检测。
芯片能自动采集这些参数,并将其在单片机中进行比较,当电流超出范围时,进入停机检测;
当电流正常时,系统自动调整输出PWM占空比,维持电流在合适范围。
单片机则实现从ADC0832中电压参数并进行处理,最后把处理结果通过调整PWM占空比表现出来,由于大量的数据处理工作由单片机的软件完成,因而降低了系统硬件的复杂程度。
2.研究的基本内容(大纲)
本课题以点焊机为研究对象,以STC89C52单片机的点焊机为控制器,结合ADC0832模数转换芯片设计了一款新型的点焊机系统软件。
该系统软件功能:
能够提前判断焊接前焊件是否被压紧,控制焊接时的电流范围使之不会由于电网波动而变化以至于影响焊接质量,并能在一次焊接结束时再次检查件,判断是否有虚焊并做出相应的反应。
在熟悉模数转换芯片ADC0832的基本原理和51单片机的基础上,绘制系统总体设计框图、系统软件流程设计图,并独立完成该系统所有软件设计,包括:
主程序设计、单片机与ADC0832模数转换程序设计、ADC0832模数检测电流、电压转换程序设计及中断子程序设计、停机程序等。
论文的主要工作包括以下几个方面:
(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]
系统主程序设计:
主程序主要完成系统的初始化、初始化数值定时器和ADC0832数据采集、中断程序、主程序的设计。
主程序通过定时中断的方式输出PWM,中断响应结束后处理数据,并进行数据比较处理,一旦数据范围超出后,系统立即进入停机状态。
主程序流程图如图2所示。
图2主程序流程图
电压采集程序设计:
要获得主回路的电流,只需要由单片机对ADC0832发出采集电压的控制命令,然后等待其采集完毕并自动将电压测量值存入相对应的寄存器后,再由单片机读取寄存器的内容即可。
定时器中断程序设计:
定时器到时间后进入中断子程序,调整PWM输出占空比,并输出,程序流程如图3所示。
图3中断程序流程图
三、毕业论文(设计)主要阶段、进度及完成时间:
1已完成的工作:
第1周确定毕业设计题目。
第2周下达任务书,查阅,收集相关文献资料。
第3~4周撰写并上交开题报告。
2待完成的工作安排:
第5~6周进行系统要求(硬/软件)需求分析和方案论证。
第7~8周进行总体设计和细化分析设计。
第9~10周进行程序设计并调试。
第11~12周进行系统测试;
拟订毕业论文的初稿。
第13周系统验收,毕业论文定稿,准备论文答辩。
学生签名:
年月日
指导教师意见:
该生能根据点焊机控制要求,查阅相关技术资料,理论联系实际,编制了点焊机控制程序流程图,方案可行。
开题报告表述清楚,图文规范,达到了毕业设计对开题报告的要求,同意开题,并转入下一阶段的毕业设计工作。
指导教师签名:
日期:
2012年3月10日
2012届本科生毕业论文存档编号
湖北文理学院
毕业论文(设计)
论文题目:
DesignTopicBasedonSTC89C52SCMSpotWeldingControlSystemSoftwareDesign
系院:
物理与电子工程学院
专业:
自动化
班级:
0812
学生:
许定哲
指导老师:
崔德斌
2012年5月25日
摘要:
本论文在分析传统点焊机的基本原理和数控系统的原理上,针对目前的点焊机工作时可能出现的虚焊问题,设计了一种基于STC89C52单片机的点焊机软件控制系统,该软件控制系统能够判断焊接前焊件是否被压紧,控制焊接时的电流范围使之不会由于电网波动而变化以至于影响焊接质量,并能在一次焊接结束时再次检查焊件,判断是否有虚焊并做出相应的反应。
关键字:
点焊机STC89C52单片机ADC0832PWM
BasedonSTC89C52SCMSpotWeldingControlSystemSoftwareDesign
Abstract:
Againstweldproblemsthatmayariseinthespotweldingmachine,thispaperdesignedaspotweldingcontrolsystemproducedbySTC89C52singlechipmicrocomputer.Itcandeterminewhethertheweldingpiecesispressedpriortoweldingandstableweldingcurrentsoitdoesnotsuddenlylargeorsmallwhichmaycausedbypowerfluctuationsandfinallyimpactsonthequalityofwelding,andcheckagainwhethertheweldingpiecesaretrulyweldedandreactaccordinglyintheendofawelding.
Keywords:
spotweldingmachine;
STC89C52singlechipmicrocomputer;
ADC0832;
PWM
目录
1.绪论1
1.1课题研究背景1
1.2点焊机的发展现状1
1.3课题研究内容2
2点焊机的整体结构4
2.1点焊机的工作原理4
2.2STC89C52单片机的应用5
2.3单片机控制器的工作原理5
2.4脉冲宽度调制控制技术6
3点焊机主回路的硬件电路图7
3.1点焊机主回路7
3.2单片机电路9
3.3ADC8032电路10
4点焊机控制系统的软件设计11
4.1点焊机的软件控制系统方案选择11
4.2系统软件程序控制功能12
4.3ADC数模转换12
4.3.1模数转换的概念12
4.3.2模数转换的过程12
4.3.3ADC0832转换13
5单片机软件程序系统设计14
5.1软件系统程序设计思路14
5.2程序主流程图15
5.3各个模块的具体说明16
5.3.1主程序设计16
5.3.2ADC0832转换程序17
5.3.3定时器中断程序20
6总结22
[参考文献]23
附录24
致谢29
1.绪论
1.1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。
1.2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。
[12]
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。
1.3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ADC0832、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。
2点焊机的整体结构
2.1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
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