基于单片机的自动化点焊控制系统 精品Word文档下载推荐.docx

基于单片机的自动化点焊控制系统 精品Word文档下载推荐.docx

《基于单片机的自动化点焊控制系统 精品Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的自动化点焊控制系统 精品Word文档下载推荐.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2.1.2.2MCU与电源………………………………………………………（3）

2.1.2.3MCU与晶振……………………………………………………（4）

2.1.2.4MCU与接近开关…………………………………………………（4）

2.1.2.5MCU与步进电机………………………………………………（5）

2.1.3反馈单元…………………………………………………………………（6）

2.1.4焊接单元…………………………………………………………………（6）

2.1.5按键控制单元……………………………………………………………（7）

2.1.6液晶显示单元……………………………………………………………（8）

2.2界面设计与实现…………………………………………………………………（9）

2.2.1按键分布与功能说明……………………………………………………（9）

2.2.1.1按键分布图……………………………………………………（9）

2.2.1.1按键功能说明…………………………………………………（9）

2.2.2界面显示与按键操作……………………………………………………（9）

2.2.2.1界面关系图……………………………………………………（9）

2.2.2.2主界面………………………………………………………（10）

2.2.2.3采点时的选点界面…………………………………………（11）

2.2.2.4采点显示界面………………………………………………（11）

2.2.2.5设置时的选择界面…………………………………………（12）

2.2.2.6焊点选择界面………………………………………………（12）

2.2.2.7焊点参数设置界面…………………………………………（13）

2.2.2.8汽缸选择界面………………………………………………（13）

2.2.2.9汽缸参数设置界面……………………………………………（14）

2.2.2.10操作界面……………………………………………………（15）

2.2.2.11复位界面……………………………………………………（15）

2.3软件设计及实现…………………………………………………………………（16）

2.3.1软件功能…………………………………………………………………（16）

2.3.2重要程序设计举例………………………………………………………（16）

2.3.2.1按键程序设计………………………………………………（16）

2.3.2.2液晶显示程序设计…………………………………………（16）

2.3.2.3电机和汽缸运的程序设计…………………………………（18）

2.3.3软件程序流程图设计……………………………………………………（19）

3设计总结………………………………………………………………………………（19）

3.1设计成果…………………………………………………………………………（19）

3.2设计中的不足以及改进方向……………………………………………………（19）

参考文献…………………………………………………………………………………（20）

附录A………………………………………………………………………………………（21）

附录B……………………………………………………………………………………（23）

附录C……………………………………………………………………………………（26）

在科学技术飞速发展的今天,自动化控制领域已受到国内外越来越多人的关注。

自动化技术的发展，特别是计算机的诞生，推动了现代机器人的发展。

目前，机器人已在工业领域得到了广泛的应用，尤其在焊接业。

焊接已经从一种传统的热加工工艺发展到了集结构、力学、电子等多门类科学为一体的综合工程学科。

焊接产业急需提高自动化程度，满足高效率化的要求。

因此，国内外在自动化焊接领域作了大量研究，取得了许多成果。

随着焊接在生产建设中广泛的应用，点焊在汽车制造业中发挥着重要作用。

在没有完全实现机器人自动化焊接时，需要大量的人工焊接。

由于人工操作的随机性，漏点、漏焊现象时有发生。

要解决这一问题，需要增加大量的品质人员对点焊的操作进行检查和巡查。

为了改变这一现状，根据焊接设备的发展方向，现已有一种可以提高生产过程中焊接质量与效率的方法-------用单片机实现焊接控制自动化。

在各种焊接设备所采用的微机控制系统中，单片机是以工业控制为目而设计的，它将计算机的一些功能集成在一块芯片上，体积小且价格便宜，其运算和逻辑功能，可以有效地满足各种复杂生产过程的控制要求，同时，它的高速度足以对各种控制模式作出实时响应，并赋于它与许多控制回路进行信息交换和进行控制调整的功能，其性能已远远超过以分立元件为主的控制电路。

特别是单片机通过修改软件，可使设备快速、方便地获得新的功能，所以单片机用在焊机上的性能价格比较高，为设备本身自动化和生产过程自动化，提供了性能优良的控制装置。

在此方案中，主要采用单片机技术、液晶显示技术、脉宽调制技术等,完成了焊接操作机的数字控制。

焊接操作机所有动作控制全部采用固态继电器,用单片机控制,焊接速度采用单片机进行脉宽控制,真正实现位置控制,具有控制精度高,稳定。

并可以数值设置及实时显示:

焊接速度、行走距离、横梁上升时间、横梁后退距离等参数。

该装置中单片机控制点焊过程，键盘控制输入参数，LED动态显示。

采用该控制器可改善焊接循环，提高焊接电流和焊接时间的控制精度，工作性能稳定，程序编制灵活，试验表明，其性能稳定可靠，并具备进一步扩展，开发的能力.

1设计要求

1.1技术概要

在此方案中[1]，主要采用单片机技术、液晶显示技术、脉宽调制技术等,完成了焊接操作机的数字控制。

采用位置传感器，构成闭环系统，实现焊点的精确定位。

1.2系统功能

在系统运作过程中主要实现如下功能：

1.2.1电动机的采点作用。

电动机在设置参数之前可自动对欲焊接点进行系统坐标定位。

1.2.2数值设置及液晶显示作用。

通过按键设备及显示设备可实现参数的设置及显示。

主要设置如下参数：

目标焊点位置、预热时间及出锡时间。

并且可通过MCU来对所设参数进行存储（至少可存储10个点）。

且程序启动后可任意调用某个点的参数。

1.2.3接近开关的检测作用。

当检测到有被焊对象进入预定位置后，整个装置即启动。

1.2.4电动机的自动焊接作用

1）电动机动作及反馈作用：

与机器人手臂相连的烙铁在X、Y轴方向两个电动机的共同作用下，到达以前预设的坐标点时停住（停留时间可调）。

由于系统为闭环系统，故烙铁到达坐标点后，由位置传感器检测烙铁是否到达目标点。

若到达，则开始焊接动作；

若未到达，则通过程序进行细调。

当位置传感器检测到烙铁已到达目标点时，则细调停止，开始焊接动作。

2）焊接动作：

当电动机带动烙铁到达目标点停住后，Z轴方向的汽缸将向下移,使烙铁接触欲焊点。

系统将根据设置的时间完成预热及另外的汽缸控制的出锡动作。

3）第二点的焊接同第一点，依此类推。

4）焊接完成后，汽缸动作，释放被焊对象，等待下一个被焊对象的到来，进入下一个焊接循环。

2设计原理

焊接操作机中，烙铁的上下移动由汽缸控制，机器人手臂的平面运动由X/Y轴两路步进电机控制，焊接速度采用单片机脉宽控制，位置显示采用位移传感器控制。

其中，单片机控制焊接过程，键盘控制输入参数，LCD动态显示操作当前状态。

平面运动控制系统由三部分构成：

单片机、驱动器、步进电机。

单片机用于将运动指令下达给驱动器，同时检测和显示运动状态，运动控制器根据主机的运动命令对各轴电机驱动系统发出脉冲/方向命令，并对I/O口和其他信号进行管理。

驱动器的作用是根据控制器发来的脉冲/方向指令控制电机线圈的电流以及相应的电磁场和电磁力矩，从而使得电机转轴执行与脉冲/方向指令相对应的转动，步进电机配步进驱动器。

执行电机在驱动器的推动下，通过转轴的旋转来控制机械装置（运动轴）的位置和速度。

2.1硬件设计及实现

2.1.1结构框图

硬件系统主要由中央处理单元、反馈单元、焊接单元、按键控制单元、LCD显示单元五个部分组成。

如下面模拟框图所示[2]:

2.1.2中央处理单元

由单片机（MCU）、步进电机驱动器、步进电机组成。

2.1.2.1MCU的管脚图[3]:

主控制器采用摩托罗拉半导体公司的M68HC908LJ12单片机芯片。

它具有低成本、高性能的特点，采用增强的M68HC08中央处理器，配有FLASH闪存模块。

且具有灵活的定时器功能及A/D转换功能，同时含有OSD模块及键盘中断KBI模块，可自行驱动LCD。

它采用5V电压供电，本系统中采用LM7805把24V直流电压转化为5V直流电压，而24V直流电压可以从开关电源处取得。

2.1.2.2MCU与电源

1）MCU与电源的连接框图

2）LM7805说明[4]

LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。

带散热片时能持续提供1A的电流。

在本系统中，24V电源可从开关电源处获得，经转换后得到的5V电压直接给单片机供电。

2.1.2.3MCU与晶振

1）MCU与晶振的连接框图

2）晶振的使用说明[5]

MCU内部有一个高增益的反相器，用于构成振荡器，引脚OSC1和OSC2分别是此放大器的输入端和输出端。

在引脚OSC1和OSC2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，就构成了稳定的自激振荡器。

其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器，如上图所示。

外接晶振时，电容C1、C2值通常选择为25pF左右，晶振选为9.8304MHz。

为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠地工作，谐振器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。

2.1.2.4MCU与接近开关

1）MCU与接近开关的连接框图

2）接近开关说明[6]

接近开关可以检测传送带上的物件是否到达焊接系统所在的位置，到达时会给MCU一个反馈信号，此时可以启动系统。

2.1.2.5MCU与步进电机

1）MCU与步进电机的连接图

2）步进驱动器AKS230说明[7]：

步进驱动器是步进系统中核心组件之一。

本系统采用两相混合式步进电机，使用简单，成本低，可靠性高，它按照控制器发来的脉冲/方向指令（弱电信号）对电机线圈电流（强电）进行控制，使其绕组按一定的时序正反转，从而控制电机转轴的位置和速度。

两相步进电机绕组的通电方向顺序按照ACBDCADB四个状态周而复始进行变化，每变化一次，电机运转一步。

该驱动芯片采用美国高性能专用微步距电