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首页基于μCOSⅢ的焊接参数智能检测与控制系统研究
该篇毕业论文深入探讨了基于μCOSⅢ系统在焊接参数检测与控制领域的研究。随着制造业向智能化转型的加速,焊接工业的发展趋势是智能化和自动化,其中焊接参数的精确控制对焊接质量的提升至关重要。论文作者首先梳理了前人关于焊接参数研究的成果,明确了当前焊接参数检测与控制所需解决的关键问题。 研究的核心内容围绕一个以STM32F407VET6微控制器为核心的下位机硬件平台展开。这个平台包含电源电路、气体流量检测电路、送丝速度检测电路、ESP-01S无线传输电路,以及电流与电压和气体流量的控制电路,以确保系统的实时性和可扩展性。μCOSIII实时操作系统被引入,使得程序设计更加模块化,提高了代码的可读性和维护性。 上位机部分,作者利用MATLAB的图形用户界面(GUI)进行编程,不仅实现了对下位机收集到的焊接参数的存储、可视化展示,还具备实时监控和信息处理功能。为了实现上位机和下位机之间的高效数据交换,论文采用了MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)协议,这是一种轻量级的发布/订阅机制,支持远程设备间的可靠通信。 整个系统的设计包括电路原理图和印制电路板(PCB)制作,经过实际焊接和组装,完成了下位机各模块的构建。论文通过一系列的测试验证,确认基于μCOSⅢ的焊接参数检测与控制系统达到了预期的效果,满足了对焊接参数控制和监测的需求。关键词如“焊接参数”、“MQTT”、“无线传输”以及“STM32微控制器”等,突出了论文的主要技术应用和研究焦点。这篇论文对于推动焊接工艺的智能化进程,提升焊接效率和产品质量具有实际价值。
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第 1 章 绪论
6
气体流量大小的功能。然后通过该系统把采集到的焊接参数传输给上位机进行
存储,显示以及处理和分析,因此在查阅大量文献资料后,提出基于
μCOSⅢ
系
统和
STM32
单片机下的焊接参数检测与控制。技术流程图如下所示。
送丝速度
焊接电流
焊接电压
气体流量
单片机
上位机
检测
控制
检测
数
据
传
输
检测
控制
检测
控制
图 1.2 技术流程图
根据流程图,所做工作和主要研究内容有以下几点:
(
1
)设计可以实时检测焊接电流、电压、送丝速度和保护气流量的方案,
论证方案的可行性。并且编写与调试焊接参数检测程序,达到对焊接参数的实
时采集。
(
2
)设计可以实时控制焊接电流、电压和保护气体流量的方案,并且验证
方案的可行性。然后编写与调试焊接参数控制程序,达到对焊接参数的实时控
制。
(
3
)选择适合的单片机型号,要求反应速度快,处理精度高,内存容量要
能运行
μCOSⅢ
系统。
(
4
)设计下位机和上位机,上位机和焊接机器人的通讯方式,通常可采用
无线通讯和有线通讯两种方式。
(
5
)设计实用并且功能强大的上位机界面,可以实时显示和实时控制焊接
参数,方便焊接工人察看和及时发现焊接中发生的问题。
(
6
)制作整个系统的原理图和
PCB
图并且制作成板,合理地选择和布置元
件,提高整个系统的抗干扰性和稳定性。
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第 2 章 系统整体方案设计
7
第2章 系统整体方案设计
2.1 系统需求分析
基于上文对焊接参数检测与控制的研究现状,按照项目课题的主要应用的
要求,实现焊接参数识别与调节自动化,能够改善焊接工人操作环境,拥有远
程操作的人机交互界面。方便焊接工厂测试和调试焊接设备,需要在系统下搭
建一个可视的人机交互界面。在焊接过程中能够自动根据多个焊接参数进行焊
接速度规划,焊接工人能够利用本系统减轻工作负担,提高焊接质量。结合实
际工作环境,总结如下:
(
1
)下位机系统需要能够实时采集送丝速度、焊接电压、焊接电流以及保
护气流量四个参数,并且把采集的焊接参数显示在
LCD
屏幕。
(
2
)下位机系统需要能够实时控制焊接电压、焊接电流以及保护气流量,
并且能够使用
LCD
屏幕直接调节。
(
3
)下位机系统需要能够远程接收和发送数据,并且保证数据传输稳定和
实时性能高。
(
4
)上位机系统需要能够远程接收和发送数据,有简单易懂且功能强大的
人机交互界面,能够存储数据,处理数据能力强大,且可扩展性强,方便后续
增加功能需求。
(
5
)上位机和下位机交互方式尽量简单,并且在焊接过程中会产生高电流
和强烈弧光,因此通信方式的抗干扰能力要强。
2.2 系统整体方案设计介绍
结合系统需求,整体系统方案可分为送丝速度检测设计、焊接电流与电压
检测和控制设计、焊接保护气流量检测和控制设计、上位机软件设计以及通讯
方式设计五部分,如图
2.1
所示。主控元件采用
STM32
芯片,对焊接参数进行
获取和处理,并且把焊接参数传输给上位机进行信息整合,同时接收上位机发
送过来的信号进行处理,然后达到控制焊接参数的效果。
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第 2 章 系统整体方案设计
8
系统总
体方案
送丝速度检测方案设计
焊接电压电流检测与控制方案设计
焊接气体流量检测与控制方案设计
上位机软件方案设计
通讯方式方案设计
图 2.1 系统总体方案设计图
2.2.1 送丝速度检测设计方案
方案一:采用光纤传感器获取送丝速度。送丝机上的直流电机中心轴连接
着一个主动轮,主动轮上连接着一个六角螺母,从动轮在主动轮上面并且固定
在挡板上。其中光发射器和光接收器都固定在吸铁石上,两者分布在六角螺母
两边且正对着。当六角螺母转动时,六角螺母的六个角刚好遮挡光源,转到六
个平面时光接收器能够接收光源,经过光检测器处理后可使其输出脉冲信号,
脉冲信号接入单片机,经过单片机处理在显示电路显示送丝速度。
方案二:采用采样电阻获取送丝速度。送丝机上的直流电机拥有
s
个换向片
和
p
对极,电刷变换换向器时会产生电流脉冲,其电流脉冲可用接在直流电机
回路上的采样电阻采集,经过放大电路和整形电路,输出数字信号接入单片机
上,单片机处理其信号可得脉冲频率为
f
,则根据公式
f=(c*p*s*n)/60
可得转速
n=(f*60)/(c*p*s)
;其中系数
c
由换向片数的奇偶所决定
,
当
s
为偶数时
, c=1;
为奇
数时
, c=2
;送丝轮的半径为
R
,因为送丝轮和从动轮的摩擦大,送丝速度近似等
于转速,则送丝速度
v=(n/60)*2πR
。
方案三:本方案采用电容传感器检测送丝速度,送丝机上的直流电机中心
轴连接着一个主动轮,主动轮上连接着一个同轴的六角螺母,在电容传感器斜
着固定在木架上且能与六角螺母的一个面平行,电容传感器输出的信号接入单
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