CN100372195C - 通用端子压着机压力监控系统 - Google Patents

Abstract

一种通用端子压着机压力监控系统，包括它包括电荷信号转换电路、LCM显示键盘电路、主控电路，压力传感器将其受力产生的电荷输入电荷信号转换电路转换成电压信号送入主控电路，主控电路接收LCM显示键盘电路输出的相关控制信息并将有关的信息输出到LCM显示键盘电路显示出来；主控电路通过压力传感器对压接端子的受力信号进行采集，与标准受力信号进行对比分析从而判断端子压接是否合格，同时可以向显示键盘电路输出并显示出错信息。本发明与上位控制系统或其他电气控制系统适配，可构成全自动压着机或自动化程度更高的应用系统。

Description

通用端子压着机压力监控系统

技术领域

本发明涉及一种应用于电子线束加工领域的压力监控系统。

背景技术

目前国内电子线束加工领域中对于端子压接质量的判断仍停留在人工目视检测上。传统的人工目视检测效率底，正检率受人为因素影响大，而且目视无法检测出压接过程中端子与芯线的状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是上述现有技术存在的缺陷，为人们提供一种通用端子压着机压力监控系统。

它包括电荷信号转换电路、LCM显示键盘电路、主控电路，压力传感器将其受力产生的电荷输入电荷信号转换电路转换成电压信号送入主控电路，主控电路接收LCM显示键盘电路输出的相关控制信息并将有关的信息输出到LCM显示键盘电路显示出来；主控电路通过压力传感器对压接端子的受力信号进行采集，对采集的端子受力波形按压接过程的不同划分为T1、T2、T3区段，将累加采样数据组各区间段的数据与基准波形的相应区间段的数据累加和进行对比，由对比结果决定T1、T2、T3段正负误差标志位，再由T1、T2、T3段的正负误差标志位的组合判断端子压接是否合格，同时可以向显示键盘电路输出并显示如下出错信息：端子打压2次、断裂、芯线溢出、树脂一般咬入、严重树脂咬入、断线。

为了便于本发明与外设的上位控制系统和其他电气控制系统相接，以完善和扩展本发明功能和应用，本发明还包括I/O接口电路，该电路一方面与主控电路相接，另一方面用于将外设的上位控制系统和其他电气控制系统的控制信号送入主控电路。本发明的主控电路由单片机、复位配置、存储电路及通讯电路组成，单片机是本发明的核心，通过外部复位配置采用其内部的上电复位电路，在系统上电时进行复位初始化；存储电路将单片机中用户设定的参数，历史数据等进行备份，即使系统断电后重新上电，也能恢复断电前系统的使用状态。通信电路是单片机与上位控制系统或其他电气控制系统联系的桥梁，以串行数据的方式进行信息的交换。主控电路中的单片机接收LCM显示键盘电路输出的相关控制信息并将有关的信息输出到LCM显示键盘电路显示出来，并通过压力传感器对压接端子的受力信号进行采集，与标准受力信号进行对比分析从而判断端子压接是否合格，同时可以向显示键盘电路输出并显示出错信息。

本发明I/O接口电路中设置有多组光电隔离电路及一组继电器输出电路，由外设的上位控制系统或其他电气控制系统发出的指令控制信号通过光电隔离电路输入到单片机的I/O，单片机根据相应的指令执行相应的程序；单片机的输出信号经光电隔离电路输出到上位控制系统或其他电气控制系统

前述上位控制系统为线束加工专用数控系统，可以协调多个端子压着机监控系统工作，对其数据进行质量分析统计。由于不属于本发明的保护范围，在此就不再赘述。

本发明给出的技术方案能实时监控端子压接受力，并与标准受力信号进行对比分析从而判断端子压接是否合格，同时可以显示相应的出错信息并输出相应信号的功能。其软件采用：运行模式、示教模式、参数模式及旁通模式。

本发明的优点是：适合不同端子压接的要求；能够图形化显示端子压接的过程；提高了端子压接质量检测率，最大程度地削弱人为因素对正检率的影响。本系统的接口与上位控制系统适配，可构成全自动压着机或自动化程度更高的应用系统。

附图说明

图1为本发明系统构成图

图2为本发明单片机主控电路图

图3为本发明控制软件的模块图。

图4为本发明控制软件的主程序流程图。

图5、图6为本发明控制软件A/D数据采样模块的流程图。

图7、图8为本发明控制软件采样数据处理模块的流程图。

图9、图10为端子判断模块的流程图。

图11-1为参数键处理模块流程图。

图11-2为示教键处理模块流程图。

图11-3为旁通键处理模块流程图。

图12为运行键处理模块流程图。

图13为通讯发达模块流程图。

图14为通讯中断模块流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述。本实施例以端子压着机压力监控系统为例。

如图1所示，本发明本发明由电荷信号转换电路、LCM显示键盘电路、单片机主控电路及I/O接口电路构成。压力传感器将其受力产生的电荷输入电荷信号转换电路。单片机主控电路将电荷信号转换电路输出的电压信号采集进来，同时接收LCM显示键盘电路输出的相关控制信息并将有关的信息输出到LCM显示键盘电路显示出来，I/O接口电路实时地将上位控制系统的指令控制信号输入到单片机主控电路，并将其反馈信息实时地发送到上位控制系统。

I/O接口电路中设置有多组光电隔离电路及一组继电器输出电路。由上位控制系统发出的指令控制信号通过光电隔离电路电路输入到单片机的I/O，单片机根据相应的指令执行相应的程序。单片机的输出信号经光电隔离电路输出到上位控制系统或其他电气控制系统(如简单的电气控制柜，PLC等)。

如图2所示，单片机主控电路由单片机、复位配置、存储电路及通信电路等组成。

单片机：

单片机(IC1)选用C8051F020；8051通用内核。

复位配置：

单片机(IC1)内部有一电源监控器，第28引脚(MONEN)通过电阻(R22)上拉，使能电源监控器，电源监控器提供上电复位与掉电复位(VRST＝2.55V[Typ.])。同时将IC1第5引脚

通过电阻(R21)上拉。IC1第26、27引脚(XTAL1、XTAL2)分别接20MHz无源晶振(OSC)使用外部时钟信号，同时各接20pF电容(C14、C15)连通到地(GND)。

存储电路：

单片机(IC1)将第58、59、60引脚(P0.4、P0.3、P0.2)配置成一标准的SP1接口，并通过其与外部存储器FM25L256(IC6)交换数据。单片机(IC1)第33引脚(P1.3)作为外部存储器(IC6)的使能信号

外部存储器(IC6)的第3、7引脚(WP、

)分别通过电阻(R61、R62)上拉。

通信电路：

单片机(IC1)将第61、62引脚(P0.1、P0.0)配置成一标准的串行接口，并通过RS232驱动芯片SP3220ECA(IC3)与上位机通信。与上位控制系统接口的DB9(TM12)配置成标准的RS232接口。

A/D及电压基准：

单片机(IC1)内部提供一个12位A/D(ADCO)，作为ADCO电压基准输入的第16引脚(VREF0)可以通过电阻(R41、R42)选择2.43V或3.00V电压基准。其中2.43V电压基准由单片机(IC1)内部的带隙电压基准输出：第12引脚(VREF)；3.00V则通过外部可调电压基准TL431(REG2)配合电阻(R43、R44)输出，电阻(R40)限制灌电流。

电源管理：

单片机(IC1)还需要通过电源芯片SPX1117M3-3.3将外部提供的+5V电源转换成+3.3V工作电源。铝电解电容(C01、C02)与独石电容(C03、C04)用于输入电源的滤波。0.1μF的独石电容(C11、C12、C13)提供单片机(IC1)芯片三边电源输入的滤波。0.1μF的独石电容(C30、C60)提供RS232驱动芯片(IC3)与外部存储器(IC6)的滤波。0.1μF的独石电容(C40)为外部可调电压基准(REG2)的输出滤波。

电荷信号转换电路：

如图2所示，电荷信号转换电路首先将电荷信号通过带电容(CA13、CB13)反馈的高输入阻抗运算放大器TLC2652(IC1A、IC1B)转换成最大不超过2.4V的电压信号。电阻(RA13、RB13)防止输出饱和。电阻(RA11、RA12、RB11、RB12)用于平衡输入阻抗。后级由电阻(RA21、RA22、RB21、RB22)、电容(CA21、CA22、CB21、CB22)与运算放大器TL072BCD(IC20)构成一个二阶滤波器。电阻(RA23、RA24、RB23、RB24)与电容(CA23、CA24、CB23、CB24)构成一个简单的低通滤波器输入到单片机(IC1)的A/D输入引脚(第18、20、22、24引脚)。

LCM显示键盘电路：

如图2所示，选用的LCM是使用控制驱动芯片HD44780(或兼容芯片)的。单片机(IC1)的I/O端口模拟总线，可调电阻(RV3)用于调节LCM的亮度，电阻(R32)用于背光电源的限流。LED显示需要电阻(R51~R58)限流。按键输入通过电容(C71~V78)消除抖动。

I/O接口电路：

如图2所示，I/O接口电路由输入部分、输出部分构成。输入部分通过交流光耦PS2705-1(PC01~PC12)将外部信号隔离送入单片机(IC1)；输出部分有三个通道的集电极开路输出，由普通光耦PS2701-1(PC14~PC16)实现。继电器G5V-2-H1-5VDC(RY1)常开、常闭选择输出由单片机(IC1)通过隔离驱动普通光耦PS2701-1(PC13)控制继电器(RY1)的线圈实现。一个内部报警蜂鸣提示，单片机(IC1)通过三极管8550(TR1)放大驱动一蜂鸣器实现。

参见图3，本发明单片机中安装的软件模块由初始化模块和运行模块两大部分组成。初始化模块中主要由程序初始化，系统初始化模块，液晶初始化模块，参数恢复默认值模块，用户密码检测模块，参数初始化模块等组成。运行模块主要由AD中断采样模块，预压力显示，键盘处理模块，通讯发送模块，通讯接受中断模块等构成。其中AD处理模块又由AD中断采样模块、采样数据处理模块和端子产品判断模块等组成

参见图4，初始化模块的程序执行时先初始化程序中各标志位、变量，清一些延时计数器，这些由程序初始化模块完成；然后在系统初始化中初始化时钟、电源、AD、定时器、SCI、SPI等片上外设以及中断的方式；随后程序将初始化液晶模块，进行显示功能；接着程序将判断是否需要恢复默认参数，如果需要则把参数恢复成出厂值；随后程序将进入用户密码检测模块，如果密码不正确，系统一直运行在密码检测等待状态；如果密码正确，程序进入下一段程序-初始化系统参数模块。

运行模块中的AD采样处理模块又分AD中断采样、采样数据处理和端子产品判断部分，主要完成端子压接过程中的数据采样、滤波、采样数据整合处理以及对照基准波形捕捉不良品发生时的压力变化，将不良品检出，同时判断是何种错误，例如：芯线切断、芯线翘出、线皮被夹(深打)、线皮脱离(浅打)、夹具异常、端子变形等等。预压力显示模块中，首先判断C1通道或C2通道预压力显示标志是否打开，如果标志打开，则动态的显示压电传感器上当前预压力值。键盘处理模块又分参数键处理模块、运行键处理模块、示教键处理模块、旁通键处理模块、+键处理模块、-键处理模块、后退键处理模块、确认键处理模块，前四个键是功能键，进行运行模式的切换，后四键是编辑键，主要用于参数修改。在通讯发送模块中，程序检测各通讯标志位，如果被置位，则根据通讯协议上传相应的数据，同时将该标志位清0。在通讯中断接受模块中，首先判断中断是否是SCI接受中断，接着判断是否是接受尾，检验接受数据头是否正确。

参见图5、6，AD工作在定时采样方式，采样频率由单片机内定时器2控制。数据采样模块的工作流程是：当AD采样中断发生时，首先判断是C1通道还是C2通道采样，下面以C1通道为例阐述AD采样流程(图7)。读AD采样值，判断工作模式，是外部触发方式插秧还是自动触发采样。外部触发方式里先是保存当前采样值，然后比较采样值和最大值，如果采样值大，则把采样值保存到最大值变量，并且记录当前采样值的位置，接着如果采样次数达到总采样次数，则关闭C1通道AD，随后切换采样通道，最后清AD中断标志退出中断；自动触发方式里先判断采样值是否小于门限值并且采样次数是否等于预定门限数，如果同时成立，保存当前采样数据，采样数据头标志bHeadFlag0增1，接着判断采样数据头标志是否等于预定门限数，如果是，则采样数据头标志bHeadFlag0←0，接着如果采样次数达到总采样次数，则关闭C1通道AD，随后切换采样通道，最后清AD中断标志退出中断。自动方式中，如果采样值不小于门限值或者采样次数不等于预定门限数时，保存AD采样值，然后比较采样值和最大值，如果采样值大，则把采样值保存到最大值变量，并且记录当前采样值的位置，接着如果采样次数达到总采样次数，则关闭C1通道AD，随后切换采样通道，最后清AD中断标志退出中断。C2通道的采样流程(图8)类似C1的采样流程。

参见图7、8，采样数据处理模块的工作流程是：首先，如果C1通道采样数据满预定次数(250点)，则进入数据处理程序，否则判断C1通道采样数据是否满预定次数；采样数据处理先是根据采样数据头标志找出数据头的位置，再根据数据头位置重新排列门限前的采样数据，即按照采样的先后排列数据；找出采样数据组中最大值，以最大值为基准，从数据组中取出200点作为有效点，组成一个新的采样数据组，同时采样数据头标志bHeadFlag0←0；如果系统通讯打开，则置数据处理完成标志位；如果系统运行在OPE运行模式，则调用端子判断模块；如果工作在示教模式，则完成一次示教波形数据取样；如果工作在旁通模式，则旁通计数器增1，如果旁通数对于设定旁通数，则旁通计数器←0，程序转入运行模式；接着调用ADCActive程序开AD、开定时器2等。下面进入C2通道数据处理流程，过程同C1数据处理流程。

参见图9、10，端子产品判断模块的工作流程是：首先，初始化变量，累加采样数据组的0～T1段数据放入变量sum1，比较sum1和基准波形0～T1段的数据累加和sum2，如果sum1大于sum2，则T1段正误差←sum1-sum2，如果T1段正误差大于T1段设定正误差，则置T1段正误差标志位，否则清T1段正误差标志位；如果sum1不大于sum2，则T1段负误差←sum2-sum1，如果T1段负误差大于T1段设定负误差，则置T1段负误差标志位，否则清T1段负误差标志位。累加采样数据组的T1～T2段数据放入变量sum1，比较sum1和基准波形T1～T2段的数据累加和sum2，如果sum1大于sum2，则T2段正误差←sum1-sum2，如果T2段正误差大于T2段设定正误差，则置T2段正误差标志位，否则清T2段正误差标志位；如果sum1不大于sum2，则T2段负误差←sum2-sum1，如果T2段负误差大于T2段设定负误差，则置T2段负误差标志位，否则清T2段负误差标志位。累加采样数据组的T2～T3段数据放入变量sum1，比较sum1和基准波形T2～T3段的数据累加和sum2，如果sum1大于sum2，则T3段正误差←sum1-sum2，如果T3段正误差大于T3段设定正误差，则置T3段正误差标志位，否则清T3段正误差标志位；如果sum1不大于sum2，则T3段负误差←sum2-sum1，如果T3段负误差大于T3段设定负误差，则置T3段负误差标志位，否则清T3段负误差标志位。接着根据T1段负误差标志位、T1段正误差标志位、T2段负误差标志位、T2段正误差标志位、T3段负误差标志位、T3段正误差标志位判断端子压接，排除出不合格品。如果T1、T2、T3段正负误差标志位均等于0，则端子压接合格，关闭LED报警灯和扬声器，LCD显示压接信息，比如T1、T2、T3段正负误差等。T1、T2、T3段正误差标志均为1，异常原因端子打2次、断裂；T1、T2、T3段负误差标志均为1，异常原因无端子无芯线；T1段正误差标志为1，异常原因芯线溢出；T1、T2段正误差标志位1，异常原因树脂一般咬入；T1段正误差标志且T2、T3段负误差标志为1，异常原因严重树脂咬入；T2、T3段负误差标志为1，异常原因断线或芯线溢出。端子异常时，报警LED红灯亮，同时扬声器发出报警声，用户按增或减键可以查看T1、T2、T3段异常数据。

参见图11，参数键处理工作流程是：首先打开LCD光标闪烁功能进入编辑状态，接着设置判断运行模式标志是否等于参数(即判断前次运行模式是不是参数模式)，如果前次是参数模式，则直接结束流程退出；如果不是参数模式，则运行模式标志←参数，菜单深度标志←0，打开参数按键旁的LED灯，调用0级参数显示模块，结束工作流程。

参见图11，旁通键处理工作流程是：关闭LCD光标闪烁功能，设置预压力显示标志，打开旁通LED灯，显示进入旁通状态，运行模式标志←旁通，调用ADCActive初始化并且打开AD采样，准备监测压力变化。旁通模式时，每打压完一个端子，旁通计数器自动增1，直到旁通到设定数后，程序直接转入运行模式。

参见图11，示教键处理工作流程是：打开LCD光标闪烁功能，设置预压力显示标志，打开示教LED灯，显示进入示教状态。如果前次就运行在示教模式，则切换C1或C2通道示教(按键前是C1示教，则按键后进入C2示教状态)；如果前次运行模式不是示教模式，则运行模式标志←示教，显示C1通道示教界面。最后调用ADCActive初始化并且打开AD采样，准备监测压力变化，等待接受示教波形。当系统处于示教状态时，每次打压完一个端子，用户需要观察端子，如果为合格品，则按“确认”键保存，这样刚得到的采样波形才能成为样品波形；否则不按任何键，再次打压端子，知道出现合格品后才按按“确认”键保存。在形成8个样品波形之后，系统会计算出一个基准波形，同时存储到FRAM中。

参见图12，运行键处理工作流程是：关闭LCD光标闪烁功能，设置预压力显示标志，设置预压力显示标志，打开旁通LED灯。如果前次运行模式就是运行模式且显示的T1状态，则切换通道(按键前显示C1通道，则按键后显示C2通道)，结束该流程；如果前次运行模式就是运行模式且不是显示T1状态，则没有任何变化，结束该流程；如果前次运行模式不是运行模式，则运行模式标志←运行，从FRAM中读C1通道基准波形，根据设定参数计算C1通道的T1、T2、T3，接着计算C1基准波形T1、T2、T3段的累加和并分别保存到全局变量，随后从FRAM中读设定的C1通道公差参数。然后从FRAM中读C2通道基准波形，根据设定参数计算C2通道的T1、T2、T3，计算C2基准波形T1、T2、T3段的累加和并分别保存到全局变量，从FRAM中读设定的C2通道公差参数。最后调用ADCActive初始化并且打开AD采样，准备监测压力变化，进入产品检测状态。

参见图14，通讯接受中断的工作流程是：进入中断后，首先判断是不是SCI接受中断，如果不是则直接退出中断。如果是SCI接受中断，则接着检测接受到的数据是不是尾标志，如果不是尾标志，则保存接受数据到接受缓冲区；如果接受到的数据是尾标志，则再检测接受到的数据头是否正确。如果接受数据头正确，则根据协议判断是何种命令，并置相应命令标志位；如果接受到的数据头不正确，则保存接受到的数据，接着判断接受到的数据长度是否超过协议规定长度，如果超过则进入通讯出错处理程序，如果没超过规定长度，则跳过出错处理环节。最后清除SCI接受中断标志，退出中断程序。

参见图13，通讯发送的工作流程是：首先判断是上传MAIN参数标志位是否等于1，如果等于1，则从FRAM中读MAIN参数，按照通讯协议上传参数；如果不等于1，则判断下传MAIN参数标志位是否等于1。如果下传MAIN参数标志位等于1，则分配接受缓冲区的数据，写如FRAM；如果不等于1，则判断上传C1采样数据标志是否等于1且上传前100个数据标志位为1，如果均等于1，则按照通讯协议上传C1采样数据的前100个数据；如果不全为1，则判断上传C2采样数据标志是否等于1且上传前100个数据标志位为1。如果上传C2采样数据标志和上传前100个数据标志位均等于1，则按照通讯协议上传C2采样数据的前100个数据；如果不全为1，则判断上传C1采样数据标志是否等于1且上传后100个数据标志位为1。如果上传C1采样数据标志和上传后100个数据标志位均等于1，则按照通讯协议上传C1采样数据的后100个数据；如果不全为1，则判断上传C2采样数据标志是否等于1且上传后100个数据标志位为1。如果上传C2采样数据标志和上传后100个数据标志位均等于1，则按照通讯协议上传C2采样数据的后100个数据；如果不全为1，则判断预压力标志是否等于1。如果预压力标志等于1，则读取当前传感器预压力值，按照通讯协议上传；否则按照协议上传重新发标志，要求上位机重新发送最后一次下传命令或数据。

Claims (4)

1.一种通用端子压着机压力监控系统，其特征在于：它包括电荷信号转换电路、LCM显示键盘电路、主控电路，压力传感器将其受力产生的电荷输入电荷信号转换电路转换成电压信号送入主控电路，主控电路接收LCM显示键盘电路输出的相关控制信息并将有关的信息输出到LCM显示键盘电路显示出来；主控电路通过压力传感器对压接端子的受力信号进行采集，对采集的端子受力波形按压接过程的不同划分为T1、T2、T3区间段，将累加采样数据组各区间段的数据与基准波形的相应区间段的数据累加和进行对比，由对比结果决定T1、T2、T3段正负误差标志位，再由T1、T2、T3段的正负误差标志位的组合判断端子压接是否合格，同时可以向显示键盘电路输出并显示如下出错信息：端子打压2次、断裂、芯线溢出、树脂一般咬入、严重树脂咬入、断线。

2.如权利要求1所述的通用端子压力机监控系统，其特征在于还包括I/O接口电路，该电路一方面与主控电路相接，另一方面用于与外设的上位控制系统和其他电气控制系统相接，将外设的上位控制系统和其他电气控制系统的控制信号送入主控电路。

3.如权利要求1或2所述的通用端子压力机监控系统，其特征在于主控电路由单片机、复位配置、存储电路及通讯电路组成，单片机通过外部复位配置采用其内部的上电复位电路，在系统上电时进行复位初始化；存储电路将单片机中用户设定的参数，历史数据等进行备份；主控电路中的单片机接收LCM显示键盘电路输出的相关控制信息并将有关的信息输出到LCM显示键盘电路显示出来，并通过压力传感器对压接端子的受力信号进行采集，与标准受力信号进行对比分析从而判断端子压接是否合格，同时可以向显示键盘电路输出并显示出错信息。

4.如权利要求3所述的的通用端子压力机监控系统，其特征在于I/O接口电路中设置有多组光电隔离电路及一组继电器输出电路，由外设的上位控制系统或其他电气控制系统发出的指令控制信号通过光电隔离电路输入到单片机的I/O，单片机根据相应的指令执行相应的程序；单片机的输出信号经光电隔离电路输出到上位控制系统或其他电气控制系统。

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