CN102565522A - 一种焊接电流采集与同步装置 - Google Patents

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CN102565522A CN2011104572044A CN201110457204A CN102565522A CN 102565522 A CN102565522 A CN 102565522A CN 2011104572044 A CN2011104572044 A CN 2011104572044A CN 201110457204 A CN201110457204 A CN 201110457204A CN 102565522 A CN102565522 A CN 102565522A
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闫志鸿
张潇
陈志翔
宋永伦
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北京工业大学
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一种焊接电流采集与同步装置,属于焊接技术领域,由滤波单元(1)、信号采集单元(2)和控制单元(3)组成。其中滤波单元由滤波电路和信号调整电路组成;信号采集单元为A/D转换器,实现电流信号的采集与转换;控制单元包括ARM、串口通信电路、JTAG接口电路和PC机,其中ARM与A/D转换芯片连接,将A/D转换后的数字信号读入ARM中,串口通信电路将ARM与PC机连接,实现远程设定采样频率、波特率、输出方式和采样信号的读出,仿真器通过JTAG接口和PC机的上位机软件连接,得到电流信号中的基值点、峰值点、过零点等特征点以及上升沿、下降沿。本发明适用于在焊接过程中电流信号的采集、同步输出以及过零触发。

Description

一种焊接电流采集与同步装置
技术领域:
[0001 ] 本发明涉及一种电流采集与同步装置,特别涉及一种应用于焊接中的电流采集与同步装置。
背景技术:
[0002] 在焊接过程中,焊接电流是影响焊接形态最为关键的因素之一,通过对焊接过程中的焊接电流进行分析,可以研究焊接过程中与焊接电流相关的工艺性能,如过渡形式、飞溅大小、电弧稳定性等,因此,对焊接电流实时采集并进行分析是十分必要的。
[0003] 传统采集焊接电流有两种方法:一种方法是利用将焊接电流回路与电压滞回比较器相连,仅仅分析电流过零时刻时相关的焊接信息,这种方法得到的焊接电流信息量少,从而不能够很好的分析焊接性能;另一种方法是利用单片机内部A/D模块来采集焊接电流, 但由于单片机AD采样的范围为0〜3. 3V,而焊接电流的范围为-1000A〜1000A,经过霍尔电流传感器采样输出后,对应的电压信号大小为-IOV〜10V,因此,若使用片内的AD模块进行采样,就必须额外设计电路,将电压范围控制在0〜3. 3V内,这样做不仅带来了不必要的误差,而且增加成本,增加装置的体积。
发明内容:
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有焊接电流采集技术中存在的电流信息量少、误差大、采集范围受限的技术问题,提供一种焊接电流采集与同步装置。
[0005] 为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:一种焊接电流采集与同步装置,该装置用于被检测电流回路之中,其特征在于:该装置由滤波单元、信号采集单元和控制单元组成;其中所述滤波单元是由滤波电路和信号调整电路组成,输入信号由滤波电路滤波后进入信号调整电路;所述信号采集单元为A/D转换器,实现电流信号的采集与转换;所述控制单元包括ARM、串口通信电路、JTAG接口电路和PC机。滤波电路的输出端口连接至信号调整电路,信号调整电路的输出端口连接至信号采集单元中的A/D转换器。所述控制单元中ARM时钟脉冲输出端口与A/D转换芯片的控制端连接将ARM中的SPI 模块与A/D转换芯片对应信号输入输出端口连接,实现ARM与A/D转换芯片之间的通信。所述控制单元中串口通信电路将ARM与PC机连接,实现远程设定焊接电流信号采样频率和焊接电流信号的同步读出。所述控制单元设有与外部仿真器连接的JTAG接口,仿真器由安装仿真软件的PC机实现,JTAG接口的信号输入、输出、复位、时钟端口分别与ARM芯片相连, 实现电流信号的在线仿真。
[0006] 所述信号采集单元中的A/D转换器为十二位带符号位双极性A/D转换芯片,型号为 AD73M。
[0007] 所述的ARM芯片选用ST公司生产的型号为STM32F103VCT6的芯片。
[0008] 所述的串口通信电路采用的通信芯片为MAX3232。
[0009] 本发明在上位机仿真软件中通过C语言算法编程,得到电流信号中的特征点,如基值点、峰值点、过零点,以及电流信号的上升沿、下降沿等,并且可以实现过零触发功能。 通过程序调试时的在线仿真,例如单步、指定断点、指定地址等调试方法实时有效地调试程序,为调试、修改、以及生成最终程序提供有力的保证。
[0010] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:按照本方案设计的焊接电流采集与同步触发装置,将滤波电路输入端接入到霍尔电流传感器之后,不用设计电阻分压和将负电压变成正电压的电路,直接就可进行焊接电流信号的采集,采集到的电流信号通过A/D转换器转换成数字信号后,送入到控制单元中进行算法控制,可实现电流信号的同步输出,电流信号中的特殊点,例如基值点、峰值点、过零点等特征点以及电流信号的上升沿、下降沿等都可以实时的采集到,能够得到丰富的电流信息,并且通过算法可以实现过零触发的功能。 经过长期的使用,能够有效的解决传统焊接电流采集电路中电流信息量少、误差大、采集范围受限的问题。
附图说明:
[0011] 图1是本发明的结构示意框图;
[0012] 图2是本发明的原理框图;
[0013] 图3是本发明中滤波单元的滤波电路图和信号调整电路图;
[0014] 图4是本发明中信号采集单元的A/D转换器的电路图;
[0015] 图5是本发明中的电源部分电路图;
[0016] 图6是本发明中控制单元的ARM部分的电路图;
[0017] 图7是本发明中控制单元的串口通信电路图;
[0018] 图8是本发明中控制单元的JTAG接口电路图;
[0019] 图中,1、滤波单元,2、信号采集单元,3、控制单元;
具体实施方式:
[0020] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明的实施方式。
[0021] 如图1所示,本发明由三部分组成:滤波单元1、信号采集单元2和控制单元3。各个单元的原理框图如图2所示,滤波单元包括滤波电路和信号调整电路;信号采集单元为 A/D转换器;控制单元包括ARM、串口通信电路和JTAG接口电路。
[0022] 如图3所示,滤波单元由滤波电路和信号调整电路组成。因为其中滤波电路是由电感L5、电阻R51以及电容C59、C60组成,电感L5可以减小输出电压的脉动程度,电阻R51 以及电容C59、C60组成π形RC滤波器,能够得到更好地滤波效果,使输出电压的脉动更小;信号调整电路由电压跟随器及若干电容电阻组成,其功能是可以提高原来电路带负载的能力。
[0023] 如图4所示,A/D转换器选用Analog Devices公司生产的AD73M芯片,AD73M为一款十二位带符号位双极性A/D转换芯片,该芯片转换速率可达到1MSPS,可以接受双极性模拟输入信号,有四个模拟通道,每个模拟通道均可独立编程。焊接电流信号经过滤波调整之后,输入到AD转换器的VINO输入端,AD转换器AD73M芯片采集输入端VINO的模拟电压,并转换成-4096〜+4096的数字信号,经过SPI数据总线把数字信号传输到ARM,ARM经过运算后可得到正确的焊接电流值,VDD与VSS端口口分别接+15V与-15V电压,VCC端口接3. 3V电压。
[0024] 如图5所示,选用电源模块AMS1117和若干电容来完成电源由5V稳压到3. 3V, 为系统供电,采用的若干电容是电源旁路电容,用来滤除干扰,电阻R45是用于限制瞬态电流,当正确通电后LEDl灯点亮;选用电源模块TMA是给A/D转换芯片提供+15V和-15V电源,该电源模块的型号为E0515S-2W,C47和C48用于滤掉电源引起的干扰。
[0025] 如图6所示,ARM选用ST公司生产的一款ARM芯片,型号是STM32F103VCT6。ARM 的PB12、PB13、PB14和PB15分别与A/D转换器中的CS、SCLK、D0UT和DIN端口连接,使A/D 转换器能够与ARM通信;(:19、以9和CY2为ARM提供RTC时钟;C17、C18和CYl为ARM提供系统时钟;如图8所示,JTAG电路连接ARM芯片与外部仿真器,仿真器由安装仿真软件的PC 机实现,ARM的PA13、PA14、PA15、PB3和PB4分别接接口端子JTAG的引脚7、9、5、13和3, 在上位机仿真软件中通过C语言算法编程,得到电流信号中的特殊点,如基值点、峰值点、 过零点等特征点以及电流信号的上升沿、下降沿,并且可以实现过零触发功能。实现程序调试时的在线仿真,通过单步、指定断点、指定地址等调试方法实时有效地调试程序,为调试、 修改、以及生成最终程序提供有力的保证。
[0026] 如图7所示,串口通信电路通信芯片为MAX3232,ARM的PA9引脚输出的数字信号传送到串口通信芯片T1IN,经芯片处理后由TlOUT输出,芯片完成了电平转换,经DB9接头进入到控制器的数字信号,传入到MAX3232的Rl IN,经芯片完成电平转换后从RlOUT传入到 ARM的PA10,此路串口通信将采集到的电流数字信号传输到PC机中以进行分析;另外一组串口通信为ARM的PA2和PA3分别与MAX3232的T2IN和R20UT连接,传输过程与上述一组相同,此路串口通信的目的是通过串口来调节采样频率、波特率、输出方式和软件复位。通过两组串口通信电路,完成PC机和ARM之间的通信。
[0027] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,经过长期的实验,采集到的焊接电流信号相对误差小于0. 50%,满足系统的要求,A/D转换器转换速率最快可以达到1MSPS,采集范围可为-IOV〜+10V,采集的信息量大,电流信号中的特殊点,例如基值点、峰值点、过零点,以及电流信号的上升沿、下降沿等都可以实时的采集到,能够得到丰富的电流信息。在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进, 这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1. 一种焊接电流采集与同步装置,该装置用于被检测电流回路之中,其特征在于:该装置由滤波单元(1)、信号采集单元(¾和控制单元C3)组成;其中所述滤波单元(1)是由滤波电路和信号调整电路组成;滤波单元中滤波电路的输出端口连接至信号调整电路,信号调整电路的输出端口连接至信号采集单元中的A/D转换器;所述信号采集单元(2)为A/ D转换器,实现电流信号的采集;所述控制单元(3)包括ARM、串口通信电路、JTAG接口电路和PC机,ARM时钟脉冲输出端口与A/D转换芯片的控制端连接,ARM中的SPI模块与A/D转换芯片对应信号输入输出端口连接,实现ARM与A/D转换芯片之间的通信;串口通信电路将ARM与PC机连接,实现远程设定焊接电流信号采样频率、波特率、输出方式、软件复位和焊接电流信号的同步读出;JTAG接口电路将ARM芯片与外部仿真器连接,仿真器由安装仿真软件的PC机实现,JTAG接口的信号输入、输出、复位、时钟端口分别与ARM芯片相连接, 实现电流信号的在线仿真。
2.如权利要求1所述的一种焊接电流采集与同步装置,其特征在于:所述信号采集单元,A/D转换器为十二位带符号位双极性A/D转换芯片,型号为AD73M。
3.如权利要求1或2所述的一种焊接电流采集与同步装置,其特征在于:所述控制单元中,ARM选用ST公司生产的一款ARM芯片,型号是STM32F103VCT6。
4.如权利要求1或2或3所述的一种焊接电流采集与同步装置,其特征在于:所述控制单元中的串口通信电路通信芯片为MAX3232。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种焊接电流采集与同步装置,其特征在于:上位机仿真软件通过C语言算法编程,得到电流信号中的特征点。
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