CN106425033A - 基于单片机控制的定位焊枪电源适配器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配器，属一种焊接辅助装置，适配器包括离线式开关电源电路与主控电路，离线式开关电源电路接入主控电路；离线式开关电源电路中包括整流滤波单元与反激式稳压器，整流滤波单元接入反激式稳压器；通过适配器中的离线式开关电源电路直接将焊接设备中的控制电源由电弧电压转换为适配器的工作电压与定位焊枪电机的工作电压，进而将控制电源转换后直接作为电机电源，无需额外电源；并且通过控制电路进行参数运算及输出电流控制即可控制电机转速，亦可通过单片机采集设定电流点的送丝速度参数运算的方式保证定位焊枪设定电流值与焊接设备实际工作电流值相匹配，增加定位焊枪与焊接设备之间的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接辅助装置，更具体的说，本发明主要涉及一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配器及方法。
背景技术
MIG/MAG焊接设备由焊接电源及送丝装置组成，市面上常见的MIG/MAG焊接设备在结构及电气控制上均采用焊接电源-送丝装置一体化设计，结构较为笨重，移动不便。为满足焊接现场大量的大范围多点作业的移动便捷性要求，目前市场上出现了焊枪-送丝机一体式设计的定位焊枪，其中集成在焊枪上的送丝电机需要可控的电源供给。目前市场上的电源供给有两种方式：即原焊接设备送丝电机电源供电和独立电源供电。
采用原焊接设备送丝机电源供电存在极大的通用性障碍，目前市面上的焊接设备所匹配的送丝电机种类多用、特性差异大。需针对客户焊接设备电源特点选配送丝电机，须针对客户现场具体设备状态，一客户一方案地作定点改造，无法进行批量推广。而独立电源供电方案需额外加装一组电源，不仅降低了设备的便捷性及安全性，且因送丝电机独立供电，无法正确标示焊接电流、无法准确调节识别，因而有必要针对定位焊枪送丝装置的电源部分进行研究和改进。
发明内容
本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配器及方法，以期望解决现有技术中送丝电机采用原焊接设备送丝机电源存在极大的通用性障碍，独立电源供电方案需额外加装一组电源，降低设备的便捷性及安全性，无法正确标示焊接电流、无法准确调节识别等技术问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配器，所述的适配器包括离线式开关电源电路与主控电路，所述离线式开关电源电路接入主控电路；所述离线式开关电源电路中包括整流滤波单元与反激式稳压器，所述整流滤波单元接入反激式稳压器，用于由整流滤波单元将焊接设备中的电弧电压进行整流滤波后，再由反激式稳压器转换为两路电压，其中一路作为适配器电源，另一路通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源；所述主控电路中包括单片机、参数设置电路与电机驱动电路，所述参数设置电路与电机驱动电路均接入单片机，用于由单片机接受参数设置电路设置的焊接电流值，并由单片机通过内部运算转换为基于速度反馈的PWM调速信号，进而由单片机根据PWM调速信号控制通过电机驱动电路向定位焊枪电机输出的电流，进而对定位焊枪电机的转速进行控制。
作为优选，进一步的技术方案是：所述单片机还接入参数显示电路，用于由单片机根据PWM调速信号，通过电机驱动电路对定位焊枪电机转速进行控制的同时，将参数值通过参数显示电路进行显示。
更进一步的技术方案是：所述离线式开关电源电路中的反激式稳压器将电弧电压转换的两路电压分别为DC42V与DC5V，其中DC5V作为适配器电源，DC42V通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源。
更进一步的技术方案是：所述离线式开关电源电路接入焊接设备，所述主控电路接入定位焊枪。
本发明另一方面还提供了一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤A、由离线式开关电源电路中的整流滤波单元将电弧电压进行整流滤波后，再由反激式稳压器转换为两路电压，其中一路作为适配器电源，另一路通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源；
步骤B、由单片机接受参数设置电路设置的焊接电流值，并由单片机通过内部运算转换为基于速度反馈的PWM调速信号；
步骤C、再由单片机根据PWM调速信号控制通过电机驱动电路向定位焊枪电机输出的电流，进而对定位焊枪电机的转速进行控制。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤A中，离线式开关电源电路中的反激式稳压器将电弧电压转换的两路电压分别为DC42V与DC5V，其中DC5V作为适配器电源，DC42V通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源。
更进一步的技术方案是：所述步骤C中，由单片机根据PWM调速信号，通过电机驱动电路对定位焊枪电机转速进行控制的同时，将参数值通过参数显示电路进行显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过适配器中的离线式开关电源电路直接将焊接设备中的控制电源由电弧电压转换为适配器的工作电压与定位焊枪电机的工作电压，进而将控制电源转换后直接作为电机电源，无需额外电源；并且通过控制电路进行参数运算及输出电流控制即可控制电机转速，亦可通过单片机采集设定电流点的送丝速度参数运算的方式保证定位焊枪设定电流值与焊接设备实际工作电流值相匹配，增加定位焊枪与焊接设备之间的通用性，同时本发明所提供的一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配器结构简单，适于与各类焊接设备与焊枪配套使用，应用范围广阔。
附图说明
图1为用于说明本发明一个实施例的使用状态示意框图；
图2为用于说明本发明一个实施例的运用原理框图；
图3为用于说明本发明一个实施例中的离线式开关电源电路原理图；
图4为用于说明本发明一个实施例中的主控电路原理框图；
图5为用于说明本发明一个实施例中的主控电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参考图1与图2所示，本发明的一个实施例是一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配器，该适配器包括离线式开关电源电路与主控电路，将离线式开关电源电路接入主控电路；其中离线式开关电源电路中包括整流滤波单元与反激式稳压器，将整流滤波单元接入反激式稳压器，用于由整流滤波单元将焊接设备中作为控制电源的电弧电压进行整流滤波后，再由反激式稳压器转换为两路电压，其中一路作为适配器电源，另一路通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源；具体来说，前述的两路电压分别为DC42V与DC5V，其中DC5V作为适配器电源，DC42V通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源；
结合图4所示，上述主控电路中包括单片机、参数设置电路与电机驱动电路，将参数设置电路与电机驱动电路均接入单片机，用于由单片机接受参数设置电路设置的焊接电流值，并由单片机通过内部运算转换为基于速度反馈的PWM调速信号，进而由单片机根据PWM调速信号控制通过电机驱动电路向定位焊枪电机输出的电流，进而对定位焊枪电机的转速进行控制；
在此基础上，还可增设参数显示电路，将参数显示电路也接入单片机，用于由单片机根据PWM调速信号，通过电机驱动电路对定位焊枪电机转速进行控制的同时，将参数值通过参数显示电路进行显示。
本实施例中的定位焊枪电源适配器在应用时，可直接将其离线式开关电源电路接入焊接设备，再将主控电路接入定位焊枪。即通过适配器中的离线式开关电源电路直接将焊接设备中的控制电源由电弧电压转换为适配器的工作电压与定位焊枪电机的工作电压，进而将控制电源转换后直接作为电机电源，无需额外电源；并且通过控制电路进行参数运算及输出电流控制即可控制电机转速，亦可通过单片机采集设定电流点的送丝速度参数运算的方式保证定位焊枪设定电流值与焊接设备实际工作电流值相匹配，增加定位焊枪与焊接设备之间的通用性。
本发明的另一个实施例一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配方法，该方法包括并优先按如下步骤执行：
步骤S1、由离线式开关电源电路中的整流滤波单元将电弧电压进行整流滤波后，再由反激式稳压器转换为两路电压，其中一路作为适配器电源，另一路通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源；同样的，该两路电压分别为DC42V与DC5V，其中DC5V作为适配器电源，DC42V通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源；
步骤S2、由单片机接受参数设置电路设置的焊接电流值，并由单片机通过内部运算转换为基于速度反馈的PWM调速信号；
步骤S3、再由单片机根据PWM调速信号控制通过电机驱动电路向定位焊枪电机输出的电流，进而对定位焊枪电机的转速进行控制；并且，单片机在根据PWM调速信号，通过电机驱动电路对定位焊枪电机转速进行控制的同时，将参数值通过参数显示电路进行显示。
基于上述实施例，发明人再就适配器的中的离线式开关电源电路以及主控电路的功能及具体说明如下，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案：
参考图3所示，正如上述所提到的，离线式开关电源电路的原理为在电弧电压经过整流、滤波后，通过以UC3843为控制核心的反激式稳压器转换为DC42V、DC5V两组直流电压输出，作为适配器电源；正如图3所示出的，离线式开关电源电路的电路特征如下：
电弧电压+接D1-1，电弧电压-接D1-3，D1-2接输入电源VCC，D1-4接输入电源地，电源VCC接T1-1、C5-1、R6-1、R1-1、过C1接地，R1-2接U1-7，R6-2接C5-2、D1阴极，D1阳极接T1-2、Q1漏极，U1-6接R8-1,R8-2接Q1栅极，Q1源极接R9-1、过R10接输入电源地，R9-2接U1-3、过C8接输入电源地，T1-3接D3阳极，D3阴极接D2阳极、过R7、C7接输入电源地，D2阴极接R2-1、过C6接地，R2-2接U1-2、C4-1、R5-1、过R3接输入电源地，U1-1接R5-2、C4-2，U1-8接R4-1、过C2接输入电源地，U1-4接R4-2、过C3接输入电源地；
T1-5接D4阳极，D4阴极接L1-1、过C9接输出电源地，L1-2接电源+42V、过C11接地，T1-8接D5阳极，D5阴极接L2-1、过C10接输出电源地，L2-2接电源+5V、过C12接地；
参考图4与图5所示，主控电路工作原理为：离线式开关电源电路为整个主控电路提供电源，单片机接受参数设置电路设置的焊接电流值并通过内部运算转换为基于速度反馈的PWM调速信号，通过电机驱动电路对定位焊枪电机转速进行控制，并将参数值通过参数显示电路进行显示；正如图5所示出的，主控电路的电路特征如下：
外部电源+5V通过C1、C2接地，形成稳定的控制电路电源+5V；
U1-PA6接VRK1B-3、经R1上拉至+5V、过C3接地，U1-PA7接VRK1B-4、经R3上拉至+5V、过C4接地，VRK1B-5接地，U1-PA5接VRK1A-2、经R3上拉至+5V、过C5接地，VRK1A-1接地；
J6-1、J6-5接地，J6-2、J6-4接+5V，J6-6接U1-RESET，J6-7接U1-TCK，J6-8接U1-TMS,J6-8接U1-TDO，J6-10接U1-TDI；
+5V接U1-52、U1-21、U1-62、U1-64过C7、C8接地，U1-22、U1-53、U1-63接地，U1-1经R5上拉至+5V，U1-RESET经R4上拉至+5V，过C6接地，U1-23接Y1-1、过C9接地，U1-24接Y1-2、过C10接地；
U1-PD0接R6-1，R6-2接DIS1-11，U1-PD1接R11-1，R11-2接DIS1-10，U1-PD2接R7-1，R7-2接DIS1-7，U1-PD3接R12-1，R12-2接DIS1-5，U1-PD4接R8-1，R8-2接DIS1-4，U1-PD5接R13-1，R13-2接DIS1-3，U1-PD6接R9-1，R9-2接DIS1-2，U1-PD7接R10-1，R10-2接DIS1-1，U1-PC1接R14-1，R14-2接Q2基极，Q2发射极接+5V，Q2集电极接DIS1-12，U1-PC2接R15-1，R15-2接Q3基极，Q3发射极接+5V，Q3集电极接DIS1-9，U1-PC3接R16-1，R16-2接Q4基极，Q4发射极接+5V，Q4集电极接DIS1-5，U1-PC4接R17-1，R17-2接Q5基极，Q5发射极接+5V，Q5集电极接DIS1-6；
U1-PB2接R22-1、经R18上拉至+5V，过C11接地，R22-2接J5-2，U1-PB3接R23-1、经R19上拉至+5V、过C12接地，R23-2接J5-3，U1-PB4接R24-1、经R20上拉至+5V、过C13接地，U1-OC1A接R25-1、经R21上拉至+5V、过C14接地，J5-1接+42V电源，J5-6接地；
以下通过一个具体应用实例说明主控电路的工作过程：
首次使用时，按住VRK1A开关后，按下定位焊枪开关后，焊接设备输出电弧电压，。电弧电压经过离线式开关电源转换为+42V电源及+5V电源，分别作为电机驱动电源及控制电路电源，此时数码管DIS1最高位显示“L”即进入匹配模式，松开VRK1A。此时DIS1最高位跳显0，即进入第1特性点的匹配模式；
根据焊接设备输出电流量程，调节电位器旋钮VRK1B进行特性1点的电流值设定。设定完成后再次按动VRK1A，DIS1最高位稳定显示0，不在跳显。进行焊接，调节焊接设备电压并通过VRK1B调节定位焊枪送丝速度进而调节焊接电流，当焊接设备显示电流与适配器设置电流一致时即完成匹配，此时MCU通过U1-PB2采集电机当前反馈速度，作为后期电流-转速对应值储存。再次按动VRK1AJ即进入下一特性点的采集；
同上法完成2-9点特性点的匹配后按动VRK1A，待DIS1最高位显示V，即表示匹配完成。松开定位枪开关，关闭适配器电源；
正常启动定位焊枪后，DIS1最高位显示A，即进入正常焊接模式，此时通过焊接设备及适配器设置需要的焊接电压、焊接电流，即可根据设定值进行正常焊接作业。
除上述的以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (7)
1.一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配器，其特征在于：所述的适配器包括离线式开关电源电路与主控电路，所述离线式开关电源电路接入主控电路；所述离线式开关电源电路中包括整流滤波单元与反激式稳压器，所述整流滤波单元接入反激式稳压器，用于由整流滤波单元将焊接设备中的电弧电压进行整流滤波后，再由反激式稳压器转换为两路电压，其中一路作为适配器电源，另一路通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源；
所述主控电路中包括单片机、参数设置电路与电机驱动电路，所述参数设置电路与电机驱动电路均接入单片机，用于由单片机接受参数设置电路设置的焊接电流值，并由单片机通过内部运算转换为基于速度反馈的PWM调速信号，进而由单片机根据PWM调速信号控制通过电机驱动电路向定位焊枪电机输出的电流，进而对定位焊枪电机的转速进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于单片机控制的定位焊枪电源适配器，其特征在于：所述单片机还接入参数显示电路，用于由单片机根据PWM调速信号，通过电机驱动电路对定位焊枪电机转速进行控制的同时，将参数值通过参数显示电路进行显示。
3.根据权利要求1所述的基于单片机控制的定位焊枪电源适配器，其特征在于：所述离线式开关电源电路中的反激式稳压器将电弧电压转换的两路电压分别为DC42V与DC5V，其中DC5V作为适配器电源，DC42V通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源。
4.根据权利要求1所述的基于单片机控制的定位焊枪电源适配器，其特征在于：所述离线式开关电源电路接入焊接设备，所述主控电路接入定位焊枪。
5.一种基于单片机控制的定位焊枪电源适配方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤A、由离线式开关电源电路中的整流滤波单元将电弧电压进行整流滤波后，再由反激式稳压器转换为两路电压，其中一路作为适配器电源，另一路通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源；
步骤B、由单片机接受参数设置电路设置的焊接电流值，并由单片机通过内部运算转换为基于速度反馈的PWM调速信号；
步骤C、再由单片机根据PWM调速信号控制通过电机驱动电路向定位焊枪电机输出的电流，进而对定位焊枪电机的转速进行控制。
6.根据权利要求5所述的基于单片机控制的定位焊枪电源适配方法，其特征在于：所述步骤A中，离线式开关电源电路中的反激式稳压器将电弧电压转换的两路电压分别为DC42V与DC5V，其中DC5V作为适配器电源，DC42V通过主控电路输出至定位焊枪作为定位焊枪电机的电源。
7.根据权利要求5所述的基于单片机控制的定位焊枪电源适配方法，其特征在于：所述步骤C中，由单片机根据PWM调速信号，通过电机驱动电路对定位焊枪电机转速进行控制的同时，将参数值通过参数显示电路进行显示。
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