CN1718349A - 全数字化埋弧焊人机交互系统 - Google Patents

Abstract

一种全数字化埋弧焊人机交互系统，用于焊接技术领域。本发明包括：单片机处理器、数字信号处理器为核心的送丝模块、数字信号处理器为核心的电源模块、薄膜键盘模块、数字编码器、铁电外扩存储器、带背光图形液晶显示模块、通信线。数字编码器连接到单片机处理器，单片机处理器通过通信线与数字信号处理器为核心的送丝模块和电源模块相连接，单片机处理器的另一端分别与带背光图形液晶显示模块、铁电外扩存储器、薄膜键盘模块相连接。本发明实现了埋弧焊过程的全数字化，操作界面更加科学化、人性化，操作更加便捷，符合焊机发展趋势。

Description

全数字化埋弧焊人机交互系统

技术领域

本发明涉及的是一种焊接技术领域的控制系统，尤其是一种全数字化埋弧焊人机交互系统。

背景技术

埋弧焊是利用电弧作为能源的焊接方法之一，全称是埋弧自动焊，又称焊剂层下自动电弧焊。埋弧自动焊具有焊接电流大、熔深大、焊接范围广，生产效率高、焊缝质量优、自动化程度高等优点，在造船、桥梁、重型机械、海洋结构等制造部门得到了大力推广和应用。埋弧自动焊机主要由主电源、控制箱、小车三部分组成。人机交互系统作为埋弧焊的组成部分之一。目前，常用的埋弧焊人机界面主要为小车上的简单的模拟量预置与利用模拟开关的调节方式；而对于焊接过程观察的方法则多为指针式的电流/电压表。指针式的电流/电压表显示的有效值，观察不到动态变化的信息，而且要求对数值的显示有一个相当稳定的时间，很难进行动态参数的实时显示。

经对现有技术文献检索发现，《电焊机》2002，Vol.32，No.2，P4～6上刊登的“多功能逆变式弧焊机智能化人机界面设计”一文，该文详细介绍了集电弧推力自适应控制MMA焊接、TIG焊、MIG焊等焊接方法于一体的智能化多功能逆变焊机控制系统基础上，采用键盘输入和液晶显示等直观输入/输出设备，实现了焊接方法选择和焊接工艺参数设置与修改的智能化人机交互界面。但是每次调节的参数不能在下次使用时直接一次性调出使用；在输入参数后没有推荐最佳参数功能；通过该人机界面操作并不能对焊接过程中动作有任何调节和控制；单片机在整个系统中单片机既作为焊接主回路核心同时作为人机界面核心，在人机界面上没有突出模块化设计，使人机界面升级和数字化受到一定限制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种全数字化埋弧焊机人机交互系统，使其以双数字信号处理器作为“从”分别对焊接小车和送丝系统进行控制系统的基础上，采用单片机为核心的人机交互系统作为“主”，通过多机通信协议的制定来控制整个焊接过程的进行。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：单片机处理器、数字信号处理器为核心的送丝模块、数字信号处理器为核心的电源模块、薄膜键盘模块、数字编码器、铁电外扩存储器、带背光图形液晶显示模块、通信线。数字编码器连接到单片机处理器，单片机处理器通过通信线与数字信号处理器为核心的送丝模块和数字信号处理器为核心的电源模块相连接，单片机处理器的另一端分别与带背光图形液晶显示模块、铁电外扩存储器、薄膜键盘模块相连接。单片机处理器与数字编码器、薄膜键盘模块、铁电外扩存储器相连接构成人机交互系统的操作模块。

本发明在带背光图形液晶显示模块友好界面的提示下，利用薄膜键盘模块分别进入多种参数数字量预置、保存通道选择、确定并发送数据、焊接启动、急停等不同阶段控制；通过旋转数字编码器，输入波形进入单片机处理器，在软件鉴相的基础上来判断数字量的增减，从而实现参数的精确、便捷调节。单片机处理器通过控制线还与铁电外扩存储器相连接，利用其非易失性、可多次擦写等特点将大量数据组和字库存入，方便用户存储大量每次预置的多组参数。数字信号处理器为核心的送丝电路模块与电源模块分别与单片机处理器的另一端通过通信线连接，在多机通信协议下使用户操作分别对小车送丝速度、焊接电源进行控制，同时通过通信线将数据实时显示于带背光图形式液晶显示模块来监控焊接质量。从而完成用户对于整个埋弧焊焊接过程的控制。

本发明系统分别采用了带背光图形式液晶显示模块、数字编码器、铁电外扩存储器、薄膜键盘模块来构成整个人机交互系统。该设计通过带背光图形式液晶显示模块显示提示信息指引下，完成参数预制、修改及其焊接工程中实时控制和监控。首先进入动态欢迎文字界面，采用不断滚屏显示。有任意键按下出现光标闪烁，在闪烁光标指引下通过旋转数字编码器可以快速、精确地在带背光图形式液晶显示模块上预置多种焊接参数；每组参数包括焊接电流、焊接电压、小车速度、外特性、存储通道及焊丝直径6个参数，每设置完一个参数按“下移”键进入下一个参数的预置，并且光标会在输入处闪烁；所有6个参数全部设置好按下“保存”键系统会自动将设置好的参数存储到相应设置的存储通道中。下次使用时，只需将光标移动到存储通道的选项上，则会看到设置好的一组参数的显示。在确认所有参数预置后，按下“确定并发送数据”键则设置好的参数通过单片机处理器发送到数字信号处理器。在制定的多机协议下，数字信号处理器为核心的送丝模块和电源模块会根据接收到的ID来判断是否是自己接受的数据，是否需要继续接收后续数据位，从而完成相对应的动作。此时，则可以通过“启动”、“停止”、“急停”“送丝”、“抽丝”按键来控制焊接去过程。在焊接过程中数字信号处理器通过通信线将参数实时发送给单片机处理器，在焊接过程中由液晶显示模块对参数实时显示动态数字和波形显示，也使焊接过程更清晰了解焊接现场情况，面向用户、面向操作过程。

本发明使用数字编码器改变了以往在焊接参数调节时所用的A/D模拟开关。数字编码器是一种高精度的角位移传感器。编码器的电源电压为5V，输出量为三组数字脉冲，单片机处理器通过分析A、B相的波形作为编码器是正转还是反转的判断以正确计数，本发明中采用了软件编程方式使得编码器在任一时刻换向都不会漏计数或者多计数，保证了编码器的快速反应和精确性。

铁电外扩存储器，其结构容量为8,192*8位、高持久性的读写次数、总线速度达到1MHZ，预先将字库合数据库存进，使用时由单片机处理器进行调用。

本发明全数字埋弧焊人机交互系统参数预置部分采用整屏显示，显示的内容则根据用户的要求设置，是16×16点阵和32×32的中文汉字和6×8点阵的西文字符；参数预置部分分别对外特性、焊接电流、焊接电压、焊接速度和焊丝直径进行数字输入，通过数字编码器进行调节，并且通过存储通道选择进行常用参数存储。参数预置并保存通道后可以通过按键执行焊接过程的启动、小车左行、右行，送丝、退丝。焊接过程中实时显示焊接电流和焊接电压，并在出现故障时显示故障类型。

本发明以双数字信号处理器作为“从”分别对焊接小车和送丝系统进行控制系统的基础上，采用单片机为核心的人机交互系统作为“主”，通过多机通信协议的制定来控制整个焊接过程的进行，充分发挥了单片机处理器和数字信号处理器的特点，使单片机处理器成为整个数字化焊机的事件管理核心，更加高效的完成人机交互系统功能。调节旋钮更一致简洁，所有参数均由数字编码器来完成数字化调节。采用图形式液晶显示器使埋弧焊焊接全过程更加透明，使焊接过程质量监控更有效。

本发明全方位地对埋弧焊焊前数字量参数预置、数字化调节方式、焊接参数组的保存、多机通讯协议的制定和焊接过程中实时数字化和波形的动态显示监控过程，实现了埋弧焊过程的全数字化，操作界面更加科学化、人性化，操作更加便捷，符合焊机发展趋势。

附图说明

图1本发明结构框图

具体实施方式

本发明采用了美国德州仪器公司的数字信号处理器TMS320F2407为核心的送丝模块2和电源模块3，TMS320F2407作为数字信号处理器，它具有数据处理能力强、速度快的特点，采用流水线总线形式的16位定点和32位浮点的数字信号处理器；采用深圳华胄科技公司的64K位的非易失性铁电随机存储器即铁电FM24C64的外扩存储器6，FM24C64是结构容量为8,192*8位、高持久性的读写次数、掉电数据保持45年、总线速度可以达到1MHZ；采用SED1335带背光图形液晶显示模块7，SED1335是日本SEIKO EPSON公司出品的液晶显示控制器，它在同类产品中是功能最强的，其特点：有较强功能的I/O缓冲器；指令功能丰富；四位数据并行发送最大驱动能力为640 256点阵；带背光图形式显示。

如图1所示，本发明包括：单片机处理器1、数字信号处理器TMS320F2407为核心的送丝模块2、数字信号处理器TMS240F2407为核心的电源模块3、薄膜键盘模块4、数字编码器5、铁电FM24C64的外扩存储器6、SED1335带背光图形液晶显示模块7、通信线8、控制线9、控制线10，其连接关系为：数字编码器5连接到单片机处理器1，单片机处理器1通过通信线8与数字信号处理器TMS320F2407为核心的2和数字信号处理器TMS320F2407为核心的电源模块3相连接，单片机处理器1的另一端分别通过控制线10与SED1335带背光图形液晶显示模块7连接，还通过控制线9与铁电FM24C64的外扩存储器6相连接，同时还与薄膜键盘模块4相连接。

单片机处理器1作为人机交互系统的核心，薄膜键盘模块4将用户操作数据传送到单片机处理器1进行计算和处理，在对参数进行预置和修改过程中，旋转数字编码器5产生两路脉冲送入单片机处理器1，并通过软件方式来准确判断数字数码器5的转动情况完成参数的快捷调节，铁电FM24C64的外扩存储器6事先将大量显示字库和数据库进行存储，在显示时通过单片机处理器1调用；通过薄膜键盘模块4预置参数数字量并分别传给TMS320F2407为核心的送丝模块2、电源模块3，送丝模块2、电源模块3在多机通信协议下分别接收符合自己地址的命令和后续数据，再由数字信号处理器将参数实时发送给单片机处理器1，使用户操作分别对小车送丝速度、焊接电源进行控制，同时将数据实时显示于带背光图形式液晶显示模块7来监控焊接质量。从而完成用户对于整个埋弧焊焊接过程的控制。

数字编码器5是一种高精度的角位移传感器，编码器5的电源电压为5V，输出量为三组数字脉冲，单片机处理器1通过分析A、B相的波形作为编码器5是正转还是反转的判断以正确计数。

本发明采用64KB的铁电FM24C64非易失性铁电随机存储器。FM24C64是用先进的铁电技术制造的非易失性记忆体，数据在调电可以保存10年，比EEPROM可靠性更高，系统更简单。利用FM24C64事先将大量显示字库和数据库进行存储，在显示时候调用即可，同时焊接时用来存储用户在焊接前预置好的多组参数，从而用户在每次都可以使用上次保存过的任一组参数。同时将传统A/D模拟旋钮加减功能改由数字编码器实现，只需顺时针或逆时针旋转数字编码器，即可实现多种参数的修改，并能根据旋转速度的快慢，快速或慢速加减参数内容，在尽可能短的时间内设定所需的参数值。此功能克服了使用模拟电位器会使参数调节不准确的缺点。

Claims (5)

1、一种全数字化埋弧焊人机交互系统，包括：单片机处理器(1)、带背光图形液晶显示模块(7)，数字信号处理器为核心的送丝模块(2)和电源模块(3)，其特征在于，还包括：薄膜键盘模块(4)、数字编码器(5)、铁电外扩存储器(6)，数字编码器(5)连接到单片机处理器(1)，单片机处理器(1)通过通信线(8)与数字信号处理器为核心的送丝模块(2)、数字信号处理器为核心的电源模块(3)相连接，单片机处理器(1)的另一端通过控制线(9、10)分别连接铁电外扩存储器(6)和带背光图形液晶显示模块(7)，并同时与薄膜键盘模块(4)相连接。

2、根据权利要求1所述的全数字化埋弧焊人机交互系统，其特征是，薄膜键盘模块(4)将用户操作数据传送到单片机处理器(1)进行计算和处理，旋转数字编码器(5)在对参数进行预置和修改过程中产生两路脉冲送入单片机处理器(1)，并通过软件方式来准确判断数字数码器(5)的转动情况完成参数的快捷调节，铁电外扩存储器(6)事先将大量显示字库和数据库进行存储，在显示时通过单片机处理器(1)的调用，薄膜键盘模块(4)预置参数，其数字量分别传给数字信号处理器为核心的送丝模块(2)、电源模块(3)，送丝模块(2)、电源模块(3)在多机通信协议下分别接收符合自己地址的命令和后续数据，再由数字信号处理器将参数实时发送给单片机处理器(1)，使用户操作分别对小车送丝速度、焊接电源进行控制，同时将数据实时显示于带背光图形式液晶显示模块(7)来监控焊接质量，从而完成对整个埋弧焊焊接过程的控制。

3、根据权利要求1所述的全数字化埋弧焊人机交互系统，其特征是，数字编码器(5)，其电源电压为5V，输出量为三组数字脉冲，单片机处理器(1)通过分析A、B相的波形作为数字编码器(5)是正转还是反转的判断以正确计数。

4、根据权利要求1所述的全数字化埋弧焊人机交互系统，其特征是，铁电外扩存储器(6)，其结构容量为8,192*8位、高持久性的读写次数、总线速度达到1MHZ，预先将字库合数据库存进，使用时由单片机处理器(1)进行调用。

5、根据权利要求1所述的全数字化埋弧焊人机交互系统，其特征是，数字信号处理器为核心的送丝模块(2)和电源模块(3)中，采用流水线总线形式的16位定点和32位浮点的数字信号处理器。