CN209070394U - 一种焊接温度监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种焊接温度监测系统。该焊接温度监控系统包括温度监测单元、处理器单元、辅助单元和计算机，温度监测单元和辅助单元与处理器单元连接，处理器单元与计算机连接，温度监测单元包括K型热电偶和MAX6675型信号处理器，K型热电偶接入MAX6675型信号处理器，MAX6675型信号处理器接入处理器单元，处理器单元为STC90C516型单片机。本实用新型具有实时监测、动态显示、历史数据查询等优点。

Description

一种焊接温度监测系统

技术领域

本实用新型涉及焊接领域，尤其是一种焊接温度监测系统。

背景技术

焊接已经广泛应用于航空航天、电子、汽车、家用电器等行业。焊接时的温度对于焊接质量影响很大，我国目前大多数制造企业中焊接生产主要依靠工人的技术水平和经验来保证，缺乏相关管理平台。因此有必要实时监测焊接的参数，建立相应的数据库，提升企业的焊接过程管理能力，并为产品质量提供保障。

以计算机为核心的监控系统得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防领域。社会的不断进步，在线监测并处理数据显得尤为重要。虚拟仪器因其高性能、开放性、性价比高的特点，在很多方面都已经开始加以利用，完成了各种检测、监控、自动化的应用。目前，该开发软件在国际测试、测控行业比较流行，在国内的测控领域也得到广泛应用，但是在焊接领域仍未进行应用。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种焊接温度监测系统及方法，基于虚拟仪器LabView开发工具，设计了焊接温度监测系统和方法，具有焊接温度测量采集、温度实时显示、温度数据存储、处理分析等功能。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型为一种焊接温度监测系统，其特殊之处在于：该温度监控系统包括温度监测单元、处理器单元、辅助单元和计算机，温度监测单元和辅助单元与处理器单元连接，处理器单元与计算机连接，温度监测单元包括K型热电偶和MAX6675型信号处理器，K型热电偶接入 MAX6675型信号处理器，MAX6675型信号处理器接入处理器单元。

上述辅助单元包括电源电路、时钟电路和输入单元，电源电路、时钟电路和输入单元分别和处理器单元连接。

上述处理器单元为STC90C516型单片机。

上述MAX6675型信号处理器通过SPI接口接入STC90C516型单片机。

上述监测系统还包括无线传输单元，处理器单元通过无线发送单元与计算机连接。

上述无线传输单元采用NRF24L01无线通信模块。

上述计算机装有LabVIEW软件。

上述监测系统还包括显示报警单元，显示报警单元包括显示单元和报警电路，显示单元和报警电路分别与处理器单元连接，显示单元为TFT2.4液晶屏，报警电路为蜂鸣器。

本实用新型具有以下优点：

1、实时监控：本实用新型的系统通过K型热电偶采集温度信息，传输给处理器单元进行处理，若超出预设值，则报警，提醒操作人员降低温度，提高产品的合格率。

2、动态显示：本实用新型利用labview软件可以将每次的焊接温度数据以曲线的形式动态显示，便于管理人员监控整个焊接过程。

3、历史数据查询：利用labview软件将每组焊接温度数据进行保存，便于管理人员及操作者调用查看，以分析出现问题的原因，并进行改进，降低产品的不合格率。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的系统框图；

图2为本实用新型实施例二的系统框图；

图3为本实用新型的监测方法流程图。

附图标记如下：

1、辅助单元，2、温度监测单元，3、处理器单元，4、计算机，5、显示报警单元。

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例一的系统主要是由辅助单元1、温度监测单元2、处理器单元3、计算机4和LabVIEW软件组成。温度监测单元2和辅助单元1与处理器单元3连接，处理器单元3与计算机4连接；辅助单元1包括电源电路、时钟电路及输入单元，电源电路、时钟电路和输入单元分别和处理器单元3连接，计算机内装有LabVIEW软件；处理器单元3还接有显示报警单元5。

温度监测单元2包括K型热电偶和MAX6675型信号处理器；K型热电偶的个数可以为多个，相应的MAX6675型信号处理器也对应为多个，可以同时对现场多个焊接温度进行监测，在本实施例中，K型热电偶和MAX6675型信号处理器均为3个。由于焊接温度最高达800℃以上，温度监测单元2因此不能选用普通的传感器，而要选用K型热电偶来实现温度的采集。K型热电偶具有测量范围广、测量精度高、稳定性好、抗氧化性能强、热响应快、耐振动、使用方便等特点。可以直接测量各种生产中0℃--1300℃范围的液体、蒸汽、气体及固体表面的温度。由于K型热电偶输出电势极其微弱，而且存在冷端温度误差和输出电势与被测温度的非线性问题，易引起较大的测量误差，因此温度监测单元2采用MAX6675型信号处理器进行信号放大、冷端补偿、线性化、A/D转换。MAX6675型信号处理器内部集成有冷端补偿电路，带有3位串行SPI接口。可以将温度信号转换成12位数字量，可以测量0℃–1023.75℃范围的温度。 MAX6675型信号处理器采用标准的SPI串行外设总线与处理器单元3接口连接。

处理器单元3采用51单片机作为微控制器，型号为STC90C516,STC90C516 为51系列增强型8位单片机，有32个I/O口，片内含64KFLASH工艺的程序存储器，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜，其外部晶振范围6-33 MHz，一个指令周期可达1μS。最小系统主要包括:复位电路、振荡电路以及存储器选择模式(EA脚的高低电平选择)。STC90C516单片机是深圳宏晶科技有限公司推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片机。

处理器单元3还可通过无线传输单元与计算机3连接。无线传输单元为 NRF24L01，本模块既可实现数据的查收，又可实现数据的发送。它通过SPI口向芯片发送指令，从而实现芯片的接收或发送功能。该模块的基本工作流程如下：首先系统进行初始化，进行NRF24L01的设置，包括SPI接收与发送的地址、配置寄存器、设置发射接收频率等。接下来进行工作模式的设置，CE为低电平时设置模块为待机模式，随后给CE高电平，进行短暂的延时，配置好工作模式准备接收或发送。

LabVIEW软件设计：该系统软件部分主要包括系统前面板的设计、系统程序框图的设计及LabVIEW串口通信。系统前面板的设计包括实时温度数据显示前面板和历史数据查询前面板两部分，系统程序框图的设计包括焊件温度数据采集、温度实时显示、温度数据保存几部分。

前面板是图形用户界面，也就是虚拟仪器面板，用于用户输入和输出两类对象。在前面板上具体显示有串口设置、报警设置、实时数据及历史数据等。在LabVIEW设计当中可以采用许多丰富的图形界面来进行前面板的设计，其中，波形图表就能非常清晰和直观的实时显示采集到得温度数据波形。

参见图2，本实用新型实施例二的系统还可增加显示报警单元5，显示报警单元5直接与处理器单元3连接。

显示报警单元5包括显示单元及报警电路。其中显示单元采用液晶屏 TFT2.4作为显示模块，TFT2.4内部存储了240个不同的点阵字符，包括阿拉伯数常用标点等，可以满足该系统温度值的显示要求。报警电路采用蜂鸣器作为报警电路。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。由于处理器单元3输出电流只有十几毫安左右，不能驱动蜂鸣器正常工作，所以需要利用PNP三级管驱动，处理器单元3只起控制作用。

本实用新型的系统工作过程为：利用K型热电偶测量焊件的温度，由于热电偶输出电势极其微弱，而且存在冷端温度误差和输出电势与被测温度的非线性问题，易引起较大的测量误差。因此采用MAX6675进行信号放大、冷端补偿、线性化、A/D转换。经MAX6675处理后的信号送给处理器单元3，处理器单元3 将接收到的温度数据分析处理后一方面送给显示单元进行显示，另一方面当焊接温度超出预设值时启动报警电路报警，同时将测得的温度数据通过无线传输单元发送给计算机4。计算机4接收到数据后通过LabVIEW软件实时显示、报警、保存数据、动态曲线显示等。LabVIEW软件设计主要包括前面板和程序框图的设计，前面板主要包括串口设置、报警设置、实时数据及历史数据、波形图等控件，还设置有上限报警及下线报警。程序框图主要采用程序结构及子VI 调用的方法来设计。在焊接的过程中，通过计算机4监测焊接温度的变化情况，若温度大小超出所要求的范围，则报警，工作人员听到报警后就要调节焊接温度的大小使之位于所要求的范围内。通过对焊接温度数据的分析，有利于找出影响焊件质量的因素，进一步改进焊件质量。

参见图3，本实用新型的监控方法的具体步骤如下：

1)SPI接口初始化

处理器单元3和MAX6675型信号处理器进行数据通信前，需要配置SPI接口，SPI接口是一个环形总线结构；MAX6675型信号处理器只能作为从设备，处理器单元3给MAX6675型信号处理器的CS提供的电平由高电平变为低电平时， MAX6675型信号处理器开始温度数据的转换，并在处理器单元3的时钟引脚SCK 的周期作用下通过SO输出已转换的16位数据到处理器单元3；当CS引脚由低电平变为高电平时，MAX6675型信号处理器停止任何转换过程；一个完整串行接口读操作需16个时钟周期，在时钟的下降沿读16个输出位，第一位和第15位为标志位，总为“0”；第14位到第3位为转换的温度值，第2位为低电平；

2)K型热电偶采集焊接温度数据，并传入MAX6675型信号处理器；

3)MAX6675型信号处理器将焊接温度数据信号放大、冷端补偿、线性化和 A/D转换后传入处理器单元；

4)处理器单元将焊接温度数据传入计算机；同时在处理器单元中预设温度范围，并由处理器单元判断焊接温度数据是否在温度范围内，若不是，则报警，若是则显示数据；

5)利用计算机中的LabVIEW软件，将每次的焊接温度数据以曲线的形式动态显示并报警，便于管理人员监控整个焊接过程；

6)利用计算机中的LabVIEW软件，将每次的焊接温度数据进行保存，便于管理人员进行数据分析。

Claims (8)

1.一种焊接温度监测系统，其特征在于：该温度监控系统包括温度监测单元、处理器单元、辅助单元和计算机，所述温度监测单元和辅助单元与处理器单元连接，所述处理器单元与计算机连接，所述温度监测单元包括K型热电偶和MAX6675型信号处理器，所述K型热电偶接入MAX6675型信号处理器，所述MAX6675型信号处理器接入处理器单元。

2.根据权利要求1所述的焊接温度监测系统，其特征在于：所述辅助单元包括电源电路、时钟电路和输入单元，所述电源电路、时钟电路和输入单元分别和处理器单元连接。

3.根据权利要求2所述的焊接温度监测系统，其特征在于：所述处理器单元为STC90C516型单片机。

4.根据权利要求3所述的焊接温度监测系统，其特征在于：所述MAX6675型信号处理器通过SPI接口接入STC90C516型单片机。

5.根据权利要求4所述的焊接温度监测系统，其特征在于：所述监测系统还包括无线传输单元，所述处理器单元通过无线发送单元与计算机连接。

6.根据权利要求5所述的焊接温度监测系统，其特征在于：所述无线传输单元采用NRF24L01型无线传输模块。

7.根据权利要求6所述的焊接温度监测系统，其特征在于：所述计算机装有LabVIEW软件。

8.根据权利要求1—7任一权利要求所述的焊接温度监测系统，其特征在于：所述监测系统还包括显示报警单元，所述显示报警单元包括显示单元和报警电路，所述显示单元和报警电路分别与处理器单元连接，所述显示单元为TFT2.4液晶屏，所述报警电路为蜂鸣器。