基于双处理器的点焊控制系统的硬件设计

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:321

点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电流通过焊件时产生的电阻热熔化母材金属，冷却后形成焊点的一种电阻焊方法。其通电加热时间一般为几至几十周波（一周波为０．０２ｓ），而电流有效值一般为几至几十ｋａ。

点焊是一个高度非线性、存在多变量耦合作用和大量随机不确定因素的过程，其形核处于封闭状态，时间极短，特征信号提取困难，控制难度较大。

１设计思想和总体方案

近年来，智能控制技术正被积极地引入点焊控制研究领域，但由于其算法高度复杂、计算密集，因此对系统的实时性要求越来越高。另一方面，ｄｓｐ（数字信号处理器）技术的蓬勃发展，使得其在工业控制领域的应用越来越广泛。因此在本设计中，使用ｄｓｐ作核心处理器，充分发挥其运算速度快的优势，并尝试利用多种智能控制算法对点焊进行质量控制，以提高焊点的质量和可靠性。在实际工作中，点焊需要设置的参数较多，操作者不得不依赖于各种手册、说明书和／或专家编制的工艺文件来进行设置；而且在选定参数之后，往往还需要通过一系列的旋钮、按钮等开关进行设置，操作复杂，容易造成混乱。因此在本设计中，应用ｍｃｕ（单片机）实现人机对话功能。通过键盘输入和液晶显示，既充分体现了数字化控制的优势，也有助于实现点焊专家系统。由于点焊系统工作在大电流、强磁场的环境下，因此控制系统的抗干扰问题尤为重要，且ｄｓｐ的工作频率高，所以将信号的输入、输出部分和ｄｓｐ、ｍｃｕ模块分开，设计独立的ａｄ＆ｉｏ模块。

系统的总体方案如图１所示。

２ｄｓｐ模块的设计

本系统选用了ｄｓｋ－ｔｍｓ３２０ｖｃ５４０２tms320vc5402芯片作控制核心。ｄｓｋ是ｔｉ公司提供的一套标准的ｄｓｐ开发平台，其目的是令使用者能较快地开发和应用基于ｄｓｐ的系统，为最终的目标系统提供软、硬件设计参考模板。有关ｄｓｋ的具体说明请参阅有关的技术资料。

ｄｓｋ提供了存储器接口和外围设备接口两列扩展接口。根据"灰箱法"的设计思想，不用完全理解ｄｓｋ的内部原理，只需在对其整体有一个基本了解的基础上，选择可能要用到的信号即可。因此专门设计了一块转接板，作为外围电路与ｄｓｋ之间通讯的桥梁。从ｄｓｋ中引出了２６个信号，如表１所示。

３ａｄ＆ｉｏ模块的设计

该模块包括ａ／ｄ转换、输入、输出三部分电路，它们分别负责模拟信号的输入和转换以及开关信号的输入和控制信号的输出。

３．１ａ／ｄ转换电路

ａ／ｄ转换器的选取主要考虑所采集的模拟信号的数量、精度及与ｄｓｐ的速度匹配等，综合考虑后，选用ｔｉ公司生产的１２位４通道高速ａｄ－ｔｌｖ２５４４tlv2544。

本设计中ａ／ｄ转换电路分为三部分：第一部分由５．１ｖ的稳压二极管及滤波电容１０３组成，构成模拟输入部分；第二部分由ｔｌｖ２５４４tlv2544组成，完成ａ／ｄ转换；第三部分由八相缓冲器７４ｌｓ２４４74ls244组成，完成ｄｓｐ与ｔｌｖ２５４４tlv2544之间的通讯，如图２所示。

ａ／ｄ转换电路的工作是由ｄｓｐ的多通道缓冲串口ｍｃｂｓｐ来控制的。ｍｃｂｓｐ通过其数据输出口ｄｘ０发送控制字到ｔｌｖ２５４４tlv2544的ｓｄｉ口，该控制字为１６位，前４位是指令位。如果ｔｌｖ２５４４tlv2544接收到的前四位是０ｘａ，那么接下来的１２位就会被当作控制字译码；相反，如果前４位接收到的是０ｘｅ，那么ａｄｃ将继续输出ｆｉｆｏ的内容到ｓｄｏ中。其中，ｓｄｉ和ｓｄｏ分别是ｔｌｖ２５４４的控制信号输入口和已转换好的数字信号输出口。当ｔｌｖ２５４４按ｄｓｐ发出的控制字转换到一定时候（如ｆｉｆｏ堆栈满）时，则发出ｉｎｔ信号通知ｄｓｐ接收。ｄｓｐ接收到ｉｎｔ信号后，经ｘ＿ｄｒ０口读入ｔｌｖ２５４４已转换好的串行数据。

３．２输入和输出电路

为了抵抗电气干扰和高压电击，在本设计中，输入和输出电路均采用光隔ｐｃ８１７传递逻辑信号，实现电气隔离。另外还使用反相器７４ｈｃ１４74hc14对传输信号进行整形，利用施密特特性消除毛刺干扰，