基于USB总线的弧焊电参数检测分析系统设计

摘要

本论文开发设计了基于USB型单片机C8051F320的弧焊参数虚拟仪器检测分析系统。本系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，以焊接电流、电弧电压为数据采集信号源。文中对涉及到的USB2.0通信协议、小波分析理论、人工神经网络理论进行了必要的阐述，对系统的硬件设计、软件开发和主要软件功能进行了详细的分析说明。 硬件系统利用单片机C8051F320构筑信号采集硬件核心，该型号单片机由美国Cygnal公司推出，自带USB2.0协议的USB控制器，并集成A/D转换模块，因此硬件电路设计更简便，可实现采集数据的高速、实时传输。采用这种硬件设计方案，其成本大大低于目前使用最多的插入式数据采集卡，并且充分发挥单片机开发性能优越，使用灵活的特点，具有USB设备即插即用、热插拔的优点，便于实现嵌入式系统集成，与数字化焊机结合实现产品化。 软件系统由下位机程序、USB驱动程序和上位机程序组成。下位机程序即固件程序用C语言开发；USB驱动程序采用美国国家仪器（NI）公司提供的VISA软件包来自动生成，实现对USB设备的控制；上位机程序即高级应用程序采用NI公司推出的LabVIEW7.1语言开发。LabVIEW是一种图形化的编程方式，使程序编制更快捷、直观，且易于调试、理解和维护。 整个系统具有信号实时采集、波形数据显示与回放、任意数据段截取、数据存储、打印输出等功能。本系统可实现的分析功能有最高至8层小波消噪、弧焊过程特征信息的小波提取、瞬时U-I图绘制、电弧电压概率密度分布图绘制、焊接电流概率密度分布图绘制、短路时间频数分布图绘制、燃弧时间频数分布图绘制以及电压、电流、短路时间、燃弧时间的均值、方差、标准差统计分析，在统计分析基础上运用人工神经网络技术评估焊接质量。可基本满足对弧焊过程电参数数据分析、指导焊接实验、生产的需要。 本论文设计开发的弧焊参数检测分析系统成功实现了USB型单片机与LabVIEW开发平台的数据通信，并集成了两者的优势，使用方便，为焊接生产、试验提供了一套分析弧焊数据、预测焊接质量的高效系统。