触摸屏技术在镁合金微弧氧化过程控制中的应用

摘要

由于镁的活泼性，导致其应用受到限制，如何改善镁及镁合金表面抗腐蚀性得到了广泛的关注。从阳极氧化基础上发展而来的微弧氧化是表面处理的一项新技术。根据本课题组近年对镁合金微弧氧化放电机理的有益探究，结合实验室环境下镁合金微弧氧化工艺实验，认为不同电源输出模式下的微弧氧化过程都可以归纳为三个阶段，即阳极氧化、微区放电和大弧阶段。阳极氧化阶段伴随整个微弧氧化过程，而镁合金抗腐蚀膜层则主要形成于微区放电阶段。大弧阶段是由前两个阶段的热积累导致电弧放电的“短板效应”所造成，大弧放电会对镁合金抗腐蚀膜层产生严重的烧蚀，所以该阶段应尽量避免。
　　 基于对微弧氧化过程理论的分析，提出了过程控制的概念，即在微区放电阶段对电压和电流参数进行调控。本文主要根据微弧氧化机理以及现有实验平台，设计了恒流和恒电压增幅两种电源加载模式，分析过程控制对人机系统的要求。经研究，不同电源加载模式对镁合金膜层性能性能及过程稳定性有很大影响。过小的电压增幅或电流值会减低成膜效率，相反过高则会降低镁合金抗腐蚀膜层质量。
　　 为了更好的显示和处理微弧氧化过程参数，采用台湾威纶公司生产的高效能32bit精简指令集工业触摸屏TK6070iH代替现有以AT89C52单片机为控制核心并配以旋钮、按钮、指示灯和数码管组成的传统人机界面。应用触摸屏技术，实现了过程参数的实时储存和图像化显示，能够方便调用和下载历史数据，从而更好的优化过程控制方案，提高镁合金抗腐蚀膜层性能和过程的稳定性。
　　 由于大部分工业触摸屏包括TK6070iH都是面向PLC而开发，但现有电源是以80C196KB单片机为控制核心，故在实际应用中需开发触摸屏的驱动系统。驱动系统主要包括串口硬件设计和通信软件设计两方面。在硬件设计中，利用RS-232串行接口的TXD、RXD、GND三根线，由于上、下位机之间电平的差异，所以需要电平转化电路，本系统中用到了MAX202E。软件方面采用MODBUS协议下的RTU模式，实现触摸屏与电源控制系统的通信。上位机应用组态软件MT8000开发出图像化显示、USB数据下载等工作界面。试验表明，设计的触摸屏软件和硬件电路，能够满足微弧氧化过程控制的各种要求，拓宽了微弧氧化电源的功能，提高了生产应用的能力。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 微弧氧化微区放电机理

1．1．2 基于微区放电机理的微弧氧化阶段分析

1．1．3 微弧氧化电源及输出波形

1．2 微弧氧化实验平台

1．2．1 电源系统

1．2．2 实验材料及检测方法

1．3 问题的提出

1．4 触摸屏技术概述

1．4．1 触摸屏技术的发展

1．4．2 触摸屏的分类及优缺点

1．4．3 电阻式触摸屏的工作原理

1．4．4 触摸屏技术的工程应用现状

1．5 课题意义及研究内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题研究的内容

第2章 微弧氧化过程控制的研究

2．1 不同电源模式下的微弧氧化过程

2．1．1 直流电源下的微弧氧化

2．1．2 单极性脉冲下的微弧氧化

2．1．3 双极性脉冲模式下的微弧氧化

2．2 镁合金微弧氧化过程控制的概念

2．3 两种加载方案下微弧氧化过程的比较

2．3．1 电压增量加载

2．3．2 恒电流加载

2．4 微弧氧化过程控制方案的提出

2．5 本章小结

第3章 基于过程控制理论触摸屏界面的设计

3．1 触摸屏的选择

3．2 触摸屏界面的设计环境

3．2．1 窗口

3．2．2 事件登陆与资料取样

3．2．3 索引寄存器的应用方法

3．3 触摸屏工程界面的设计

3．3．1 登陆界面的设计

3．3．2 主界面的设计

3．3．3 参数设定界面的设计

3．3．4 电参数图形化显示界面的设计

3．3．5 等效电阻图形化显示界面的设计

3．3．5 现场监控与报警界面的设计

3．3．6 历史资料显示界面的设计

3．3．7 4阶段微弧氧化过程控制界面的设计

3．3．8 其它界面的设计

3．4 本章小结

第4章 基于MODBUS协议触摸屏与单片机的通信

4．1 MODBUS协议概述

4．1．1 主、从设备查询-回应格式

4．1．2 传输方式

4．1．3 错误检验方法

4．2 硬件电路设计

4．3 通讯软件设计

4．3．1 MODBUS Sever的设定

4．3．2 MODBUS RTU的地址说明

4．3．3 通信方案及调试程序

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文