基于ARM的PE管材热熔焊接机控制系统的设计与实现

摘要

聚乙烯（PE）管道系统在各个行业的应用越来越广泛，特别是PE管道在燃气输送和给水排水方面的快速发展，使得PE管道正在逐步的替代金属管道系统。PE管道的连接技术是PE管道系统应用中的关键技术之一，连接的质量对PE管道系统整体寿命有重大影响。热熔对接焊是一种经济、快速有效的连接方法，具有密封、均匀、牢固的优点，同时又有焊接过程复杂，工艺参数多的特点，对焊接机的自动化程度要求较高。然而，目前国内工程上还没有全自动化的热熔焊接机，焊接过程需要人工干预，管道焊接质量难以保证。因此，研究设计焊接过程全自动化的热熔对接焊机对提高焊接质量，保证PE管道系统的使用寿命有重要意义。 本文通过分析和研究热熔对接焊的焊接流程和工艺参数，提出了一种结合嵌入式技术，使焊接过程全自动化的热熔焊接机控制系统的实现方案。本文所设计的控制系统实现了热熔对接焊的焊接时序自动控制，操作纠错及错误信息管理，焊接数据的管理及追溯。课题研究的主要内容有： （1）通过分析全自动热熔对接焊机的整体需求，构建基于ARM7处理器和μC/OS-Ⅱ的嵌入式系统平台，包括设计硬件系统和移植操作系统； （2）实现热熔对接焊过程的全自动化，包括自动控制铣削管道端面；测量拖动压力以及自动补偿拖动力；自动控制热板插入后的所有焊接阶段即：加压、成边、降低压力、吸热、抽板、加压、保压、冷却的自动控制。焊接过程中各个阶段以曲线方式动态的显示给用户，焊接完成后焊接数据自动存储； （3）实现系统必须的功能模块，主要包括LCD图形用户界面、数据管理模块、USB移动存储器读写模块。硬件主要实现电源、复位和时钟电路；USB、SPI总线和UART接口电路；A/D和D/A转换接口电路；LCD接口和JTAG接口电路等。软件方面主要包括LCD控制芯片驱动程序、基本图形处理程序、图形用户界面、数据管理系统、USB控制芯片驱动程序、USB大规模存储器协议实现、FAT16/FAT32文件系统操作程序以及自动控制程序等。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题的研究背景及国内外现状

1.2课题的主要研究内容

第二章 嵌入式热熔焊接机智能系统的总体设计

2.1热熔对接焊流程

2.2热熔对接焊工艺参数

2.3系统需求分析

2.4控制系统硬件原理框图

2.5控制系统软件部分的总体设计思路

第三章 嵌入式热熔焊接机智能系统的硬件设计

3.1焊接机的液压系统

3.2电源、复位和时钟电路

3.3传感器变送电路和D/A转换调节电路

3.4 USB、SPI总线和串行接口电路

3.4.1 SL811HS芯片和USB接口电路

3.4.2 SPI接口总线

3.4.3串行接口总线

3.5LCD接口电路和JTAG接口电路

3.5.1 LCD接口电路

3.5.2 JTAG接口电路

3.6键盘扫描电路和开关输入输出端口电路

第四章 嵌入式热熔焊接机智能系统的软件设计

4.1 μC/OS-Ⅱ在LPC2138的移植

4.2系统启动代码的编写

4.3软件任务的划分和设计

4.4 LCD显示模块

4.4.1 LCD驱动程序

4.4.2基本图形层

4.4.3应用接口层

4.5 A/D数据采集模块和数据管理模块

4.5.1.A/D数据采集模块

4.5.2数据管理模块

4.6串口与打印机控制

4.7 USB转存数据模块

4.7.1 USB主控制器驱动

4.7.2 USB总线驱动

4.7.3 USB设备枚举

4.7.4 USB大规模存储器设备驱动与RBC命令接口

4.7.5 FAT16/FAT32文件系统操作与焊接数据的存储

4.8自动焊接程序

4.8.1焊接流程

4.8.2铣削的控制

4.8.3拖动压力的辩识

4.8.4进入焊接时序前的准备

4.8.5焊接时序的自动控制

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢