基于ZigBee技术的单片机控制CO2气保焊机研究

摘要

CO2气保焊因高效节能、焊接成本低、易于实现自动化等优点在焊接生产中应用广泛，但焊接飞溅较大、焊缝成形较差、参数调节不便等问题一直没有得到很好解决。国外的全数字化焊接电源能够实现低飞溅焊接，但存在设备成本高、操作系统复杂，维护困难等缺点，限制了其广泛应用；本文研究一种焊接飞溅小、成本低、工作性能稳定、焊接参数可无线远程显示调节的基于ZigBee技术的单片机控制CO2气保焊机，具有较大的科学研究价值和工程应用价值。
　　本文设计了基于ZigBee技术的单片机控制CO2气保焊机主电路拓扑和控制系统。设计了双管单端正激主电路拓扑结构，使用复位二极管解决变压器偏磁问题，与全桥和半桥相比电路更加简单，控制系统适应性更强，焊机成本更低。设计了基于单片机LM4F232和芯片UC3845为硬件基础的峰值电流模式双闭环控制系统。焊接过程中，短路时，采用电流负反馈控制系统对熔滴短路过渡阶段的焊接电流输出波形进行实时控制，减少焊接飞溅；燃弧时，采用电压电流双闭环控制系统对焊接电压和焊接电流进行实时精细控制，改善焊缝成形。
　　本文同时采用短距离无线通讯ZigBee技术，以两块8051单片机为内核的射频芯片CC2530为基础，设计了无线通信硬件电路和软件程序，其中一块与主控单片机LM4F232进行串口通信，实现焊接参数的远程显示和调节。这样，焊工可即时掌握焊接参数，且无需到送丝机处进行调节，这样有利于控制焊缝质量和提高焊接生产效率。相比于有线控制盒，解决了线路繁杂、携带不便及容易被干扰等问题。同时为未来电焊机的组网监控打下基础。
　　本文还设计了焊接参数一元化程序，使得焊接参数调节更加方便；设计了外特性切换程序，可实现焊机平外特性和下降外特性输出，兼顾了手工焊条电弧焊和气体保护焊两种焊接方法，使得工程应用场合更加广泛。
　　最后对所设计的焊机焊接输出波形进行了测试分析，对焊接参数无线远程显示调节进行了操作验证。试验表明焊机主电路结构设计合理，功率开关器件工作可靠；焊接飞溅小、焊缝成形良好、焊接参数一元化调节方便快捷、焊接参数可无线远程调控、达到了论文的设计目的。

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第1章 绪论

1.1 选题的意义和实用价值

1.2 CO2气体保护焊的特点

1.3 CO2气体保护焊对弧焊电源的要求

1.4 焊接电源主电路拓扑

1.5 ZigBee技术基本理论

1.6本文主要研究内容

第2章 功率变换电路设计

2.1 总体设计目标与设计方案

2.2功率变换电路拓扑结构设计及元器件参数选择

2.3 本章小结

第3章 控制系统硬件电路设计

3.1 控制系统框图

3.2控制系统硬件电路设计

3.3驱动电路设计

3.4送丝电路设计

第4章 控制系统软件结构与程序设计

4.1 控制系统软件功能分析

4.2 控制系统软件设计

4.3 射频芯片CC2530与LM 4F232通信程序设计

4.4 基于ZigBee技术的无线通信程序设计

4.5 本章小结

第5章 试验数据分析

5.1 UC3845输出波形测试分析

5.1 UC3845输出端6号引脚输出波形

5.2送丝机波形测试分析

5.2 送丝机电机驱动波形

5.4 焊接参数远程显示数据分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间申请的专利及获奖

致谢