基于无线网络的焊机通用数据采集系统设计

摘要

产品质量就是产品的生命，产品的焊接质量对产品的质量起决定性作用。尤其是在锅炉制造行业，与焊接质量直接相关的焊接参数对锅炉焊接质量起决定性作用。因此，实现对锅炉焊接参数的监测与控制对提高产品的质量尤为重要。目前在焊接领域，随着数字化焊机的广泛应用，其实现了对产品焊接时的工作状态的实时监测与控制，提高了焊接生产过程的自动化程度与信息化管理水平，大幅度的提高了锅炉生产的质量。但是这种情况只是针对整个车间对焊机向数字化的整体更新换代。在很多情况下，车间的焊机由于使用寿命、工作条件的限制，导致了焊机的更新频率不一样，车间内存在大量的，并且可能种类繁多的焊机，例如OTC，PANASONIC，FRONIUS，AOTAI等各式焊机，而对于这些焊机的焊接参数的监控就变得尤为重要。
　　传统工业监控中常用的是有线方案，而在焊接行业现场应用中，由于恶劣的环境或人为因素造成传统布线施工繁琐、线路故障频繁等很多难以克服的问题，这使得系统维护相当困难。随着无线通信和传感器技术的发展，无线传感器网络应用于工业监视和控制的优势日趋明显。将先进的无线传感器技术应用于焊接生产线，能够实时监控焊机工作状态的同时又减少了布线带来的问题。
　　针对目前焊机工业监控的现状，本文设计了一种基于MSP430单片机的焊机通用数据采集系统，采用无线传感器网络代替传统的有线数据传输方案，实现对对模拟焊机的实时工作状态的监控。本文的主要内容包括焊机通用数据采集系统的硬件设计、软件设计、滤波器设计及系统调试，实现一种功能完善、性能可靠的焊机通用数据采集系统。
　　第一部分是焊机通用数据采集系统总体设计。介绍了基于济南普赛通信技术有限公司自主研发的无线传感器网络的焊机通用数据采集系统的总体设计方案。
　　第二部分是焊机通用数据采集系统硬件设计。本文从芯片选型、芯片特性及芯片外围电路设计等方面详细介绍了以MSP430F5438为核心的控制器、温度采集器和基站硬件电路设计，包括单片机最小系统模块、电源模块、串口通信模块、实时时钟模块、传感器接口模块、温度采集器模块、报警灯模块、指示灯模块、IC卡模块和SD卡记录仪模块。
　　第三部分是焊机通用数据采集系统软件设计。系统软件设计是基于FreeRTOS实时操作系统，利用FreeRTOS实时操作系统的多任务机制能够很好地进行各功能模块的开发和同步运行，简化软件设计，缩短开发周期。系统软件设计包括控制器软件设计、温度采集器软件设计、SD卡记录仪软件设计和基站软件设计及滤波器设计。
　　最后，本文利用现有的实验条件对设计的硬件平台进行调试，验证系统工作的可靠性和稳定性，并将系统应用到实际现场中，利用上位机数据采集系统软件对系统整体功能进行测试。测试结果表明，本文设计的基于无线网络的焊机通用数据采集系统可以实现对模拟焊机的实时监测和控制，满足系统的设计要求。

目录

声明

摘要

第—章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 焊机监控系统现状

1．3 本文主要工作及章节安排

第二章 焊机通用数据采集系统的总体设计

2．1 焊机通用数据采集系统方案研究

2．2 焊机通用数据采集系统的总体设计

2．2．1 系统总体方案论述

2．2．2 系统硬件设计方案研究

2．2．3 系统软件设计方案研究

2．3 本章小结

第三章 焊机通用数据采集系统硬件设计

3．1 系统硬件电路设计方案

3．2 单片机最小系统模块

3．2．1 MSP430F5438单片机简介

3．2．2 单片机最小系统电路设计

3．3 电源模块

3．4 串行通信模块

3．4．1 串行通信电路设计

3．4．2 RS422模块

3．4．3 RS232模块

3．5 实时时钟模块

3．6 传感器接口模块

3．6．1 电压传感器模块

3．6．2 电流传感器模块

3．7 报警灯模块

3．8 指示灯模块

3．9 IC卡模块

3．10 温度采集器模块

3．11 SD卡记录仪模块

3．12 本章小结

第四章 焊机通用数据采集系统软件设计

4．1 焊机通用数据采集系统软件设计方案

4．2 软件开发平台

4．2．1 IDE开发环境

4．3 AD转换模块软件设计

4．3．1 AD转换模块的初始化函数

4．3．2 AD转换模块的数据接口函数

4．4 控制器软件设计

4．4．1 主程序设计

4．4．2 系统初始化

4．4．3 数据采集任务

4．4．4 数据处理任务

4．4．5 数据发送任务

4．4．6 控制器配置参数任务

4．4．7 串口通信模块软件设计

4．4．8 无线接收回调

4．4．9 串口接收回调

4．5 控制器配置软件

4．6 SD卡记录仪软件设计

4．7 温度采集器软件设计

4．8 基站软件设计

4．9 数字滤波器设计

4．9．1 模拟焊机工作状态分析

4．9．2 数字滤波器简介

4．9．3 数字滤波器的设计

4．9．4 数字滤波器性能评估

4．10 本章小结

第五章 系统调试与可靠性分析

5．1 系统硬件调试

5．2 系统功能测试

5．2．1 系统部署

5．2．2 系统功能测试结果

5．3 系统可靠性分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要研究工作

6．2 后续研究工作

参考文献

致谢