摘 要： 介紹了一種利用ticle/index.aspx?id=24114">DSP對電阻焊焊接電流進行在線檢測的系統(tǒng)，主要包括硬件設計、電流檢測軟件、LCD和按鍵軟件設計。本系統(tǒng)通過溫度和初值補償設計，提高了檢測準確度。試驗結果表明，系統(tǒng)最大檢測誤差為0.67%。
關鍵詞： 電流檢測；DSP；溫度補償
電阻焊是一種將電網(wǎng)的能量經轉換后直接對工件進行熔合的高自動化程度的焊接方法。它廣泛地應用于汽車、航空及航天等行業(yè)。隨著電阻焊應用領域的不斷擴展及深入，對焊接質量也提出了越來越高的要求[1]。
要對焊接質量進行精確控制的關鍵是焊接電流及其狀態(tài)電流參數(shù)的在線檢測。目前國內外測量電阻焊焊接電流有效值的方法有兩大類，即模擬法和數(shù)字法。其中數(shù)字法中的逐點積分法檢測精度高，得到了廣泛的應用[2]。該方法會占用大量的CPU時間[3]，隨著計算機技術的發(fā)展，各種高速高性能處理芯片不斷出現(xiàn)，因此本文設計了基于DSP的電流檢測系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)電流的快速準確檢測。
1 系統(tǒng)硬件設計
電流檢測系統(tǒng)硬件結構如圖1，本系統(tǒng)中采用了美國德州儀器公司(TI)的TMS320LF2812 DSP作為主控芯片，該處理器是目前國際上最先進、功能最強大的32位定點DSP芯片之一，它既具有數(shù)字信號的處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制能力。
檢測系統(tǒng)硬件由傳感器模塊、信號調理電路、A/D轉換電路、DSP模塊、鍵盤/LCD模塊組成。系統(tǒng)的信號處理電路包含兩個模塊。模塊1先對傳感信號進行積分、信號調理后，通過微分和過零比較電路，用于電流信號的檢測；模塊2將傳感器送來的信號進行積分、信號調理后，送到12位A/D轉換器MAX191中，最后由DSP進行逐點積分檢測計算，獲得電流的有效值，因此模塊2的主要作用是檢測和處理電流數(shù)值，計算的結果送到LCD液晶顯示屏顯示。
在本系統(tǒng)中，A/D轉換器的轉換位數(shù)、分辨率、轉換速度對檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)精度很重要。以往用單片機利用逐點積分法進行電阻焊焊接電流的檢測時，模數(shù)轉換大多采用8位數(shù)字輸出的ADC0809模數(shù)轉換器，它的分辨率僅為0.390 6%，轉換時間約為100 μs，A/D轉換誤差和漏采誤差都較大，造成測量精度低。為了節(jié)約轉換時間、提高檢測精度，擬采用12位逐次逼近式A/D轉換器MAX191，它的分辨率為0.024 4%，其轉換時間為7.5 μs，比ADC0809快大約13倍。用它進行模數(shù)轉換，可提高分辨率，減小A/D轉換誤差，同時可以通過增加A/D采樣次數(shù)來縮小采樣間隔，減少漏采誤差，可以保證高精度控制的要求。
系統(tǒng)采用霍爾傳感器進行電流檢測，霍爾傳感器可以檢測交直流電、電流瞬態(tài)峰值，可以隔離測量且可以應用在通信電源、電化學、電源電池監(jiān)測、電焊機、電動機監(jiān)測等場合[4-5]，具有良好的通用性。但由于霍爾元件為磁感應元件，容易受環(huán)境溫度影響，本系統(tǒng)通過在檢測電路中添加一個溫度傳感器(圖1)進行溫度補償，系統(tǒng)在檢測前進行標定，通過測量環(huán)境溫度，得到不同溫度下霍爾元件的溫度特性，則在檢測時，DSP就能夠根據(jù)不同的溫度進行軟件補償，從而提高檢測準確度。
2 系統(tǒng)軟件設計
2.1 電流檢測程序設計
由系統(tǒng)硬件設計可知，當檢測系統(tǒng)的信號處理線路檢測到有電流信號的時候，會向DSP的INT1發(fā)送一個觸發(fā)信號，使DSP產生中斷并調用中斷服務程序(如圖2)。中斷服務程序先使積分電路的13腳控制端為低電平，使積分線路進行積分；將用于數(shù)據(jù)處理的寄存器清零；然后對A/D轉換器進行數(shù)據(jù)采集；采集數(shù)據(jù)后進行溫度補償和電流值計算；再判斷檢測電流是否小于5H，如果小于，則認為電流此時為0，記錄去零電流值用于初值補償；如果不小于，則保存電流參數(shù)并繼續(xù)檢測。
由于焊機變壓器蓄能的影響，檢測電流值總表現(xiàn)為一定數(shù)字，因此在本系統(tǒng)中判斷實際電流為0是采用下限值的方式來進行。當電流采樣值小于某下限值時，程序認為實際電流為0，因此下限值的選擇顯得十分重要，下限值可以根據(jù)應用的實際情況，通過鍵盤進行設定。當電流檢測結束時，采集檢測數(shù)據(jù)作為檢測電路的去零電流值，系統(tǒng)再次檢測時，把傳感檢測數(shù)據(jù)減去零電流值就可以進行初值消除，提高了測量精度，由于系統(tǒng)采用了去零初值處理，下限值設置產生的誤差影響極小。
2.2 LCD顯示軟件設計
LCD顯示模塊主要用來顯示當前的測量結果或人機交互界面，采用金鵬電子有限公司生產的OCM128128-2圖形點陣液晶顯示模塊，共8頁(64行)128列，分左右兩屏，每屏各64列，LCD顯示模塊的流程見圖3，其中的幾個典型函數(shù)定義如下：
void check_busy(void)； //判斷液晶忙否函數(shù)
void send_cmd(Uint16 cmd)； //向控制器寫指令
void send_dat(Uint16 dat)； //向控制器寫數(shù)據(jù)
void lcd_initial(void)； //初始化
void main_page(void)； //各頁面的界面
void Set_Page_Address(Uint16 dat)； //寫頁地址
void Set_Colume_Address(Uint16 dat)； //寫列地址
void Display_char(Uint16 page，Uint16 colume，const Uint16*zifu)； //顯示字符
void clear(void)； //清屏程序
2.3 按鍵設置軟件設計
裝置的按鍵設置程序軟件采用中斷和查詢相結合的方法，如果有按鍵按下，便會產生中斷信號，進入中斷程序，然后查詢是哪些按鍵按下，進入相應的功能程序。為使按鍵可靠工作，采用延時去“抖動”以防誤操作。按鍵設置的流程圖如圖4所示，其中的延時、讀鍵、選擇和設置的子函數(shù)定義如下：
void delaykey(uint t)； //專門為按鍵設置的延時函數(shù)
void rdkey(void)； //讀鍵子函數(shù)
void select(void)； //選擇子函數(shù)，用于參數(shù)顯示、翻頁設置
void set(void)； //按鍵設置子函數(shù)，控制參數(shù)類型以及下限設置
3 檢測系統(tǒng)試驗
測試在SK3－Ⅱ微電腦電阻焊機上采用飛焊的形式進行，參照檢測儀表為日本米亞基株式會社的MM－315A型焊接監(jiān)測儀。表1為檢測試驗數(shù)據(jù)對照表。
由試驗結果分析可知，本電流系統(tǒng)試驗測得的焊接電流與用MM－315A型焊接監(jiān)測儀測得的焊接電流相比較，其電流值最大相對誤差為0.67%。
本文電流檢測系統(tǒng)采用DSP進行數(shù)據(jù)采集、計算和顯示，它解決了以往電流檢測計算時間長的問題，它在檢測過程通過溫度傳感器進行溫度的軟件補償，并進行去零初值處理，使系統(tǒng)具有更高的檢測準確度。焊接電流的檢測試驗中，將本系統(tǒng)與日本米亞基株式會社的MM－315A型焊接監(jiān)測儀進行對比測試，結果表明，兩種儀器的最大檢測誤差為0.67%。
參考文獻
[1] 王笑川，艾雍宜.微機控制的各種阻焊質量監(jiān)控器的基本原理及方法[J].電焊機，1994(5):13-19.
[2] 徐明，郭育.用8098單片機測量非正弦點焊焊接電流有效值[J].焊接技術，1995(3):12-14.
[3] 葉廷東，鐘日鋒，解生冕.基于逐點積分的點焊焊接電流檢測的研究[J].焊接，2007(8):41-44.
[4] 王香婷，蘇曉龍.基于霍爾傳感器的電流檢測系統(tǒng)[J].工礦自動化，2008(4):74-76.
[5] 尹倫海，梁清華，陳雙橋.基于電熱轉換的電流檢測方法[J].遼寧工業(yè)大學學報，2008(6):156-159.