弧焊电源的数字化人机接口模块制造技术

本发明专利技术适用于机电一体化领域，提供了一种弧焊电源的数字化人机接口模块。硬件电路基于嵌入式控制器开发，采用模块化设计，主要包括：主控芯片、液晶显示接口电路、输入设备接口电路、串行通信接口电路、数据存储器电路、Ｆｌａｓｈ存储器电路、实时时钟电路及ＵＳＢ通信接口电路。本发明专利技术的有益效果为：普遍适用于数字化多功能弧焊电源，可与弧焊电源主控板进行串行通信，实现一机多用；并保证了系统的响应速度，同时数据库具有可修改和可扩展性，能为后续焊接专家系统开发提供了知识库和人机界面支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机电一体化
，特别是弧焊电源
，具体是指一种弧焊 电源的数字化人机接口模块。
技术介绍
焊接作为现代制造业的关键技术之一，不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可 以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，应用广泛，包括航空航天、核工 业、石油、化工、机械制造、造船、交通、能源、电力、电子及建筑等行业。随着现代工业生产和科学技术的蓬勃发展，作为焊接
中应用最广的弧焊 电源技术不断的进步，并朝着数字化、网络化和智能化方向快速发展，同时对人机接口功能 提出了更高要求。新型弧焊电源的数字化接口模块能够快速响应和处理大量数据，并具备 实时信息显示和人性化界面功能。集成电路技术和嵌入式系统技术的飞速发展及其在焊接 电源中的应用，为人机接口的升级提供了技术支持。本专利以数字化智能焊接电源系统的 研发为背景，利用高性能低功耗的集成电路芯片，设计了一种基于嵌入式控制的人机接口 模块，该模块比传统的人机接口具有更大的优势。目前国内焊机普遍存在人机接口简单、功能单一、网络化及智能化水平较低的缺 点。本专利在对嵌入式操作系统、嵌入式微处理器、串行通信、脉冲焊、双丝焊等技术深入研 究的基础上，提出了一套适用于弧焊电源系统的数字化人机接口模块解决方案，为进一步 焊接专家系统开发提供软硬件平台，对提高我国弧焊电源人机接口及控制技术水平有一定 的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种弧焊电源的数字化人机接口模块，该模块采用嵌入 式微处理器(如单片机、DSP及ARM等)为主控芯片，并移植嵌入式操作系统(如μ C/ OS- II、Linux及Windows CE等)到嵌入式微处理器上，建立嵌入式软硬件开发平台，人机 交互操作通过液晶显示屏和输入设备(按键、旋钮等)完成(或以触摸屏取代液晶显示屏 和输入设备)，在深入分析不同弧焊方式的具体工艺特点的基础上，开发了适用于智能化多 功能弧焊电源系统的数字化人机接口模块，并通过串行通信接口与电源主控板进行数据通 信。该数字化人机接口模块既保证了弧焊电源的数字化输入，人机操作友好，又实现了弧焊 电源的一机多用，同时满足手工电弧焊、C02气体保护焊、脉冲MAG焊U/I、脉冲MAG焊1/1、 单机焊、多机并联及双丝焊等工艺要求。本专利技术的数字化人机接口模块主要包括人机接口硬件电路和基于该电路的人机 接口控制程序。所述硬件电路包括嵌入式控制器最小系统、电源电路、液晶显示接口电路和输 入设备(按键、旋钮等)接口电路(或以触摸屏接口电路取代液晶显示接口电路和输入设 备)、串行通信接口电路、数据存储器电路、Flash存储器电路、实时时钟电路及USB通信接口电路；其中，所述的电源电路为数字化人机接口模块各电路提供所需的工作电源；其中，所述的液晶显示接口电路和输入设备接口电路(或触摸屏接口电路)提供 人机交互操作界面，可以采用触摸屏接口电路取代液晶显示接口电路及输入设备(按键、 旋钮等)接口电路；其中，所述的串行通信接口电路可利用嵌入式微处理器的SCI模块，外接RS-232 或RS-485驱动器，与数字化智能弧焊电源进行串行通信，向电源主控板发送焊接参数及启 动、停止指令等，同时接收电源主控板发送来的实时焊接参数及故障信息等；其中，所述的数据存储电路在微处理器内部存储器容量不足时需外部扩展数据存 储器，以弥补部分微处理器在移植嵌入式操作系统(如μ C/OS- II)时的存储器容量的不 足；其中，所述的Flash存储器供掉电保存数据用，以SPI串行通信方式与微处理器连 接工作，通过人机接口界面进行的有关操作设置均可保存在Flash存储器中，同时在焊接 过程中的实际焊接相关参数也可以通过人机交互操作保存到Flash存储器中，所保存的参 数以数据库的形式出现，为焊接专家系统开发提供数据库系统；其中，所述的实时时钟电路为焊接参数设置及实时焊接参数保存提供相应的实时 时间数据，保证焊接专家数据库中有关记录的可追溯性；其中，所述的USB通信接口电路使PC机能通过USB与数字化人机接口模块通信， 实现数字化人机接口模块与PC机上焊接专家系统之间的数据同步。所述人机接口控制程序部分包括嵌入式操作系统、液晶显示驱动程序和键盘驱 动程序(或触摸屏驱动程序)、Flash存储器出动程序、实时时钟驱动程序、人机交互界面、 多层菜单处理程序、焊接专家数据库动态处理程序、串行通信程序及CRC校验程序等。其中，所述的液晶显示驱动程序和键盘驱动程序(或触摸屏驱动程序)、Flash存 储器出动程序、实时时钟驱动程序是数字化人机接口模块中与微处理器配合工作的外部设 备驱动程序。建立外部设备的驱动程序是扩充嵌入式操作系统的功能的第一步，外设驱动 程序使用户程序以一种规范的方式访问硬件，在用户程序和硬件之间由嵌入式操作系统提 供了一个保护屏障，实现硬件资源的合理分配。这样，既可以保护系统的健壮性，又可以提 供充分的硬件无关特性。当外围设备改变的时候，只需要修改相应的驱动程序，而不必修改 操作系统内核以及运行在操作系统中的软件，加速了用户应用程序的开发，简化应用程序 的编写，同时使应用程序的维护更加容易。其中，所述的人机交互界面为数字化人机接口模块提供操作和显示的友好界面， 通过它可完成焊机的基本设置、焊接方式设置、焊接参数设置、送丝送气设置、实时焊接参 数显示、焊接专家数据库、快捷键按钮等。(1)焊机基本设置所述的焊机基本设置又包括焊丝直径、保护气体、焊接母材以及焊机模式；其 中，所述的焊丝直径设置界面中可选择不同焊丝直径，如0. 8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、 2. 0mm,2. 5mm,3. 2mm和4. Omm ；其中，所述的保护气体设置界面可选择99% +1 % O2,80% Ar+20% CO2UOO% Ar和100% CO2等；其中，所述的焊接母材设置界面可选择碳钢、铝及铝 合金、不锈钢、其他材料等；焊机模式设置界面可选择单机模式、多机模式、双丝焊等。(2)焊接方式设置所述的焊接方式设置包括ω2气体保护焊、脉冲MAG焊U/I、脉冲MAG焊1/1、手工 电弧焊及TIG焊等。(3)焊接参数设置所述的焊接参数设置包括0)2气体保护焊的焊接电压设置；脉冲MAG焊U/I的峰 值电压、基值电流、脉冲频率和占空比设置；脉冲MAG焊Ι/Ι的峰值电流、基值电流、脉冲频 率和占空比设置；手工电弧焊的焊接电流设置；TIG焊的峰值电流、基值电流、脉冲频率和 占空比设置。(4)送丝送气设置所述的送丝送气设置包括焊接送丝、点动送丝、提前送气和滞后停气设置。(5)实时焊接参数显示所述的实时焊接参数显示包括ω2气体保护焊时的焊接电流和焊接电压显示；脉 冲MAG焊U/I的峰值电压、基值电流、脉冲频率和占空比显示；脉冲MAG焊Ι/Ι的峰值电流、 基值电流、脉冲频率和占空比显示；手工电弧焊的焊接电流和焊接电压显示；TIG焊的峰值 电流、基值电流、脉冲频率和占空比显示。(6)焊接专家数据库所述的焊接专家数据库又可分为两级，依据不同焊机模式和焊接方式组合，焊接 专家数据库又可分为不同焊接专家数据子库，可以通过第一级界面中选项进入相应焊接专 家数据子库，并可以调用所需数据记录作为当前组供焊接使用。(7)快捷键按钮所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弧焊电源的数字化人机接口模块，其特征在于，包括人机接口控制板、显示设备和输入设备，所述显示设备用于完成人机接口模块中信息的显示，所述输入设备用于人机接口模块中参数和指令输入，所述人机接口控制板用于通过串行通信接口与弧焊电源主控板进行通信，完成对弧焊电源的参数设置、显示及控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晓明，关焯锋，王景健，
申请(专利权)人：广东省科学院自动化工程研制中心，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]