一种应用于焊机的人机交互系统及多功能数字化焊机的制作方法

本申请涉及焊接设备的领域，尤其是涉及一种应用于焊机的人机交互系统及多功能数字化焊机。

背景技术：

随着嵌入式及物联网等新兴技术及我国基础建设的快速发展，工业从业者对焊机的需求及要求不断提高。多功能数字化焊机是在逆变电源的基础上，结合计算机技术，采用数字信号处理器dsp，通过处理器的精确运算控制焊机的各项性能及工作全过程，控制电路高度集成，简化了控制电路，其控制精确、可靠，焊接性能卓越，焊接性能极好。通过软件控制电弧特性，容易得到优异的焊接性能，同时，由于摒弃了与温度漂移有关的模拟元器件，焊接控制精度和可重复性得到了很大程度的提高。在研发阶段，工程师会根据焊机主板电源的测试情况调试一版最适合量产的焊机电源程序供主板量产使用，这些电源程序在主板生产过程中会烧录到数字信号处理器中。

由于各种焊机的pcb板设计都是不一样的，外围电路中电容、电阻等元器件的组合也存在差异，因而为了使同一种焊机电源程序能够同时支持多种焊机，不仅会牺牲掉某些焊机的某些性能，而且还需要电源工程师反复测试、反复调试、在各组焊机电源程序之间取舍，从而增加了研发的时间。

针对上述中的相关技术，发明人认为焊机电源程序开发过程中存在工作量大、协作性差等问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种应用于焊机的人机交互系统及多功能数字化焊机，具有高效运行性、易读性、可移植性及可拓展性。

第一方面，本申请提供一种应用于焊机的人机交互系统，采用如下的技术方案：

一种应用于焊机的人机交互系统，包括：

驱动层，用于与外部设备进行数据交换；

人机交互层，用于将数据与操作者对接；

传输协议层，用于使所述人机交互层通过驱动层与外部设备进行发送或接收数据；

菜单层，用于表征操作者所需调节的参数；以及

端口抽象层，用于获取所述菜单层的显示状态，并读取所述人机交互层中的相关数据，且用于改变所述人机交互层的相关数据。

通过采用上述技术方案，各层之间相互独立，具有封装性好、框架清晰、执行效率高等特点，在跨平台软件移植及外围电路调整时，具有较好的拓展性，可以为开发者节省大量不必要的时间和精力。

可选的，所述驱动层包括：

通讯端口驱动，用于与外部设备进行数据交换；

gpio驱动，用于连接输入设备或输出设备；

内部存储驱动，用于连接内部存储，以利于存储需要掉电保存的数据；以及

定时器驱动，用于为所述人机交互系统提供时基参照。

通过采用上述技术方案，驱动层位于系统的最底层，代码量最少，但是驱动层直接与外围电路或外围设备对接，是整个系统的端口。

可选的，所述端口抽象层获取的数据包括显示数据和设置数据。

通过采用上述技术方案，显示数据是从菜单层获取的显示状态，包括数字显示、字母显示、故障显示、模式显示或闪烁指示等状态指示数据，设置数据包括从驱动层获取的输入设备的动作数据，这些动作数据可以是电流大小设置、焊接方法设置或引弧方式设置等，由此可以较全面的反应系统的状态并进行设置。

可选的，所述设置数据对应于所述显示数据，用于改变所述人机交互层的相关数据。

通过采用上述技术方案，端口抽象层的显示数据是从菜单层获取当前人机交互层的设定状态，并读取人机交互层中的相关数据，相关数据包括各种焊接参数和参数标志位，设置数据对应于显示数据，可以改变人机交互层的相关数据。

可选的，所述传输协议层包括编码及解码的数据转化功能。

通过采用上述技术方案，传输协议层包括编码及解码的数据转化功能，能够对驱动层获取的数据进行编解码，同时，也能够对人机交互层的数据进行编解码。

可选的，所述相关数据包括焊接参数及每个焊接参数的参数标志位。

通过采用上述技术方案，相关数据包括焊接参数及每个焊接参数的参数标志位，能够全面地反应系统状态，其中，参数标志位类似于rtos中的信号量，对参数的动作进行标记，适用于不同场合下判断如何对数据进行操作。

第二方面，本申请提供一种多功能数字化焊机，采用如下的技术方案：

一种多功能数字化焊机，包括上述任一种人机交互系统、主控制系统和主电路系统，所述主控制系统和主电路系统均采用模块化设计。

通过采用上述技术方案，各层之间相互独立，具有封装性好、框架清晰、执行效率高等特点，在跨平台软件移植及外围电路调整时，具有较好的拓展性，可以为开发者节省大量不必要的时间和精力。

可选的，所述人机交互系统根据所述主控制系统配置的不同模块选择不同的功能。

通过采用上述技术方案，因为主控制系统和主电路系统均采用模块化设计，可以针对不同的客户需求增加或删除相应的模块，因此，对应于主控制系统配置的不同模块，人机交互系统能够选择该些模块所具备的功能。

可选的，所述主控制系统采用第一芯片完成其控制功能，所述人机交互系统采用第二芯片实现其交互功能。

通过采用上述技术方案，采用第一芯片完成主控制系统的控制功能，采用第二芯片实现人机交互系统的交互功能，使得软件编写可以划分成若干个部分，也可以满足多人协作编写软件的条件，极大地缩短了产品的成本及开发周期。

可选的，所述第二芯片采用低成本芯片，所述第一芯片采用比所述第二芯片性能较高的芯片。

通过采用上述技术方案，第二芯片可以采用低成本芯片，第一芯片可以采用比第二芯片性能较高的芯片，且第一芯片和第二芯片总价小于直接升级的性能更高的芯片，可以在最低投入的条件下获得最优的效果。

综上所述，本申请具有以下有益技术效果：

各层之间相互独立，具有封装性好、框架清晰、执行效率高等特点，在跨平台软件移植及外围电路调整时，具有较好的拓展性，可以为开发者节省大量不必要的时间和精力。

附图说明

图1是本申请实施例人机交互系统框图。

附图标记说明：1、驱动层；2、人机交互层；3、传输协议层；4、菜单层；5、端口抽象层。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为了满足不同客户的各种需求，同时保证程序的通用性，迫切地需要一种具有可移植性及拓展性的程序设计思路，以使开发人员从繁重的程序修补工作中解脱出来，并且能够花费更多的时间去提升设备性能以使其产品更具有竞争力。

本申请实施例公开一种应用于焊机的人机交互系统，参照图1，人机交互系统包括驱动层1、人机交互层2、传输协议层3、菜单层4和端口抽象层5。其中，驱动层1用于与外部设备进行数据交换，例如，对外部设备的初始化设置或对io接口电位的设置等，人机交互层2用于将数据与操作者对接，传输协议层3用于使人机交互层2通过驱动层1与外部设备进行发送或接收数据，菜单层4用于表征操作者所需调节的参数，端口抽象层5，用于获取菜单层4的显示状态，并读取人机交互层2中的相关数据，且用于改变菜单层4的显示状态及人机交互层2的相关数据。

驱动层1位于系统的最底层，代码量最少，但是驱动层1直接与外围电路或外围设备对接，是整个系统的端口。

继续参照图1，在本申请实施例中，驱动层1具体包括：

通讯端口驱动，用于与外部设备进行数据交换，这些外部设备可以是主控制系统、显示设备或上位机等；

gpio驱动，可以用于连接输入设备或输出设备，输入设备可以是键盘、鼠标、软硬件开关、按键、触摸屏、编码器、外部模拟或数字参量等输入工具，输出设备可以是各种显示器(如led/lcd数码/点阵显示器等)、语音提示器、声光提示报警器等输出工具；

内部存储驱动，用于连接内部存储以存储需要掉电保存的数据，方便后续程序随时调用，内部存储可以为ram、rom、eprom、eeprom、flash等存储设备；

定时器驱动，用于为系统提供时基参照。

人机交互层2位于整个系统的最顶层，继续参照图1，在其中一个实施例中，人机交互层2包括焊接参数及每个焊接参数的参数标志位，其中焊接参数包括配置位域、焊接方法、触发方式、引弧方式、脉冲使能、手工焊电流、气保焊电流、氩弧焊电流或热保护温度等用户关心及需要设置的相关参数；参数标志位类似于rtos（realtimeoperatingsystem，实时操作系统）中的信号量，对参数的动作进行标记，包括写指令标志、写数据长度标志、读指令标志、读数据长度标志、存储标志或参数改变标志等，适用于不同场合下判断如何对数据进行操作。人机交互层2还可以连接有面板，将焊接参数和参数标志位通过数显在面板上显示，将系统的工作状态通过指示灯在面板上显示，进一步的，面板也可以具备触摸屏功能，方便使用者直接在面板上进行操作。

传输协议层3，用于通过驱动层1与主控制系统、显示设备及上位机等外部设备进行发送和接收数据，继续参照图1，传输协议层3包括数据编码及数据解码的数据转化功能，可以主动或被动地接收或发送数据，传输协议层3支持usart、i2c、spi等多种常用传输协议。传输协议层3还包括定义参数域功能，具体的参数域包括功能配置域、手工焊参数域、气保焊参数域、氩弧焊参数域或状态参数域等，其中，参数域定义的内容有：域id、域名称、域类型、低值、高值、域值、有效性等。

菜单层4，是整个框架的核心，其显示状态用于表示此时人机交互层2所处的设定状态，在其中一个实施例中，继续参照图1，菜单层4包括两级，一级菜单包括故障及故障代码、调试及通道选择、手工焊参数设置、氩弧焊参数设置、手工焊电流设置、纤维素（立向下焊）电流设置、氩弧焊电流设置或实时电流显示等；其中手工焊参数设置和氩弧焊参数设置具有二级菜单，其中，手工焊参数设置二级菜单包括：防触电设置、热引弧设置或推力设置等；氩弧焊参数设置二级菜单包括：提前送气设置、滞后断气设置、引弧电流设置、收弧电流设置或脉冲设置等。

端口抽象层5，用于获取菜单层4的显示状态，并读取人机交互层2中的相关数据，且用于改变菜单层4的显示状态及人机交互层2的相关数据，端口抽象层5获取的数据包括显示数据和设置数据；继续参照图1，显示数据包括数字显示、字母显示、故障显示、模式显示或闪烁指示等状态指示数据，设置数据包括从驱动层1获取的输入设备的动作数据，这些动作数据可以是电流大小设置、焊接方法设置或引弧方式设置等。

人机交互层2的数据可以被传输协议层3、菜单层4和端口抽象层5使用，其数据流方向是双向的，菜单层4可以与端口抽象层5交换数据，其传输过程是双向的：端口抽象层5的显示数据是从菜单层4获取当前人机交互层2的设定状态，并读取人机交互层2中的相关数据，相关数据包括各种焊接参数和参数标志位，设置数据对应于显示数据，可以改变菜单层4的显示状态及人机交互层2的相关数据；传输协议层3可以与驱动层1交换数据，其传输过程是双向的，例如：可以将数据编码并打包发送给驱动层1的通讯端口驱动，由通讯端口驱动发送数据到主控制系统、显示设备或上位机等；也可以从通讯端口驱动获得数据进行解码后发送到人机交互层2；端口抽象层5可以与驱动层1交换数据，其数据流方向是双向的：可以将显示数据通过gpio口或通讯端口发送到对应的外部设备、输入设备或输出设备，也可以接收驱动层1发送来的各类设置数据。

整个系统中各层之间相互独立，具有封装性好，框架清晰、执行效率高等特点，在拓展功能时不需要考虑硬件方面的接口，在调整外围电路时不需要考虑整体的程序结构，只需调整对应的驱动层1程序，在跨平台软件移植及外围电路调整时，可以为开发者节省大量不必要的时间和精力，且程序的运行效果也令人满意。

多功能数字化焊机包括上述的人机交互系统、主控制系统和主电路系统。其中，主控制系统用于替代传统模拟控制电路，具有调节精度高、抗干扰能力强、可靠性高、可拓展性好等优点；主电路系统采用逆变技术，具有功率器件发热量小、耐久性好及稳定性高等特点；主控制系统和主电路系统均采用模块化设计，可以针对不同的客户需求增加或删除相应的模块；而人机交互系统具有功能选择及参数下发的功能，可以针对不同的产品选择不同的功能，例如，可以根据主控制系统配置的不同模块，选择不同的功能，并将指令通过通讯端口下发到主控制系统。

例如，主控制系统配置的模块包括适用于氩弧焊的各个模块，则人机交互系统中的各层均选择与氩弧焊相关的功能，具体的，传输协议层3中的参数域包括功能配置域、氩弧焊参数域和状态参数域等，人机交互层2中的焊接参数包括配置位域、焊接方法、触发方式、引弧方式、脉冲使能和氩弧焊电流等，菜单层4包括两级，一级菜单包括：故障及故障代码、调试及通道选择、氩弧焊参数设置、氩弧焊电流设置和实时电流显示等，其中，氩弧焊参数设置的二级菜单包括：提前送气设置、滞后断气设置、引弧电流设置、收弧电流设置和脉冲设置等。

本申请实施例中，还可以对人机交互系统的不同功能进行编号获得交互编号，并且可以对主控制系统配置的不同模块进行编号获得配置编号，在选定主控制系统的配置编号后，选择对应的人机交互系统的交互编号，即可配对完成，可以为开发者节省大量不必要的时间和精力。

相关技术中，焊接设备采用单芯片控制，即采用一块芯片完成对人机交互系统和主控制系统的控制，然而，随着焊接设备技术的发展，人机交互系统和主控制系统所需完成的任务越来越多，芯片负荷也越来越大，一块芯片已经很难完成对人机交互系统和主控制系统的控制，经常出现卡顿或错漏等问题，如果还坚持使用一块芯片进行控制，势必采用性能更高的芯片，而市面上不同性能的芯片价格差距比较大。

本申请其中一实施例中采用人机交互系统和主控制系统拆分的方式，即采用第一芯片完成主控制系统的控制功能，采用第二芯片实现人机交互系统的交互功能，使得软件编写可以划分成若干个部分，也可以满足多人协作编写软件的条件，极大地缩短了产品的成本及开发周期。其中，将人机交互系统和主控制系统拆分后，第二芯片可以采用低成本芯片，第一芯片可以采用比第二芯片性能较高的芯片，且第一芯片和第二芯片总价小于直接升级的性能更高的芯片，可以在最低投入的条件下获得最优的效果。

在操作体验上，由于人机交互系统和主控制系统拆分，进行独立控制，因此，焊接设备整体系统的响应速度相较于同类产品也更加迅速和稳定，被控对象参数更加准确。为了具有较好的抗干扰特性，系统中采用的数据传输速率较低，大约为50-100byte/s，但仍可以保持较好的通讯实时性及操作的可靠性。

操作者通过人机交互系统对焊接参数等进行设置，人机交互系统将所要改变的参数传递给主控制系统，之后主控制系统对相关焊接参数(输出电压，输出电流等)进行控制。在此过程中，通过传感器及采样电路采集所需的反馈信号，并将相关信号传递给人机交互系统，操作者可以方便地从面板上的指示灯及数显实时地获悉焊接设备的运行状态，以此形成以用户为核心的闭环控制系统，其实时性及便捷性相比于同类产品更高，操作更为友好。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。