一种智能型金属表面处理系统的制作方法
【专利摘要】一种智能型金属表面处理系统应用于机械领域的金属表面加工设备。采用单片机为核心的控制电路。产生功率超声波，将超声波通过换能器转换为高频振动方案.包括信号产生电路，整形电路，采样信号电路，控制电路，驱动电路，输出电路，电源产生电路，显示电路，时钟产生电路，存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，显示电路。能够实时观察加工工件波形，确定加工件的精密度。可使被加工工件表面的粗糙度Ra值轻松达到0.2以下，同时控制电路发出信号驱动继电器工作实现低压控制高压，保证设备正常运行。并结合时钟芯片和存储器，显示日历，时、分、秒。同时完成自动调整和掉电保护，全部信息用液晶显示。
【专利说明】一种智能型金属表面处理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械领域，特别是涉及金属表面加工设备。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展.机械领域对材料的硬度、耐高温性、耐腐蚀性等性能的要求、对加工精度的要求也越来越高.机件的轮廓形状也趋于复杂化.使得难加工材料的复杂型面加工逐步提上日程。采用普通加工方法其效果都不理想，甚至无法实现加工要求。采用功率超声加工技术能很好地解决金属表面粗糙度的加工问题。
[0003]当前普通磨削的加工精度大于I μ m,表面粗糙度为Ra0.16?1.25 μ m ;精密磨削技术是指被加工零件加工精度达到I?0.5 μ m，表面粗糙度为Ra0.04?0.16 μ m的加工技术。主要靠对砂轮的精细修整。超精密磨削的加工精度小于0.5?0.1 μ m，表面粗糙度Ra0.01?0.04 μ m。使用金刚石或CBN砂轮。适合于合金钢、陶瓷等硬脆材料的加工；用磨具进行磨削和用磨粒进行研磨和抛光时实现精密超精密磨削的主要途径。
[0004]同时，绝大多数控制采用由AC220V线圈组成的继电器控制设备的工作，当工作电压AC220V不稳定时，会造成继电器的工作时断时续，进而造成机械加工设备的时工作时停止，直接影响加工工件表面粗糙度。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种智能型金属表面处理系统。
[0006]一种智能型金属表面处理系统对功率超声波控制精度高，动态响应快，参数整定方便，温度漂移非常小，提高了电路的处理信号的时效性和可靠性.智能单片机构成的控制磨床加工的装置对功率超声波控制精度高，动态响应快，参数整定方便，温度漂移非常小，大大简化了控制线路，提高了电路信号的时效性和可靠性并且配以实时显示控制器，能够实时观察加工工件波形，确定加工出来的工件的精密度。并且可使被加工工件镜面光洁度提高3级以上(粗糙度Ra值轻松达到0.02以下)；且工件的镜面显微硬度提高20%以上；并大大提高了工件的镜面耐磨性和耐腐蚀性。同时配以AT89S52单片机为核心，构成单片机控制电路，有效控制电路发出相应的信号驱动继电器是否工作。并结合DS1302时钟芯片和24C02FLASH存储器，显示年、月、日、星期、时、分、秒。同时完成对它们的自动调整和掉电保护，全部信息用液晶显示出来，保证设备正常有效的运行。
[0007]与传统的砂纸抛光、压光、磨削相比，一种智能型金属表面处理系统有如下优点:
[0008]1.作用力大幅度降低在静压力等于传统压光静压力四分之一的情况下，其显微硬度相
[0009]2.加工区温度大幅度降低由于改变了加工方式，滚轮与工件的接触为断续捶击，大大减小了相互间的摩擦，温度也相应的降低，杜绝了因温度过高造成的表面缺陷。
[0010]3.大幅度降低表面粗糙度Ra值表面粗糙度可以提高三级以上，最高可达Ra0.02以下。
[0011]4.不产生切屑
[0012]5.提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性以及抗疲劳强度由于超声波表面光整加工是压缩型塑性变形，工件表面产生一定的残余压应力，同时表面硬度提高50%以上，疲劳强度可提闻近5倍。
[0013]6.节约设备成本超声波表面光整加工可直接代替砂光和磨削，在普通车床上即可进行光整加工，因此大大节约了购置设备的费用，尤其对大型和超大型工件，效果更为明显。
[0014]7.生产效率高例如在普通车床上加工外圆表面，工件线速度70m/S，走刀量为
0.05-0.15mm/r，其效率相当于精车。
[0015]本发明所采用的技术方案是采用单片机为核心，外围电路为辅助电路的控制电路。控制电路驱动IGBT开关，产生功率超声波，将产生的功率超声波通过换能器转换为高频振动方案。
[0016]本发明技术方案包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路，信号输出电路，电源产生电路，定时控制电路，显示电路，DS1302时钟产生电路，AT24C02存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，LCD显示电路。
[0017]集成芯片U26的型号是⑶4046(如图1)。U26的I脚接电阻RJ后直接接地。2脚接ROl后分接到此芯片的9脚和COl的一端，COl的另一端接地。3脚和5脚分别与外围电路相连接。6脚同时接C02和C02.1—端，两个电容的另一端同时接7脚。8脚和15脚同时接地。11脚接R06和R07两个串联电阻后接地。12脚接串联的R04和R04.1和R05三个电阻后接地。14引脚接C03—端，C03另一端接R02，R02的另一端分接C04和R03的一端。C04D的另一端接地。R03的另一端接DOl的负极和霍尔交流传感起的输出端M。霍尔交流传感的负电源端(负15V电源)接DOl的正极和U20的4脚。
[0018]⑶4046的引脚排列，采用16脚双列直插式，各引脚功能如下:
[0019]I脚相位输出端，环路人锁时为高电平，环路失锁时为低电平。2脚相位比较器I的输出端。3脚比较信号输入端。4脚压控振荡器输出端。5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。6、7脚外接振荡电容。8、16脚电源的负端和正端。9脚压控振荡器的控制端。10脚解调输出端，用于FM解调。11、12脚外接振荡电阻。13脚相位比较器II的输出端。14脚信号输入端。15脚内部独立的齐纳稳压管负极。
[0020]集成芯片U20的型号是TL082。U20的I脚接D02的正极，D02的负极接U19的5脚。2脚接R08和R09的一端。R08的另一端接地。R09的另一端接霍尔交流传感器的“ + ” (15V电源)，同时接8脚和D03的负极。D03的正极接霍尔交流传感器输出端M。3脚接Rll和C06的的一端，C06的另一端接地。Rll的另一端接霍尔交流传感器的“ + ”(15V电源)。4脚接D04的正极，D04的负极接U22的3脚。5脚接R10，RlO的另一端接C05，C05的另一端接地。6脚同时接R12和R13，R12的另一端接地。R13另一端接7脚，7脚接D5的正极。D5的负极接R114，R14和C07串联C07的另一端接地。(如图2)
[0021]TL082的引脚排列，采用8脚双列直插式，各引脚功能如下:
[0022]I脚运算放大器I的输出端。2脚运算放大器I的反相输入端。3脚运算放大器I的正相输入端。
[0023]4脚运算放大器电源接地端。5脚运算放大器2的正相输入端。6脚运算放大器2的反相向输入端。
[0024]7脚运算放大器2的输出端。8脚运算放大器电源正极端。
[0025]集成芯片U19的型号是CD4093。I脚并接C08和R17，C08的另一端接U22的8脚。R17的另一端接4脚。2脚连接到I脚。3脚并接R15和和R16.R15的另一端接U26的5脚。R16的另一端接到5脚和D06的负极端。D06的正极接U20的I脚。6脚接到5脚上。7脚同时连接R18和R19.R18的另一端接U22的3脚。R19的另一端接U26的3脚和D07的负极，D07的正极接R20.R20的另一端接U22的I脚。(如图3)
[0026]⑶4093的引脚排列，采用8脚双列直插式，各引脚功能如下:
[0027]I脚数据输入端2脚数据输入端3脚数据输出端4脚数据输出端5脚数据输入端
[0028]6脚数据输入端7脚电源地 8脚数据输入端9脚数据输入端10脚数据输出端
[0029]11脚数据输出端12脚数据输入端13脚数据输入端14脚电源的正极端。
[0030]集成芯片U22的型号是TL082。U22的I脚接U22-1。2脚接地。3脚并接U22-3，D08的负极和C09。C09的另一端并接R21，R22和C1。R22和ClO的另一端同时接地。R21的另一端接0爪+.4脚并接126-6，似0-4和008的正极。8脚接U22-8。(如图4)
[0031]集成芯片U27的型号是⑶4093.1脚接Cll和R23。Cll的另一端接地。R23的另一端接5脚，6脚和2脚再接U26-4。7脚接地。8脚接R24，R24的另一端接4脚和9脚。9脚接C12。C12的另一端接地。10脚，12脚和13脚同时接R25，R25的另一端接11脚。14脚 U26-16。(如图 5)
[0032]电源产生电路由变压器由Tl，D25，D26，D27，U23，7915，7815和7818为主的元件构成。Tl的初级线圈接220V电源，Tl有2个次级线圈，一个是产生AC16V的电压，一个是产生AC19V的电压。AC16V的同名端接D25和D27的I端，AC16V的另一端接D25和D27的3端。AC19V的同名端接D26的2端，AC19V的另一端接D26的4端。D26的3端接U24的I端。D26的I端接地。E07正极接D26的3端和U24的I端。U24的2端接D14的正极，D14和D15串联，D15的负极接地。U24的三端接E06正极和C15的一端。C15的另一端和E06的负极接地。D25的2端接地。D25的4端接E02的正极和U23的I端。U23的2端接地。E02的负极接地。U23的3端接EOl的正极，C13的一端和U26-16。EOl的负极和C13的另一端接地。D27的4端接地，D27的2端接E03的负极和U29的2端。U29的I端接地。U29的3端接E04的正极和C14的一端。E04的正极并接C14的另一端，U22-4和地。(如图6)
[0033]电源产生电路由变压器由T1，D25和U23为主的元件构成。Tl的初级线圈接220V电源，Tl的次级线圈产生AC16V的电压。AC16V的一端接D25的I端，AC16V的另一端接D25的3端。D25的2端接地。D25的4端接E02的正极和U23的I端。U23的2端接地。E02的负极接地。U23的3端接EOl的正极，C13的一端和U05的3端。EOl的负极和C13的另一端接地。U05的2端接地，3端接E06的正极和C03，C03的另一端和E06的负极接地。R78接在U05的I端和3端之间。(如图6)
[0034]D25，D26，D27 是整流桥。U23，，U24，U29 是三端稳压器。
[0035]集成芯片U33的型号是VLA517。VLA517的I脚D13的正极和E05的负极。3脚接R34。R34的另一端接J3-6。9脚接E05的正极。13脚接R26后接U27-11。12脚接地。6脚接D16的正极。R27和R28并连接D16的负极。C16，C17并联接R27，R28的另一端。C16，C17并联的另一端接Ql的集电极。C18，C19，R29并接后一端接Ql的集电极，C18，C19，R29并接后另一段接R30。R30的另一端接Q2的射极。D16的负极接并联的C20，C21，C20和C21的另一端接并联的R32，R31。R32，R31接Q2的射极。ROO接Ql的集电极，ROO的另一端接T2的Al端和COOl的负极。T2的A2端Ql的射极。T2的A4端接接OUT+端和高频电感的一端，高频电感的另一端接换能器的正极。换能器的负极接HCGQ器的一端。另一端接地。A3的另一端接地。UlO的I接交流霍尔传感器的M端，2端接OUT+端，3端接地。4端通过USB数据线接工业电脑。(如图7)
[0036]VL517是IGBT的集成驱动模块。
[0037]以AT89S52单片机为核心构成的单片机控制电路。2脚接R06，R06的另一端接驱动电路的光电耦合器件二极管的负极。二极管的正极接5V电源。4脚接按键开关的S1，S2，S3的一端。SI的另一端接8脚，S2的另一端接7脚，S3的另一端接6脚。9脚是上电复位端。9脚接R30，按键S4和C3。R30的另一端接接地。C3的另一端接5V电源。S4的另一端接R31，R31的另一端接5V电源。10脚接AT24C02的5脚，11脚接AT24C02的6脚。12脚接接DS1302的7脚，13脚接DS1302的6脚，14脚接DS1302的5脚。15脚接驱动闹铃的信号Tl.16脚接写信号WR，17脚接读信号RD。18脚接Cl和晶振Y2的I端。19脚接晶振Y2的2端和C2，Cl和C2的另一端接地。20脚接地。21脚接HY-12864的4脚。22脚接HY-12864的5脚。23脚，24脚接HY-12864的15脚和16脚。32脚到39脚分别接HY-12864的14脚到7脚。40脚接电源5V。(如图9)
[0038]存储电路AT24C02的I脚，2脚，3脚，4脚同时接地。5脚接AT89S52的10脚和R2。R2的另一端接5V。6脚接AT89S52的10脚和R1，R1的另一端接接5V电源。8脚接电源。(如图9)
[0039]时钟产生电路的I脚接电源5V.2脚接晶振Yl的I脚。3脚接晶振Y2的2脚。4脚接地。5脚接AT89S52的14脚。6脚接AT89S52的13脚。7脚接AT89S52的12脚。8脚接3V电源的正极。3V电源的负极接地。(如图9)
[0040]闹钟电路的驱动信号来自AT89S52的15脚。15脚接R00，ROO的另一端接Ql的基极。Ql的发射极接地。Ql的集电极接喇叭的一端，喇叭的另一端接5V电源。
[0041]AT89S52的16脚接写信号WR接U5 (74ALS00)的输入端的一端。AT89S52的17脚接读信号WR接U5 (74ALS00)的输入端的一端。74ALS00的输出端接HY-12864的6端。(如图9)
[0042]显示电路由U2 (HY-12864)为主的电路组成。HY-12864的I脚接地。2脚接5V电源。3脚接电位器R4的调节端。电位器R4的一端接地，另一端接5V电源。4脚接AT89S52的21脚。5脚接AT89S52的22脚.6脚接74ALS00的输出端。7脚到14脚分别接AT89S52的39脚到32脚。15脚和16脚分别接AT89S52的23脚和24脚。17脚和20接5V电源。18脚和19脚接地。(如图9)
[0043]继电器驱动电路光电耦合器件的集电极接15V。发射极接R300，R300的另一端接Ql的基极，Ql的发射极接地。15V电源接R002的一端，D02的负极和继电器Kl和K2控制线圈的一端。继电器Kl和K2控制线圈的另一端，DOl的负极和D02的正极接Ql的集电极。(如图9)
【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的信号产生电路。
[0045]图2是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的换能器采样信号处理电路。
[0046]图3是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的信号控制电路。
[0047]图4是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的高频信号输出处理电路。
[0048]图5是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的整形处理电路。
[0049]图6是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的电源产生电路。
[0050]图7是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的信号驱动和信号反馈电路。
[0051]图8是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的整体电路原理电路(I)。
[0052]图9是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的整体电路原理电路(2)。
[0053]图10是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的时钟产生电路DS1302引脚功能表。
[0054]图11是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的时钟产生电路DS1302的日历、时钟寄存器及其控制字表。
[0055]图12是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的显不电路HD61202的引脚功能表。
[0056]图13是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的计算天数程序流程图。
[0057]图14是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的时间调整程序流程图。
[0058]图15是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的计算主程序流程图。
[0059]图16是本发明方案一种智能型金属表面处理系统的系统框图。
【具体实施方式】
[0060]1.电源产生电路。交流AC220V经过一系列电压变换产生相应的电路需要的电压。(如图6)
[0061 ] 交流AC220V电源经过变压器Tl产生交流AC16V和AC19V两种电源。AC16V电源输入D25整流桥(2W10)的输入端。D25整流桥输出端4端接U23(7815)的输入端I端。D25的2端接地。E02为U23的输入稳定电压起稳压滤波的作用。U23的2端接地。U23的3端为输出端，输出15V电源。EOl和C13器稳定15V电源和滤除15V电源谐波已达到稳定15V电源的作用。15V电源经过U05转换为5V电压。E06，C03起稳定5V电源的作用。R78起反馈作用，稳定输出。
[0062]交流AC220V电源经过变压器Tl产生交流AC16V和AC19V两种电源。AC16V电源输入D27整流桥(2W10)的输入端。D27整流桥输出端2端接U29(7915)的输入端2端。D27的4端接地。E03为U29的输入稳定电压起稳压滤波的作用。U29的I端接地。U29的3端为输出端，输出负15V电源。E04和C14器稳定负15V电源和滤除负15V电源谐波已达到稳定负15V电源的作用。
[0063]交流AC220V电源经过变压器Tl产生交流AC16V和AC19V两种电源。AC19V电源输入D26整流桥(2W10)的输入端。D26整流桥输出端3端接U24(7818)的输入端I端。D26的I端接地。E07为U24的输入稳定电压起稳压滤波的作用。U24的2端经过D14，D15电平移位后接地。U24的3端为输出端，输出18V电源。E06和C15起稳定18V电源和滤除18V电源谐波已达到稳定18V电源的作用。
[0064]2.频率调整。频率调整的目的是与换能器的频率一致，使换能器能够产生高频振动。⑶4046是产生高频振动的核心电路。U26供电后，在4脚会产生高频方波。电阻RJ起限流作用。输入信号M从14脚输入后，经其内部放大器Al进行放大、整形后加到相位比较器输入端，内部开关拨至2脚，则比较器将从3脚输入的比较信号Uo与输入信号M作相位比较，从相位比较器输出的误差电压υΨ则反映出两者的相位差。υΨ经R10UC01滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚，调整内部VCO的振荡频率f2，使f2迅速逼近信号频率fl。VCO的输出又经除法器再进入相位比较器I，继续与Ui进行相位比较，最后使得f2 = f!，两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。ROl起限流的作用。C02和C20.1是起振荡作用的振荡电容。R04，R04.1，R05, R06, R07是起振荡作用的振荡电阻，调节振荡频率的。R03，R02起限流作用，C03起耦合连接作用。C04起稳压滤波作用。DOl起防止小于负15V脉冲输入。将示波器的一通道的探针接U26的4脚，接地夹接地，观察示波器，示波器呈现不规则的矩形波，频率大小。若频率不匹配，调整R04.1的大小，使频率匹配。(如图1)
[0065]3.频率调整好以后，将电路按照电路图接好通电。交流霍尔传感器从M端输出交流正弦波输入到U20(TL082)的3脚(运算放大器的正向输入端)与U20的运算放大器的反相输入端(2脚)电压进行运算放大后从U20的I脚输出经D02后输入到U19(4093)5脚。D02进行电平移位，R08，R09对15V进行分压给U20的2脚提供电压。U20的8脚接15V电源，4脚接负15V电源。R10，C05构成运算放大器的正向输入端，6脚R12构成运算放大器的反相输入端。7脚是运算放大器的输出端。R13构成正反馈产生自激振荡。D5进行电平移位，R14进行限流，C07进行稳压滤波。R12是限流电阻。Rll进行限流，C06进行稳压滤波。将示波器的另一通道的探针接交流霍尔传感器的M端，接地夹不用接地，观察示波器，示波器呈现不规则的正弦波。(如图2)
[0066]4.从U20的I脚输出信号输入到U19的5脚，经过施密特触发器后，4脚输出，经R17限流后，输入到I脚和2脚，再经过施密特触发器整形后从3端输出经R15限流后输入到U26的5端控制压控振荡器工作，低电平工作，高电平停止工作。进而控制U26的4脚波形的输出。15V电源经过C08偶合连接到U19的I端。(如图3)
[0067]5.从U26(4046)输出的信号接到U27的2脚。U27是4093集成芯片，CD4093由四个2输入端施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特触发功能的2输入与非门。通过用施密特触发器对U26 (4046)输出的信号的波形进行整形而得到理想的矩形脉冲波形。U27的I脚和2脚见接入的R23用于决定高低电平转换的分压电阻。I脚和2脚作用于施密特触发器输入端，从3端输出。5脚和6脚作用于施密特触发器输入端，从4输出后接入9脚，8脚和9脚同时作用于施密特触发器输入端，从10脚输出再接入12和13脚从11脚输出，经过3次波形整形，整形成理想矩形波。Cll和C12是用来稳压的。R24和R25用来决定高低电平转换的分压电阻。7脚是电源地。14脚是15V电源的正极。将示波器的一通道的探针接U27的11脚，接地夹接地，观察示波器，示波器呈现矩形波，频率。若频率不匹配，调整R04.1的大小，使频率匹配。(如图5)
[0068]6.从U27(4093)的11脚输出的矩形波传到U33(VLA517)的信号输入端13端。VLA517是IGBT的驱动模块。VLA517D具有开关和短路功能。当U277的11脚输出高电平，触发VLA517动作，3脚输出驱动IGBT高电平信号驱动IGBT导通，给高频变压初级线圈输送能量。当3脚输出驱动IGBT低电平信号时驱关断IGBT，高频变压初级线圈输送能量到次级线圈，产生高频能量信号。产生的高频能量信号直接输送到TL082的输入端和经过DO高频电感后输送到换能器的正极，从换能器的负极输出后接交流霍尔传感器(HCGQ)。高频电感DO用于储存高频电能量。换能器将高频能量转换为机械动能，产生高频振动。交流霍尔传感器(HCGQ)采集换能器的输出信号，反馈到U20(TL082)的3端进行信号的运算放大处理。(如图7)
[0069]VLA517的I脚是反相电源供电段。6端是过流检测段端，如果过流输出低电平，对IGBT进行关断，保护IGBT.否则输出高电平，IGBT导通。D13起电平移位的作用，使IGBT的驱动信号射极能够彻底输出负脉冲。9脚电源供电端。2脚是电路工作的18V电源。12脚接地。E05起稳压作用。R34和R26起限流作用。D16起防止负脉冲接入6脚，使电路误判导致IGBT关断。R27和R28起限流作用。C16和C17起耦合连接作用，R29，C18，C19，R30组成IGBT的关断时间的电流吸收回路。COOl起稳压滤波作用。C21和C22起耦合连接作用，R32和R31起限流作用。ROO起限流作用。
[0070]7.高频变压器次级线圈输出信号经R21限流，C09耦合后接到U22的3脚(运算放大器的正向输入端)。ClO为旁路电容，R22为分压电阻。U22的2脚接地(运算放大器的反相输入端)。从运算放大器I端输出运算结果经过R98限流，D12的电平移位后接到U26(4093)的3端(比较信号的输入端)与振荡信号进行比较，自动进行相位锁定，使频率输出一致。即经过驱动负载后输出信号波形与U26 (4093)的4端输出信号控制波形进行相位比较，使频率一致。D08起隔离负电源。U22的4端接负15V，8端接15V，给运算放大器进行双电源供电。(如图7)
[0071]8.加工金属表面时，将示波器的I通道的探针接交流霍尔传感器的M端，接地夹不用接地，观察示波器，工业电脑屏幕呈现不规则的正弦波。将示波器的2通道的探针接高频变压器T2的A4端的OUT+端，接地夹接地，观察工业电脑，工业电脑屏幕呈现矩形波。用万用表测量M端的电流大小是IA左右。说明控制电路工作电路正常，金属表面加工工作良好。若金属表面加工工作不正常，查看U27的波形是否为矩形波，若是矩形波就换IGBT。若不是矩形波，就换U26 (4046)，换后工作就正常。
[0072]9.DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入。无论是读周期还是写周期，开始8位指定40个寄存器中哪个被访问到。在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。
[0073]如果在传送过程中置RST为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC大于等于2.5V之前，RST脚必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将互砰置为高电平。
[0074]DS1302的控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑I ;如果它为逻辑0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为O，则表示存取日历时钟数据；为I表示存取RAM数据。位5?I (A4?AO)指示操作单元的地址。最低有效位(位O)如为0，表示要进行写操作；为I表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。
[0075]DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式，其日历、时间寄存器及其控制字见表3-3所示，其中奇数为读操作，偶数为写操作。(如图11)
[0076]AM-PM/12-24小时方式:小时寄存器的位7定义为12或24小时方式选择位。它为高电平时，选择12小时方式。在此方式下，位5是AM/PM位，此位是高电平时表示PM，低电平表示AM，在24小时方式下，位5为第二个10小时位(20?23h)。
[0077]时钟暂停:秒寄存器的位7定义位时钟暂停位。当它为I时，DS1302停止振荡，进入低功耗的备份方式。通常在对DS1302进行写操作时(如进入时钟调整程序)，停止振荡。当它为O时，时钟将开始启动。
[0078]实时时钟芯片DS1302采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，也可以关闭充电功能，芯片采用32768Hz晶振。要特别说明的是，备用电源BTl用电池，虽然DS1302在主电源掉电后耗电很小，但要长时间保证时钟正常，最好选用小型电池。DS1302在第一次加电后,需进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间及闹铃。
[0079]10.存储电路AT24C02。在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号；当SCL线为高电平时，SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。开始和结束信号都是由主器件产生。在开始信号以后，总线即被认为处于忙状态；在结束信号以后的一段时间内，总线被认为是空闲的。
[0080]I2C总线的数据传送格式是:在I2C总线开始信号后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前7位为地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“O”表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件；方向位为“I”表示主器件将从从器件读信息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线上的地址一致，则该器件即为被主器件寻址的器件，其接收信息还是发送信息则由第8位(R/W)确定。
[0081]在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位(第9位)，也叫应答位(ACK)。每次都是先传最高位，通常从器件在接收到每个字节后都会做出响应，即释放SCL线返回高电平，准备接收下一个数据字节，主器件可继续传送。如果从器件正在处理一个实时事件而不能接收数据时(例如正在处理一个内部中断，在这个中断处理完之前就不能接收I2C总线上的数据字节)，可以使时钟SCL线保持低电平，从器件必须使SDA保持高电平，此时主器件产生I个结束信号，使传送异常结束，迫使主器件处于等待状态。当从器件处理完毕时将释放SCL线，主器件继续传送。
[0082]当主器件发送完一个字节的数据后，接着发出对应于SCL线上的一个时钟(ACK)认可位，在此时钟内主器件释放SDA线，一个字节传送结束，而从器件的响应信号将SDA线拉成低电平，使SDA在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。从器件的响应信号结束后，SDA线返回高电平，进入下一个传送周期。
[0083]AT24C02与单片机的接口非常简单，A0, Al，A2为器件地址线，WP为写保护引脚，SCL, SDA为二线串行接口，符合I2C总线协议。
[0084]11.显示器部分是由HD61202液晶显示控制驱动器和HY12864液晶显示器组成的，HD61202液晶显示控制驱动器是一种带有驱动输出的图形液晶显示控制器，它可直接与8位微处理器相连，它可与HD61203配合对液晶屏进行行、列驱动。HD61202是一种带有列驱动输出的液晶显示控制器，它可与行驱动器HD61203配合使用，组成液晶显示驱动控制系统。
[0085]引脚CS1，CS2，CS3为芯片的片选端；引脚E为读写使能信号，它是在下降沿时数据被锁存入HD61202的；在E高电平期间，数据被读出；R/W为读写选择信号，当它为一时为读选通，为零时为写选通；DB0-DB7为数据总线RST为复位信号复位信号有效时，关闭液晶显示，使显示起始行为0，RST可跟MCU相连，由MCU控制；也可直接接VDD，使之不起作用。
[0086]在HY-12864中，两片HD61202的ADC均接高电平，RST也接高电平，这样在使用HY-12864时就不必再考虑这两个引脚的作用。CSA跟ΗΕ)61202(1)的⑶相连；CSB跟HD61202(2)的CSl相连，因此⑩、@选通组合信号为—，@=()1选通(1)，—，茂1=10选通⑵。对于HY-12864，只要供给VDD、VSS和VO即可，HD61202和HD61203所需的电源将由模块内部电路在VDD和V0、VSS的作用下产生。VSS接地；数字电源VDD接+5V ；对比度控制电压VO接电位器，可通过调节电位器调整液晶亮度；数据、指令选择信号RS接单片机P2.0 口 ；读写选择信号R/W接单片机P2.1 口 ；单片机读、写选通信号SB、€通过与非门接液晶的读写使能信号E ；DB0?DB7分别接单片机的P0.0?P0.7 口 ；芯片1、芯片2的片选分别接单片机的P2.2、P2.3 口 ；复位端RST、背光正电源LEDA接+5V ;液晶驱动电压VEE、背光负电源LEDK接地。(如图9)
[0087]12.键盘电路。本设计共采用按键3个，分别与单片机的P1.5、P1.6、P1.7 口相连，分别对应光标移动，时间、日期调整，退出、闹铃开关键的功能。(如图9)
[0088]13.闹铃电路。当闹铃显示“关”时，闹铃不起作用；当闹铃显示“开”时，设定闹铃时间，闹铃时间只可设定时和分，当前时间不断与设定的闹铃时间比较，不相等时不产生任何现象，一旦相等，P3.5输出一个低电平使三极管导通，从而使蜂鸣器工作，闹铃起作用。(如图9)
[0089]14.继电器驱动电路。当AT89S52的2脚输出高电平时，不能驱动光电耦合器件的二极管发光，于是光电耦合器件的输出回路不会导通，从而使三极管Ql处于关断状态。从而使15V电源不能接到继电器驱动线圈的两侧。D02起隔离作用和当继电器线圈关断时二极管D02反向续流，抑制浪涌，R002起限制发光二极管DOl导通时的电流。R06，R003在各自的电路都起到限制电流的作用。当AT89S52的2脚输出低电平时，驱动光电耦合器件的二极管发光，光电耦合器件的输出回路导通，驱动三极管Ql进入饱和导通状态，从而使15V电源加到继电器的15V线圈的两端。驱动继电器稳定工作。此时发光二极管DOl导通发光，其指示作用。(如图9)
[0090]15.当给整个电路供电后，首先对DS1302进行初始化，设定初始时间。让其自动运行运行，设定好时间后，数据数据传输到AT89S52的12脚，13脚和14脚。经过AT89S52的处理后PO 口输出，传送到HY-12864显示当前的时间。经AT89S52的处理后的信号还要从10脚和12脚输出，存储到AT24C02的寄存器中。在程序中设定继电器关断时间，传输到AT89S52的时间信号与设定的时间信号进行比较，如果实时时间超过设定的继电器关断时间，程序就自动发送指令给相应的引脚动作，令继电器停止工作，同时闹铃响起，以提示工作人员。(如图9)
【权利要求】
1.一种智能型金属表面处理系统所采用的技术方案是采用单片机为核心，外围电路为辅助电路的控制电路。控制电路驱动IGBT开关，产生功率超声波，将产生的功率超声波通过换能器转换为高频振动方案其特征是:本发明技术方案包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路，信号输出电路，电源产生电路，定时控制电路，显示电路，DS1302时钟产生电路，AT24C02存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，LCD显示电路。
2.如权力要求I所述的一种智能型金属表面处理系统包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路，定时控制电路，显示电路，DS1302时钟产生电路，AT24C02存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，IXD显示电路。其特征:集成芯片U26的型号是⑶4046。U26的I脚接电阻RJ后直接接地。2脚接ROl后分接到此芯片的9脚和COl的一端，COl的另一端接地。3脚和5脚分别与外围电路相连接。6脚同时接C02和C02.1 一端，两个电容的另一端同时接7脚。8脚和15脚同时接地。11脚接R06和R07两个串联电阻后接地。12脚接串联的R04和R04.1和R05三个电阻后接地。14引脚接C03 —端，C03另一端接R02，R02的另一端分接C04和R03的一端。C04D的另一端接地。R03的另一端接DOl的负极和霍尔交流传感起的输出端M。霍尔交流传感的负电源端(负15V电源)接DOl的正极和U20的4脚。集成芯片U20的型号是TL082。U20的I脚接D02的正极，D02的负极接U19的5脚。2脚接R08和R09的一端。R08的另一端接地。R09的另一端接霍尔交流传感器的“ + ” (15V电源)，同时接8脚和D03的负极。D03的正极接霍尔交流传感器输出端M。3脚接Rll和C06的的一端，C06的另一端接地。Rll的另一端接霍尔交流传感器的“ + ” (15V电源)。4脚接D04的正极，D04的负极接U22的3脚。5脚接R10，RlO的另一端接C05，C05的另一端接地。6脚同时接R12和R13，R12的另一端接地。R13另一端接7脚，7脚接D5的正极。D5的负极接R114，R14和C07串联C07的另一端接地。集成芯片U19的型号是⑶4093。I脚并接C08和R17，C08的另一端接U22的8脚。R17的另一端接4脚。2脚连接到I脚。3脚并接R15和和R16.R15的另一端接U26的5脚。R16的另一端接到5脚和D06的负极端。D06的正极接U20的I脚。6脚接到5脚上。7脚同时连接R18和R19.R18的另一端接U22的3脚。R19的另一端接U26的3脚和D07的负极，D07的正极接R20.R20的另一端接U22的I脚。集成芯片U22的型号是TL082。U22的I脚接U22-1。2脚接地。3脚并接U22-3，D08的负极和C09。C09的另一端并接R21，R22和C1。R22和ClO的另一端同时接地。R21的另一端接OUT+.4脚并接J26-6，U20-4和D08的正极。8脚接U22-8.集成芯片U27的型号是⑶4093，I脚接Cll和R23。Cll的另一端接地。R23的另一端接5脚，6脚和2脚再接U26-4。7脚接地。8脚接R24，R24的另一端接4脚和9脚。9脚接C12。C12的另一端接地。10脚，12脚和13脚同时接R25，R25的另一端接11脚。14脚U26 —16.集成芯片U33的型号是VLA517。VLA517的I脚D13的正极和E05的负极。3脚接R34。R34的另一端接J3-6。9脚接E05的正极。13脚接R26后接U27-11。12脚接地。6脚接D16的正极。R27和R28并连接D16的负极。C16，C17并联接R27，R28的另一端。C16，C17并联的另一端接Ql的集电极。C18，C19，R29并接后一端接Ql的集电极，C18，C19，R29并接后另一段接R30。R30的另一端接Q2的射极。D16的负极接并联的C20，C21，C20和C21的另一端接并联的R32，R31。R32，R31接Q2的射极。ROO接Ql的集电极，ROO的另一端接T2的Al端和COOl的负极。Τ2的Α2端Ql的射极。Τ2的Α4端接接OUT+端和高频电感的一端，高频电感的另一端接换能器的正极。换能器的负极接HCGQ器的一端。另一端接地。A3的另一端接地。UlO的I接交流霍尔传感器的M端，2端接OUT+端，3端接地。4端通过USB数据线接工业电脑。
3.如权力要求2所述的一种智能型金属表面处理系统包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路，定时控制电路，显示电路，DS1302时钟产生电路，AT24C02存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，IXD显示电路。其特征:U26的型号是⑶4046，是一片产生频率，自动锁定相位的集成芯片，是信号产生电路的核心元件。集成芯片U20的型号是TL082，用于采样换能器输出信号，运算放大和处理采样信号的电路的核心集成电路。集成芯片U19的型号是⑶4093，是信号整形处理电路的核心元件。集成芯片U22型号是TL082，是高频信号输出采样处理电路的核心元件。集成芯片U27的型号是CD4093，用于对高频信号波形进行整形电路的核心元件。集成芯片U33的型号是VLA517，VL517是IGBT的集成驱动模块。
4.如权力要求I所述的一种智能型金属表面处理系统包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路，定时控制电路，显示电路，DS1302时钟产生电路，AT24C02存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，IXD显示电路。其特征:电源产生电路由变压器由11，025，026，D27，U23，7915，7815和7818为主的元件构成。Tl的初级线圈接220V电源，Tl有2个次级线圈，一个是产生AC16V的电压，一个是产生AC19V的电压。AC16V的同名端接D25和D27的I端，AC16V的另一端接D25和D27的3端。AC19V的同名端接D26的2端，AC19V的另一端接D26的4端。D26的3端接U24的I端。D26的I端接地。E07正极接D26的3端和U24的I端。U24的2端接D14的正极，D14和D15串联，D15的负极接地。U24的三端接E06正极和C15的一端。C15的另一端和E06的负极接地。D25的2端接地。D25的4端接E02的正极和U23的I端。U23的2端接地。E02的负极接地。U23的3端接EOl的正极，C13的一端和U26-16。EOl的负极和C13的另一端接地。D27的4端接地，D27的2端接E03的负极和U29的2端。U29的I端接地。U29的3端接E04的正极和C14的一端。E04的正极并接C14的另一端，U22-4和地。
5.如权力要求12所述的一种智能型金属表面处理系统包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路，定时控制电路，显示电路，DS1302时钟产生电路，AT24C02存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，IXD显示电路。其特征:D25，D26，D27是整流桥。U23，，U24，U29是三端稳压器。
6.如权力要求I所述的一种智能型金属表面处理系统包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路，定时控制电路，显示电路，DS1302时钟产生电路，AT24C02存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，IXD显示电路。其特征在于:AT89S52的2脚接R06，R06的另一端接驱动电路的光电耦合器件二极管的负极。二极管的正极接5V电源。4脚接按键开关的SI，S2，S3的一端。SI的另一端接8脚，S2的另一端接7脚，S3的另一端接6脚。9脚是上电复位端。9脚接R30，按键S4和C3。R30的另一端接接地。C3的另一端接5V电源。S4的另一端接R31,R31的另一端接5V电源。10脚接AT24C02的5脚，11脚接AT24C02的6脚。12脚接接DS1302的7脚，13脚接DS1302的6脚，14脚接DS1302的5脚。15脚接驱动闹铃的信号Tl.16脚接写信号WR，17脚接读信号RD。18脚接Cl和晶振Y2的I端。19脚接晶振Y2的2端和C2，Cl和C2的另一端接地。20脚接地。21脚接HY-12864的4脚。22脚接HY-12864的5脚。23脚，24脚接HY-12864的15脚和16脚。32脚到39脚分别接HY-12864的14脚到7脚。40脚接电源5V.存储电路AT24C02的I脚，2脚，3脚，4脚同时接地。5脚接AT89S52的10脚和R2。R2的另一端接5V。6脚接AT89S52的10脚和Rl7Rl的另一端接接5V电源。8脚接电源。时钟产生电路DS1302的I脚接电源5V。2脚接晶振Yl的I脚。3脚接晶振Y2的2脚。4脚接地。5脚接AT89S52的14脚。6脚接AT89S52的13脚。7脚接AT89S52的12脚。8脚接3V电源的正极。3V电源的负极接地。闹钟电路的驱动信号来自AT89S52的15脚。15脚接R00，ROO的另一端接Ql的基极。Ql的发射极接地。Ql的集电极接喇叭的一端，喇叭的另一端接5V电源。显示电路由U2(HY-12864)为主的电路组成。HY-12864的I脚接地。2脚接5V电源。3脚接电位器R4的调节端。电位器R4的一端接地，另一端接5V电源。4脚接AT89S52的21脚。5脚接AT89S52的22脚.6脚接74ALS00的输出端。7脚到14脚分别接AT89S52的39脚到32脚。15脚和16脚分别接AT89S52的23脚和24脚。17脚和20接5V电源。18脚和19脚接地。AT89S52的16脚接写信号WR接U5 (74ALS00)的输入端的一端。AT89S52的17脚接读信号WR接U5 (74ALS00)的输入端的一端。74ALS00的输出端接HY-12864的6端。HY-12864是液晶显示电路，R4是电位器，74ALS00是与非门。继电器驱动电路光电耦合器件的集电极接15V。发射极接R300，R300的另一端接Ql的基极，Ql的发射极接地。15V电源接R002的一端，D02的负极和继电器Kl和K2控制线圈的一端。继电器Kl和K2控制线圈的另一端，DOl的负极和D02的正极接Ql的集电极。电源产生电路由变压器由Tl，D25和U23为主的元件构成。Tl的初级线圈接220V电源，Tl的次级线圈产生AC16V的电压。AC16V的一端接D25的I端，AC16V的另一端接D25的3端。D25的2端接地。D25的4端接E02的正极和U23的I端。U23的2端接地。E02的负极接地。U23的3端接EOl的正极，C13的一端和U05的3端。EOl的负极和C13的另一端接地。U05的2端接地，3端接E06的正极和C03，C03的另一端和E06的负极接地。R78接在U05的I端和3端之间。
7.如权力要求6所述的一种智能型金属表面处理系统包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路，定时控制电路，显示电路，DS1302时钟产生电路，AT24C02存储电路，闹铃电路，继电器驱动电路，软件控制电路，IXD显示电路。其特征在于:AT89S52是一片单片机。SI，S2，S3是按键，R30和R31是电阻Cl，C2和C3是电容，Y2是晶振。AT24C02是存储集成芯片，R1，R2是电阻。DS1302是时钟芯片，Yl，Y2是晶振。ROO是电阻，Ql是三极管。Ql是三极管，R002是电阻，ΚΙ, K2是继电器。:T1是变压器，D25是整流桥，U23和U25是三端稳压器，E01, E02和E06是电解电容，C03和C13是电容，R78是电阻。
【文档编号】G05B19/042GK104133396SQ201310157679
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2013年5月2日
【发明者】王培涛 申请人:王培涛