专利名称：基于avr单片机控制的粗丝气电立焊机及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于焊接大厚板金属的自动化焊接设备及控制方法，尤其涉及气电立焊系统组成及弧长稳定技术、数字化运动控制器及控制方法。
背景技术：
气电立焊(Electric-gas Welding,简称EGW)是一种由熔化极气体保护焊和电渣焊联合发展起来的一种高效熔化极气体保护焊。EGW与依靠多次焊接完成焊缝的窄间隙熔化极气体保护焊相比，可一次焊接形成焊缝；与依靠熔渣电阻热进行焊接的电渣焊相比，气电立焊依靠电弧热进行焊接，能量密度较高且更加集中。现有的气电立焊系统主要由平外特性焊接电源、等速送丝机构和变速爬行小车组成，其中变速爬行小车以集成电路为核心组成自动控制系统，焊接过程弧长变化会引起焊接电流变化，因而可取样焊接电流作为弧长变化反馈控制信号适时调节爬行小车行走速度，以保证焊接过程弧长稳定；另外这种气电立焊系统可根据不同板厚和不同焊接工艺要求，进行相应焊枪摆动以保证焊接质量。关于这种气电立焊系统的相关专利仅有中国专利号为201010150887. 4，发明专利名称为“基于FPGA的气电立焊弧长控制器”的专利，公开了一种以FPGA为控制核心的平外特性焊接电源、等速送丝的细丝气电立焊弧长控制器。现有的平外特性焊接电源、等速送丝和变速爬行小车系统组成的气电立焊系统， 主要应用于1.6mm以下的细丝、40mm以下的中厚板焊接；如焊接40mm以上的大厚板时，焊接生产效率仍不能满足实际焊接生产需求。这种气电立焊系统以集成电路为核心组成变速爬行小车自动控制系统，存在控制精度低、动态响应慢、参数调整不方便、温度漂移严重、容易老化等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种主要由垂降(下降)外特性焊接电源、变速送丝机构和以AVR单片机为控制核心的变速爬行小车组成的粗丝气电立焊机及控制方法，可用于1. 6mm以上粗丝，焊接40mm以上大厚板，以显著提高焊接生产效率，满足实际焊接生产需求。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明基于AVR单片机控制的粗丝气电立焊机，其特征在于包括；AVR单片机、三路小车行走给定电路、摆动正反面停留给定电路、摆动幅度和速度给定电路、焊矩对中摆动控制给定电路、焊接开始/结束控制电路、数字显示电路、焊接方式选择控制电路、焊接启动/停止控制电路、光耦隔离电路、行走控制器及行走电机控制驱动电路、摆动控制器及步进电机控制驱动电路和电机电压电流反馈电路，其中三路小车行走给定电路包括快速行走给定电路、自动焊接小车速度给定电路、手动焊接小车速度给定电路，AVR单片机的输入端分别与三路小车行走给定电路、电机反馈电路、摆动正面和反面停留给定电路、摆动幅度和速度给定电路、焊接开始/结束控制电路、焊接启动/停止控制电路、焊矩对中摆动控制
4给定电路、焊接方式选择控制电路和第三光耦隔离电路的输出端相连，AVR单片机的输出端分别与第一、第二光耦隔离电路和数字显示电路的输入端，第一光耦隔离电路的输出端接行走控制器及行走电机控制驱动电路的输入端，第二光耦隔离电路的输出端接摆动控制器及步进电机控制驱动电路的输入端，行走控制器及行走电机控制驱动电路的输出端串接电机电压电流反馈电路后接第三光耦隔离电路的输入端，第四光耦隔离电路的输出端接自动焊接小车速度给定电路的输入端。基于AVR单片机控制的粗丝气电立焊机的控制方法如下当小车自动爬升时直接采样焊接电压信号作为控制信号，手动行走和自动行走两路给定信号分别经隔离光耦接入AVR单片机，并在单片机内部进行AD转换，焊接时选择其中的一种方式作为电机运行控制信号；以电机电压负反馈电流正反馈模式作为电机稳速方式，分别直接采样爬行小车控制电机电压信号和电流信号的模拟信号，经集成放大器和隔离光耦后送入AVR单片机，并在AVR单片机内进行AD转换，将模拟信号转换成数字信号后进行运算，以输出脉冲信号控制焊接爬行小车运行；AVR单片机分别与三路小车行走给定电路、电机反馈电路、摆动正面和反面停留给定电路、摆动幅度和速度给定电路、焊接开始/结束控制电路、焊接启动/停止控制电路、焊矩对中摆动控制给定电路、焊接方式选择控制电路相连，根据接收到的数字信号产生相应的PWM/PFM脉冲信号，分别送入直流电机驱动和步进电机驱动电路；直流电机驱动电路将相应的PWM脉冲信号转变为爬行直流伺服电机驱动信号，从而控制爬行小车的爬行；步进电机驱动电路将相应的PWM脉冲信号转变为爬行步进电机驱动信号，从而控制焊炬的摆动运行轨迹；摆动正反面停留给定电路将信号送入AVR单片机，并在单片机内进行AD转换，将模拟信号转换成数字信号后进行运算，当焊枪摆动到焊缝正面和反面时，控制焊枪的停留时间；焊枪摆速控制信号电路与AVR单片机控制芯片相连，经AD转换后控制焊枪的摆动速度；焊枪摆幅控制信号电路与AVR单片机控制芯片相连，经AD转换后控制焊枪的摆动幅度；焊接开始/结束控制电路与AVR单片机控制芯片相连，控制焊接过程的启动与结束；焊矩对中摆动控制给定电路与AVR单片机控制芯片相连，控制焊枪保证其焊接时为焊缝的中间位置；焊接方式选择控制电路与AVR单片机控制芯片相连，从而选择焊接运行方式。本发明选用垂降(下降)外特性焊接电源、变速送丝机构，自主研发了基于AVR单片机为控制核心数字化运动控制器，发明了一种可采用1. 6mm以上粗丝，焊接40mm以上大厚板的气电立焊机。当自动焊接过程中电弧长度受干扰变长时，电弧电压变大，送丝速度变快以使电弧长度变短；爬行直流伺服电机速度变慢以使电弧长度变短；同理电弧长度受干扰变短时，可使电弧长度变长；当自动焊接过程中电弧长度不变时，送丝速度和爬行小车行走速度不变而实现弧长稳定。通过摆动控制电路，实现焊炬的正反面停留、摆速和摆幅的精确运行。
图1是本发明实施例的电路框图；图2是本发明实施例中模块1的电路图；图3是本发明实施例中模块2的电路图；图4是本发明实施例中模块3的电路图。
具体实施例方式以下结合附图对发明的技术方案进行详细说明如图1所示，基于AVR单片机控制的粗丝气电立焊机，其特征在于，包括三路小车行走给定电路1-3、1_4、1-12、摆动正反面停留给定电路1-1、1_2、摆动幅度和速度给定电路1-6、1-7、焊矩对中摆动控制给定电路1-5、焊接开始/结束控制电路1-8、数字显示电路 1-9、焊接方式选择控制电路1-10、焊接启动/停止控制电路1-11、光耦隔离电路2-1、2-3、 3-2、3-4、行走电机控制驱动电路2-2、摆动电机控制驱动电路2-4和电机电压电流反馈电路3-1，其中三路小车行走给定电路1-3、1-4、1_12、摆动正反面停留给定电路1_1、1_2、摆动幅度和速度给定电路1-6、1_7、焊矩对中摆动控制给定电路1-5、焊接开始/结束控制电路 1-8、焊接方式选择控制电路1-10、焊接启动/停止控制电路1-11直接与AVR单片机相连， 在单片机内部进行A/D转换后控制脉冲信号；数字显示电路1-9显示AVR单片机给定的行走速度；AVR单片机将产生的两路行走电机驱动信号经过光耦隔离电路2-1，送进行走电机驱动电路2-2，以保证行走电机的精确运行；电机运行的过程中经电机电压电流反馈电路3-1采集反馈信号，并将反馈信号经光耦隔离电路3-2后与AVR单片机相连，以保证电机的稳定运行；在焊接过程中经焊接电压反馈电路3-3采集反馈电压后，与光耦隔离电路3-4相连，并将信号送入自动行走给定电路1-12，然后与AVR单片机相连，作为小车自动行走控制
信号； 摆动电机驱动信号经光耦隔离电路2-3后，与摆动电机驱动电路2-4相连，以控制摆动电机的运动形式；如图2所示，本发明提供了一种基于AVR单片机的气电立焊弧长控制器。三路小车行走给定电路包括快速行走给定电路、手动焊接小车速度给定电路、自动焊接小车速度给定电路。快速行走给定电路中，滑动变阻器VR5的一端与C65的一端相连后接+5V，VR5的另一端与R112的一端相连，R112的另一端和C65剩余一端相连后接地。VR5的中间抽头与 Rl 13的一端相连，Rl 13的另一端分别与C64、R114、R115的一端相连，C64和Rl 14剩余的一端相连后接地，R115的另一端接ICl的2号脚。ICl的4号脚和11号脚分别接+5V和-5V， 1号脚、3号脚和5号脚相连。
手动焊接小车速度给定电路中，VR7 一端接地，另一端接VDD，VR7的中间抽头与 C22、R27的一端相连，C22的另一端与C21的一端相连后接地，C21的另一端与R27的另一端相连后接AVR单片机的58号脚。电路的5号输出脚接R86的一端，R86的另一端接R89的一端和光耦E6的1号脚， R89的另一端接光耦E6的3号脚和光耦E4、E5的2号脚，光耦E6的5号脚接地，4号脚接 R87、R90的一端，R87的另一端和光耦E6的6号脚相连后接VCC，R90接U9的5号脚，U9的 6号脚接步进电机驱动芯片UlO的10号脚。电路的7号脚接R91的一端，R91的另一端接R88的一端和光耦E5的1号脚，光耦E5的2号脚和R88的另一端相连后接光耦E4的2号脚和光耦E6的3号脚，光耦E5的 3号脚接地，光耦的4号脚接R85的一端，R85的另一端接R84的一端和VCC，R84的另一端接U9的3号脚，U9的4号脚接步进电机驱动芯片UlO的9号脚。电路的8号脚接R79的一端，R79的另一端接R81的一端和光耦E4的1号脚，R81 的另一端和光耦E4的2号脚相连后接光耦E5的2号脚和E6的3号脚，光耦E4的3号脚与C55的一端、D8的负极相连后接地，C55的另一端和D8的正极、R90的一端相连后接VCC， R90的另一端和R78相连后接光耦E4的4号脚，R78的另一端接U9的1号脚，U9的2号脚接Ml的1号脚，Ml的2号脚和R77的一端相连后接VCC，R77的另一端与C54的一端、Ml的 3号脚、VR4的一端相连后接步进电机驱动芯片UlO的7号脚，C54的另一端和R76的一端相连后接地，VR4的另一端和中间抽头相连后接R76的另一端。电路的12号脚接R72的一端，R72的另一端接R70的一端后与光耦E7的1号脚相连，R70的另一端与光耦E7、E8的3号脚相连，光耦E7的6号脚接C48和R66的一端，C48 的另一端与光耦E7的5号脚相连后接地，R66的另一端和R67的一端相连后接光耦E7的4 号脚，R57的另一端接直流电机驱动芯片TA84^H的1号脚。电路的13号脚接R73的一端，R73的另一端接R71的一端后与光耦E8的1号脚相连，R71的另一端与光耦E7、E8的3号脚相连，光耦E8的6号脚接C49和R68的一端，C49 的另一端与光耦E8的5号脚相连后接地，R68的另一端和R69的一端相连后接光耦E8的4 号脚，R69的另一端接直流电机驱动芯片TA84^H的2号脚。AVR单片机的35-42号脚分别接数码管驱动芯片U2、U3的1D-8D端，AVR单片机的 44,45号脚分别接数码管驱动芯片U2、U3的为选控制端C，数码管驱动芯片U2、U3的1号脚接AVR单片机的数字地，数码管驱动芯片U3的18、19号脚分别接数码管的DIG1、DIG2，数码管驱动芯片U2的1Q-8Q分别接数码管的7、8、3、2、1、10、4、5号脚。AVR单片机的60、61号脚接焊枪对中摆动控制给定电路，其中60号脚接R16的一端，R16的另一端与R15、C7的一端相连后接钮子开关SW3的3号脚，R15的另一端接VDD， C7的另一端与C4的一端、钮子开关SW3的2号脚相连后接数字地；61号脚接R6的一端，R6 的另一端与R5的一端、C4的另一端相连后接SW3的1号脚，。AVR单片机的30、32号脚接焊接控制信号电路，其中30号脚接R4的一端，R4的另一端与R3、C3的一端相连后接钮子开关SW4的2号脚，R3的另一端接VDD，C3的另一端与 C5的一端、SW4的2号脚相连后接数字地；32号脚接R12的一端，R12的另一端与Rll的一端、C5的另一端相连后接钮子开关SW4的1号脚，Rll的另一端接VDD。AVR单片机的47-51号脚接焊接方式选择控制电路，其中47号脚接R18的一端，R18的另一端与R17、C10的一端相连后接波段开关SW6的3号脚，R17的另一端接VDD，C10 的另一端接数字地；48号脚接R20的一端，R20的另一端与R19、C11的一端相连后接波段开关SW6的4号脚，R19的另一端接VDD，Cll的另一端接数字地；49号脚接R22的一端，R22 的另一端与R21、C12的一端相连后接波段开关SW6的5号脚，R21的另一端接VDD，C12的另一端接数字地；50号脚接R24的一端，R24的另一端与R23、C13的一端相连后接波段开关SW6的6号脚，R23的另一端接VDD，C13的另一端接数字地；51号脚接R26的一端，R26 的另一端与R25、C14的一端相连后接波段开关SW6的7号脚，R25的另一端接VDD，C14的另一端接数字地；同时焊接方式选择控制的波段开关SW6的13号脚接数字地。AVR单片机的M-57号脚分别接正面停留给定信号电路、反面停留给定信号电路、 焊枪摆动速度给定信号电路、焊枪摆动幅度给定信号电路，其中力4号脚接R29、C15的一端，C15的另一端与C16的一端相连后接数字地，R29、C16的另一端相连后接VR9的中间抽头，VR9的另外两端分别接数字地和VDD ；55号脚接R30、C17的一端，C17的另一端与C18的一端相连后接数字地，R30、C18的另一端相连后接VRlO的中间抽头，VRlO的另外两端分别接数字地和VDD ；56号脚接R28、C20的一端，C20的另一端与C19的一端相连后接数字地， R28、C19的另一端相连后接VR8的中间抽头，VR8的另外两端分别接数字地和VDD ；57号脚接R10、C23的一端，C23的另一端与C24的一端相连后接数字地，RIO、CM的另一端相连后接VR6的中间抽头，VR6的另外两端分别接数字地和VDD。AVR单片机的四号脚接R2的一端，R2的另一端分别和R1、C2、焊接开始/结束开关SWl的一端相连，C2、Sffl的另一端相连后接数字地，Rl的另一端接VDD。AVR单片机的配置电路中，62和64号脚相连后接C1、L1的一端，Cl的另一端与63 号脚相连后接数字地，Ll的另一端接VDD ；17号脚接发光二极管IXDl的阴极，IXDl的阳极接R9的一端，R9的另一端接VDD ；22号脚与C9的一端相连后接数字地，C9的另一端与21 号脚相连后接VDD ；23号脚接晶振Xl和以6的一端，24号脚接晶振Xl的另一端和C27的一端，C26、C27的另一端相连后接数字地；2、20、11、3号脚分别接烧接器JPl的1、5、7、9号脚，JPl的4、6、8、10号脚相连后接数字地，2号脚接VDD。电动送丝开关的两端与继电器RLl的1、2号脚相连，3号脚与C25的一端、R7的一端、三极管Ql集电极、D4阳极相连后接AVR单片机的46号脚，C25的另一端接VDD，D4的阴极与继电器RLl的4号脚相连后接VDD，R7的另一端接三极管Ql的基极和R8的一端，R8 的另一端和RLl的射极相连后接数字地。如图3所示，自动焊接小车速度给定电路中，VR14的中间抽头和一端相连后接-5V，另一端与滑动变阻器TOLD⑶RRENT的一端相连，TOLD⑶RRENT的另一端VR15的一端相连，VR15的中间抽头与其另一端相连后接地。WELD⑶RRENT的中间抽头接R34的一端，R34 的另一端与IC4的12脚相连。IC4的13号脚与R35的一端相连，VR16的中间抽头和一端相连后接R35的另一端、IC4的14号脚。VR16的另一端与滑动变阻器STICK0UT的一端相连。 STICK0UT的另一端与VR17的一端相连，VR17中间抽头和另一端相连后接地。STICK0UT的中间抽头与R39的一端相连，R39的另一端与IC4的2号脚、R38的一端、R40的一端相连， C28的正端相连。R38的另一端与VR18的中间抽头相连，VR18的两端分别与R36、R37的一端相连，R36的另一端接-5V，R37的另一端接地。以8的负端与以9的负端相连，C29的正端与R40的另一端、IC4的1号脚相连、R59的一端相连。IC4的4号脚、11号脚和3号脚分别接+5V、-5V、R41的一端，R41的另一端接地。焊接中采样焊接电压，并将采集的电压信号接入R42的一端。R42的另一端接R43的一端和IC3的13号脚，IC3的4号脚、11号脚、12 号脚分别接+5V、-5V、R44的一端，R44的另一端接地。R62的另一端接VR3的一端，VR3的另一端与中间抽头现连后接IC3的14号脚、R45的一端。R45的另一端与R47的一端、C36 的正端相连。R47的另一端IC3的10号脚、C34的正端相连。C34的负端接C35的负端， C35的正端接地。C36的负端接C37的负端，C37的正端与IC3的8号脚、9号脚、R49的一端相连。R49的另一端与R51、C40的正端相连。R51的另一端接IC3的5号脚、C38的正端相连。C38的负端接C39的负端，C39的正端接地。C40的负端接C41的负端，C41的正端与IC3的7号脚、6号脚、R53的一端相连。R53的另一端与R54的一端、R59的另一端、C42 的一端、ICl的9号脚相连。ICl的10号脚连R55的一端，R55的另一端接地。肪4的另一端接VRll的一端，VRll的另一端与中间抽头相连后与C42的另一端、ICl的8号脚、R56的一端相连。R56的另一端与R60的一端、R57的一端、ICl的13号脚相连。R60的另一端连 VR12的中间抽头，VR6的两端分别接地和连+5V。R57的另一端连ICl的14号脚和R61的一端，ICl的12号脚连R58的一端，R58的另一端接地。R61的另一端分别与C43、R62、R63 的一端相连，C43、R62的另一端相连后接地。R63的另一端与IC2的2号脚相连，IC2的1 号脚、3号、5号脚相连。VR13的一端接地，中间抽头和另一端相连后接R64的一端。R64的另一端与IC2的6号脚、电容C46的一端相连后接隔离光耦E3的4号脚。C46的一端与IC2 的7号脚、R65的一端相连。R65的另一端接隔离光耦E3的2号脚，E3的1号脚接地，3号脚连VDD，6号脚连VCC。如图4所示，从直流电机驱动芯片TA84^H的8号脚采样直流电机电流接R98和 R99的一端，R98的另一端与C58的一端相连后接地。C58和R99的另一端与RlOO的一端相连，RlOO的另一端与R102和C59的一端、IC5的6号脚相连。IC5的4号脚与11号脚分别与+5V、-5V相连，5号脚与RlOl的一端相连，RlOl的另一端接地。IC5的7号脚与R103的一端相连，R103的另一端与C62的一端、R104的一端相连。R104的另一端与VRl的一端相连。VRl的中间抽头与另一端相连后与C62的另一端，IC5的1号脚，R106的一端相接。IC5 的3号脚连R105的一端，R105的另一端接地。采样电机电压接R92的一端，R92的另一端与R93、R94的一端相连，R93的另一端与C56的一端相连后接地，R94和C56的另一端相连后接R95的一端。R95的另一端接R97的一端、C57的一端、IC5的9号脚。IC5的10号脚连R96的一端，R96的另一端接地。R97、C57的另一端与IC5的8号脚相连后接R107的一端。R106、R107的另一端相连后接IC5的12号脚。IC5的13号脚连R108的一端，R108的另一端与IC5的14号脚、R109的一端相连。R109的另一端与IC4的6号脚相连，IC4的5 号脚、7号、10号脚相连。VR2的一端接地，中间抽头和另一端相连后接RllO的一端。RllO 的另一端与IC4的9号脚、电容C63的一端相连后接隔离光耦E2的4号脚。C63的一端与 IC4的8号脚、Rlll的一端相连。Rlll的另一端接E2的2号脚，E2的1号脚接地，3号脚连VDD，6号脚连VCC，5号脚连AVR单片机的10号脚。拨动开关SW9的1、2号脚相连后接地，SW9的3号脚与R83相连后接UlO的12号脚，SW9的4号脚与R82相连后接UlO的13号脚，R82、R83的另一端相连后接VCC0步进电机驱动芯片UlO的8号脚接R60的一端，R60的另一端与C50、C51、C52、C53 的一端相连后接地，C50、C51、C52、C53的另一端相连后接VCC ；UlO的5号脚、17号脚分别与R75、R74的一端相连，R75、R74的另一端与UlO的11号脚相连后接地；UlO的6号脚接 VCC,U10的16号脚与步进电机的电源端相连后接+24V电源，UlO的1、2号脚相连后接步进电机的A+，UlO的3、4号脚相连后接步进电机的A-，UlO的18、19号脚相连后接步进电机的 B-, UlO的20、21号脚相连后接步进电机的B+。直流电机驱动芯片TA8429H的6号脚接地，11、12号脚相连后接电感L3的一端，电感L3的另一端与C47的正极、芯片TA84^H的10号脚相连后接+24V电源，C47的负极接地，芯片TA8429H的4号脚、8号脚分别接直流电机的两端，同时在芯片TA8429H的8号脚引一路信号作为直流电机的电流反馈信号。以下通过四个实施例说明本电路的工作过程。实施例1如图2所示，打开总电源后，芯片Ul自动将程序读入到芯片内部，发光二极管IXDl 发亮。当选择好开关UP或DOWM后，按下快速行走开关后，电路启动快速行走方式，给定电压从VR5的中间抽头开始先经R113、R114分压，后经由R115、IC1、VR4、R116、R117、E1、C68组成的光耦隔离电路后进入AVR单片机的4号脚，并在单片机内部进行AD转换，同时产生驱动直流伺服电机运行的PWM脉冲信号。单片机发送PWM脉冲信号和正反转信号到TA84^H 的INI、IN2，当按下的开关为UP时，mi输入为“0”，IN2输入为“1”，此时电机正转；当按下开关为DOWN时，INl输入为“1”，IN2输入为“0”，此时电机反转。在小车爬行中，从0UT2 端采样电机电流，接 R98 和 R99 的一端，经 R98、R99、C58、R100、R102、C59、IC5、R101、R103、 C62、R104、R105、VR1组成的调整电路，输入R106的一端；OUTl端采样电机电压接R92的一端，经 R92、R93、R94、C56、R95、R97、C57、IC5、R96 组成的调整电路，输入到 R107 的一端。 电压负反馈电流正反馈经R106、R107、R108、IC5组成的跟随电路，从IC5的14号脚输出到 R109的一端相连，经附09、扣4、￥1 2、1 110丄6332、1 111组成的光耦隔离电路，输入到单片机的10号脚，由给定信号与电压负反馈电流正反馈信号得误差信号，调整PWM脉冲信号的输出，起到稳速作用。实施例2如图2所示，打开总电源后，芯片U2自动将程序读入到芯片内部，发光二极管IXDl 发亮。开关SW2放在一档即为手动焊接模式，先由调速变阻器VR7调节小车爬升速度给定， 输入到R27的一端然后由R7输入到单片机内部，经过AD转换后调节小车的行走速度。按下开关SWl后，单片机的12、13号脚分别发送PWM脉冲信号和电机正转信号到R72、R73，然后分别经R70、E7、R66、R67光耦隔离和R71、E8、R68、R69接直流伺服电机驱动芯片TA8^9 的IN1，IN2，EN，即mi输入为“0”，IN2输入为“1”，同时调节直流电机的转速。在小车爬行中，从 0UT2 端采样电机电流，接 R98 和 R99 的一端，经 R98、R99、C58、R100、R102、C59、IC5、 R101、R103、C62、R104、R105、VR1组成的调整电路，输入R106的一端；OUTl端采样电机电压接R92的一端，经1 92、1 93、1 94丄56、1 95、1 97丄57、比5、1 96组成的调整电路，输入到R107 的一端。电压负反馈电流正反馈经R106、R107、R108、IC5组成的跟随电路，从IC5的14号脚输出到R109的一端相连，经R109、IC4、VR2、R110、C63、E2、R111组成的光耦隔离电路，输入到单片机的10号脚，由给定信号与电压负反馈电流正反馈信号得误差信号，调整PWM脉冲信号的输出，起到稳速作用。在焊接运行过程中，分别调节外停留电阻器VR9、内停留电阻器VR10、焊枪摆动速
10度电阻器VR8、焊枪摆动幅度电阻器VR6可以改变焊枪的运行形式。其中，调节VR9后的信号经过似9后输入到单片机内部、调节VRlO后的信号经过R30后输入到单片机内部、调节 VR8后的信号经过似8后输入到单片机内部、调节VR6后的信号经过RlO后输入到单片机内部，四路信号在单片机内部首先进行AD转换，然后进行相应的运算后得到相应频率、周期和脉冲个数的PFM驱动信号，然后由单片机的5号脚经过R86、R89、E6、R90、R87、U9-3输入到SLA7062M的10脚；由单片机的7号脚经过R91、R88、E5、R85、R84、U9_2输入到SLA7062M 的 9 脚；由单片机的 8 号脚经过 R79、R81、E4、R80、D3、C55、R78、U9-1、Ml、VR4、R76、R77、 C54输入到SLA7062M的7脚，通过SLA7062M来控制摆动电机的摆动方向、摆动幅度、摆动速度和正、反面停留时间。实施例3如图2所示，打开总电源后，芯片Ul自动将程序读入到芯片内部，发光二极管IXDl 发亮。开关SW2放在二档即为自动焊接模式，先调节变阻器WELDCURRENT，此为同轴滑动器， 同时调节焊接电流的给定，经R34、R35、IC4组成的跟随器，从IC4的14号脚输出。VR16 的中间抽头和一端相连后接R35的另一端、IC4的14号脚。VR16的另一端与滑动变阻器 STICK0UT的一端相连。STICK0UT的另一端与VR17的一端相连，VR17中间抽头和另一端相连后接地。调节变阻器STICK0UT即调节干伸长，给定经R39、IC4、R40、R41、C28、C29、VR18、 R36、R37、R38组成的调节电路输入R59的一端。焊接反馈电压信号接入R42，先经R42、R43、 IC3、R44、VR3 组成的调节电路输入到 R45 的一端，再经 R45、R47、IC3、C34、C35、C36、C37、 R49、R51、C38、C39、C40、C41组成的两个跟随电路输入R53的一端相连。两路给定信号经 R59、R53、R54、C42、ICl、R55、VRl 1、R56、R60、R57、R58、VR12 组成的调节电路叠加运算后输入R61的一端，然后经R61、R62分压后输入到R63的一端相连，再经由R63、IC2、VR13、 R64、C46、E3、R65组成的光耦隔离电路后进入单片机的9号脚，并在单片机内进行AD转换， 然后作为直流电机的给定信号参加相应的运算，进而生成相应的PWM脉冲信号。按下开关 Sffl,电路的12和13号输出端信号接通，即焊枪开关接通，开始焊接过程，产生焊接电压反馈，内部运算产生PWM脉冲信号，并发送PWM脉冲信号和电机正转信号到R72、R73，然后分别经R70、E7、R66、R67光耦隔离和R71、E8、R68、R69接直流电机驱动芯片TA8429的INl, IN2，ENjP mi输入为“0”，IN2输入为“1”，同时调节直流电机的转速。在小车爬行中，从 0UT2 端采样电机电流，接 R98 和 R99 的一端，经 R98、R99、C58、RlOO、R102、C59、IC5、RlOl、 R103、C62、R104、R105、VR1组成的调整电路，输入R106的一端；OUTl端采样电机电压接R92 的一端，经 R92、R93、R94、C56、R95、R97、C57、IC5、R96 组成的调整电路，输入到 R107 的一端。电压负反馈电流正反馈经R106、R107、R108、IC5组成的跟随电路，从IC5的14号脚输出到R109的一端相连，经R109、IC4、VR2、R110、C63、E2、R111组成的光耦隔离电路，输入到单片机的10号脚，由单片机10号脚给定信号与电压负反馈电流正反馈信号得误差信号，调整PWM脉冲信号的输出，起到稳速作用。在焊接运行过程中，分别调节外停留电阻器VR9、内停留电阻器VR10、焊枪摆动速度电阻器VR8、焊枪摆动幅度电阻器VR6可以改变焊枪的运行形式。其中，调节VR9后的信号经过似9后输入到单片机内部、调节VRlO后的信号经过R30后输入到单片机内部、调节 VR8后的信号经过似8后输入到单片机内部、调节VR6后的信号经过RlO后输入到单片机内部，四路信号在单片机内部首先进行AD转换，然后进行相应的运算后得到相应频率、周期和脉冲个数的PFM控制信号，然后由单片机的5号脚经过R86、R89、E6、R90、R87、U9-3输入到SLA7062M的10脚；由单片机的7号脚经过R91、R88、E5、R85、R84、U9_2输入到SLA7062M 的 9 脚；由单片机的 8 号脚经过 R79、R81、E4、R80、D3、C55、R78、U9-1、Ml、VR4、R76、R77、 ⑶4输入到SLA7062M的7脚，通过SLA7062M来控制摆动电机的摆动方向、摆动幅度、摆动速度和正、反面停留时间。实施例4如图2所示，打开总电源后，芯片Ul自动将程序读入到芯片内部，发光二极管IXDl 发亮。开关SW3为焊枪对中摆动控制信号开关，当向左调节SW3时，控制信号通过R6输入到单片机内部，同时指令相应的程序得到相应的PFM驱动信号，然后由单片机的5号脚经过 R86、R89、E6、R90、R87、U9-3 输入到 SLA7062M 的 10 脚；由单片机的 7 号脚经过 R91、R88、 E5、R85、R84、U9-2 输入到 SLA7062M 的 9 脚；由单片机的 8 号脚经过 R79、R81、E4、R80、D3、 C55、R78、U9-1、M1、VR4、R76、R77、CM 输入到 SLA7062M 的 7 脚，通过 SLA7062M 来控制摆动电机的摆动方向、摆动幅度、摆动速度和停留时间等，以此保证旱情处于焊缝的中间位置； 当向右调节SW3时，控制信号通过R6输入到单片机内部，同时指令相应的程序得到相应的 PFM驱动信号，然后由单片机的5号脚经过R86、R89、E6、R90、R87、U9-3输入到SLA7062M 的10脚；由单片机的7号脚经过R91、R88、E5、R85、R84、U9-2输入到SLA7062M的9脚；由单片机的 8 号脚经过 R79、R81、E4、R80、D3、C55、R78、U9-1、Ml、VR4、R76、R77、C54 输入到 SLA7062M的7脚，通过SLA7062M来控制摆动电机的摆动方向、摆动幅度、摆动速度和停留时间等，以此保证旱情处于焊缝的中间位置。
1权利要求
1.一种基于AVR单片机控制的粗丝气电立焊机，其特征在于包括；AVR单片机、三路小车行走给定电路、摆动正反面停留给定电路(1-1、1_2)、摆动幅度和速度给定电路(1-6、 1-7)、焊矩对中摆动控制给定电路(1-5)、焊接开始/结束控制电路(1-8)、数字显示电路 (1-9)、焊接方式选择控制电路(1-10)、焊接启动/停止控制电路(1-11)、光耦隔离电路 (2-1、2-3、3-2、3-4)、行走控制器及行走电机控制驱动电路(2- 、摆动控制器及步进电机控制驱动电路(2-4)和电机电压电流反馈电路(3-1)，其中三路小车行走给定电路包括快速行走给定电路(1-3)、自动焊接小车速度给定电路(1-12)、手动焊接小车速度给定电路 (1-4)，AVR单片机的输入端分别与三路小车行走给定电路(1-3、1-4、1-12)、电机反馈电路 (3-1)、摆动正面和反面停留给定电路(1-1、1_2)、摆动幅度和速度给定电路(1-6、1-7)、焊接开始/结束控制电路(1-8)、焊接启动/停止控制电路(1-11)、焊矩对中摆动控制给定电路(1-5)、焊接方式选择控制电路(1-10)和第三光耦隔离电路(3-2)的输出端相连，AVR 单片机的输出端分别与第一、第二光耦隔离电路(2-1、2-；3)和数字显示电路(1-9)的输入端，第一光耦隔离电路的输出端接行走控制器及行走电机控制驱动电路0-2)的输入端，第二光耦隔离电路0-3)的输出端接摆动控制器及步进电机控制驱动电路0-4)的输入端，行走控制器及行走电机控制驱动电路0-2)的输出端串接电机电压电流反馈电路 (3-1)后接第三光耦隔离电路(3-2)的输入端，第四光耦隔离电路(3-2)的输出端接自动焊接小车速度给定电路(1-1 的输入端。
2.一种基于AVR单片机控制的粗丝气电立焊机的控制方法，其特征在于所述方法如下当小车自动爬升时直接采集焊接电压信号作为控制信号，手动行走和自动行走两路给定信号分别经隔离光耦接入AVR单片机，并在单片机内部进行AD转换，焊接时选择手动行走或自动行走中的一种方式作为电机运行控制信号；以电机电压负反馈电流正反馈模式作为电机稳速方式，分别直接采样爬行小车控制电机电压信号和电流信号，经集成放大器和隔离光耦后送入AVR单片机，并在AVR单片机内进行AD转换，将模拟信号转换成数字信号后进行运算，以输出脉冲信号控制焊接爬行小车行走；AVR单片机分别与三路小车行走给定电路(1-3、1-4、1-12)、电机反馈电路(3_1)、摆动正面和反面停留给定电路(1-1、1_2)、摆动幅度和速度给定电路(1-6、1_7)、焊接开始/结束控制电路(1-8)、焊接启动/停止控制电路(1-11)、焊矩对中摆动控制给定电路(1-5)、焊接方式选择控制电路(1-10)相连，根据接收到的数字信号产生相应的PWM/PFM脉冲信号， 分别送入直流电机驱动(2- 和步进电机驱动电路(2-4)；直流电机驱动电路(2- 将相应的PWM脉冲信号转变为爬行直流伺服电机驱动信号， 从而控制爬行小车的爬行；步进电机驱动电路(2-4)将相应的PWM脉冲信号转变为爬行步进电机驱动信号，从而控制焊炬的摆动运行轨迹；摆动正反面停留给定电路(1-1、1_2)将信号送入AVR单片机，并在单片机内进行AD转换，将模拟信号转换成数字信号后进行运算，当焊枪摆动到焊缝正面和反面时，控制焊枪的停留时间；焊枪摆速控制信号电路(1-6)与AVR单片机控制芯片相连，经AD转换后控制焊枪的摆动速度；焊枪摆幅控制信号电路(1-7)与AVR单片机控制芯片相连，经AD转换后控制焊枪的摆动幅度；焊接开始/结束控制电路(1-8)与AVR单片机控制芯片相连，控制焊接过程的启动与结束；焊矩对中摆动控制给定电路(1-5)与AVR单片机控制芯片相连，控制焊枪保证其焊接时为焊缝的中间位置；焊接方式选择控制电路(1-10)与AVR单片机控制芯片相连，从而选择焊接运行方式。
全文摘要
本发明基于AVR单片机控制的粗丝气电立焊机及控制方法，所述焊机包括三路小车行走给定、摆动正反面停留给定、摆动幅度和速度给定、焊矩对中摆动控制给定、焊接开始/结束控制、数字显示、焊接方式选择控制、焊接启动/停止控制、光耦隔离、行走电机控制驱动、摆动电机控制驱动电路和电机电压电流反馈电路。所述方法采样焊接电压作为小车自动爬升和送丝速度变化的反馈控制信号，当自动焊接过程中电弧长度受干扰变长时，电弧电压变大，送丝速度变快以使电弧长度变短，爬行直流伺服电机速度变慢以使电弧长度变短；同理电弧长度受干扰变短时，可使电弧长度变长；当自动焊接过程中电弧长度不变时，送丝速度和爬行小车行走速度不变而实现弧长稳定。
文档编号B23K9/073GK102248266SQ20111019235
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者吴文烈, 周航宇, 尹明, 方臣富, 闫文洋 申请人:江苏科技大学