基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),包括依次閉合式環(huán)形連接的單片機、信號發(fā)生器、推挽逆變器、檢測電路、放大電路、濾波電路、調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換,以單片機作為測控系統(tǒng),檢測各個電參數(shù)值,分析判斷是否跟蹤到最大諧振點,并進一步計算出控制量,將控制量輸出到執(zhí)行器,調(diào)節(jié)輸出頻率數(shù)值,實現(xiàn)頻率跟蹤。本發(fā)明克服傳統(tǒng)自動頻率跟蹤方式無法跟蹤到具有多諧振峰值現(xiàn)象的壓電換能器的最大諧振點的缺點,其引入單片機根據(jù)檢測到的各個電參數(shù)值來分析判斷,并進一步計算出控制量,將控制量輸出到執(zhí)行器,調(diào)節(jié)輸出頻率數(shù)值,實現(xiàn)對超聲波焊接電源頻率的多峰值諧振最大諧振點跟蹤,確保焊接過程中振幅保持在諧振狀態(tài),提高焊接質(zhì)量。
【專利說明】
基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波焊接電源的控制系統(tǒng),具體涉及一種基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波焊接過程中,由于焊接負載、工具頭磨損以及振動系統(tǒng)的溫度、剛度等各種因素,易使得系統(tǒng)固有頻率發(fā)生漂移,從而導致振幅脫離諧振狀態(tài),如果發(fā)生器頻率不跟隨變化,將造成整個系統(tǒng)的失調(diào),影響到焊接質(zhì)量,無法達到焊接要求。
[0003]中國專利文獻號CN203224479U于2013年10月2日公開了一種基于單片機的超聲波檢測裝置,具體公開了包括包括發(fā)射電路、探頭、限幅電路、放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、通信接口電路、液晶顯示屏和數(shù)據(jù)存儲器,所述發(fā)射電路的信號輸入端與所述單片機的信號輸出端連接,所述探頭的信號輸出端與所述限幅電路的信號輸入端連接,所述限幅電路的信號輸出端與所述放大電路的信號輸入端連接,所述放大電路的信號輸出端與所述濾波電路的信號輸入端連接,所述濾波電路的信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器的信號輸入端連接,所述A/D轉(zhuǎn)換器的信號輸出端與所述單片機的信號輸入端連接,所述單片機的數(shù)據(jù)端口與所述通信接口電路和所述數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)端口連接,所述單片機的信號輸出端與所述液晶顯示屏的信號輸入端連接。該結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)固有頻率容易發(fā)生漂移和/或失調(diào),嚴重影響焊接質(zhì)量。
[0004]因此,有必要做進一步改進。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、能夠快速、準確跟蹤頻率、有效提尚焊接質(zhì)量的基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。
[0006]按此目的設(shè)計的一種基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),包括信號發(fā)生器、檢測電路、放大電路、濾波電路、調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換;其特征在于:還包括單片機,所述信號發(fā)生器與檢測電路之間連接推挽逆變器,所述環(huán)形連接的單片機、信號發(fā)生器、推挽逆變器、檢測電路、放大電路、濾波電路、調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換分別依次閉合式環(huán)形連接,以單片機作為測控系統(tǒng),檢測各個電參數(shù)值,分析判斷是否跟蹤到最大諧振點,并進一步計算出控制量,將控制量輸出到執(zhí)行器,調(diào)節(jié)輸出頻率數(shù)值,實現(xiàn)頻率跟蹤。
[0007]所述單片機包括MCS-51CPU、EPR0M27C256、SRAM62256、8279 芯片、8155 芯片;其中,EPR0M27C256預先裝載編制的程序、顯示編碼表和標度變換常數(shù)等;SRAM62256用來暫存各種數(shù)據(jù),其包括采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、鍵盤緩沖區(qū)、顯示緩沖區(qū)和浮點數(shù)運算緩沖區(qū)等;單片機通過采樣電流有效值、比較電流電壓相位大小及前后關(guān)系,根據(jù)不同情況立即進行中斷程序,以執(zhí)行不同的程序控制模塊來及時跟蹤超聲焊接諧振頻率。
[0008]所述信號發(fā)生器為數(shù)控正弦波信號發(fā)生電路,其包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控方波信號發(fā)生器和正弦波變換器;其中,數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用8位DAC0832轉(zhuǎn)換器;壓控方波發(fā)生器包括壓頻轉(zhuǎn)換器LM331和D觸發(fā)器二分頻;正弦波變換器設(shè)有一個二階濾波電路。信號發(fā)生器主要用于產(chǎn)生一個頻率可根據(jù)數(shù)字量調(diào)節(jié)的方波,經(jīng)過波形變換器轉(zhuǎn)換成為正弦波,驅(qū)動功率開關(guān)晶體管BUSOSA工作。具體來講,頻率自動跟蹤模塊運算出電源工作頻率的數(shù)字量信號,經(jīng)過數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號,再通過壓控方波環(huán)節(jié),以及波形變換環(huán)節(jié),最后形成一個頻率與數(shù)字量成正比的正弦波信號。
[0009]所述檢測電路采用電阻法即在電源輸出兩端并聯(lián)大阻值近似理想純電阻進行分壓,形成與輸出電壓成正比的小信號電壓,實現(xiàn)對超聲系統(tǒng)輸入電壓的檢測;在輸出回路中串聯(lián)一只阻值I Q/120W的精密無感電阻,電阻兩端的電壓直接反映輸出電流,實現(xiàn)對超聲系統(tǒng)輸入電流的檢測。
[0010]所述放大電路根據(jù)電壓和電流的特點分別采用比例放大電路和差動放大電路。
[0011]所述濾波電路由兩個通用型集成運算放大器LM324構(gòu)成。
[0012]所述調(diào)理電路包括相位差檢測電路、真有效值轉(zhuǎn)換電路和頻/壓轉(zhuǎn)換電路;其中,相位差檢測電路實現(xiàn)對電壓電流相位差大小檢測、測量并轉(zhuǎn)換為成比例的直流信號,并且給出一個開關(guān)量S來表征電壓超前或電流超前;真有效值轉(zhuǎn)換電路為真有效值/直流轉(zhuǎn)換器AD536AK芯片,用來獲得測量電壓電流的有效值以表示信號大小;頻/壓轉(zhuǎn)換電路包括壓頻轉(zhuǎn)換器LM331和外圍電子元件,同時在壓頻轉(zhuǎn)換器LM331之前設(shè)置兩個D觸發(fā)器,對電壓方波進行四分頻,以滿足量程要求。
[0013]所述A/D轉(zhuǎn)換器為8位AD9281轉(zhuǎn)換器,用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
[0014]本發(fā)明的有益效果:克服傳統(tǒng)自動頻率跟蹤方式無法跟蹤到具有多諧振峰值現(xiàn)象的壓電換能器的最大諧振點的缺點,在現(xiàn)有頻率跟蹤控制系統(tǒng)上加以改進,引入單片機測控系統(tǒng)來實現(xiàn)這種改進,其主要任務(wù)就是根據(jù)檢測到的各個電參數(shù)值來分析判斷是否跟蹤至撮大諧振點,并進一步計算出控制量,將控制量輸出到執(zhí)行器,調(diào)節(jié)輸出頻率數(shù)值,快速、準確地實現(xiàn)頻率跟蹤,以實現(xiàn)對超聲波焊接電源頻率的多峰值諧振最大諧振點跟蹤,確保焊接過程中振幅保持在諧振狀態(tài),提高焊接質(zhì)量。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一實施例中超聲波焊接電源的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一實施例中超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng)的控制示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步地說明。
[0018]參見圖1,本實施例涉及的超聲波焊接電源的電路主要由交流整流濾波電路、推挽逆變器和高頻變壓器三個部分組成。整流濾波電路用于將220V單相交流電轉(zhuǎn)換成額定功率的直流電壓電流,為推挽逆變器內(nèi)的功率晶體管Bu508A供電;推挽逆變器用于產(chǎn)生換能器諧振超聲頻交流電及其頻率的調(diào)整;高頻變壓器主要用于電壓變換、功率傳輸、輸出隔離以及與匹配電路一起完成換能器阻抗匹配等。
[0019]參見圖2,本基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),包括依次閉合式環(huán)形連接的單片機、信號發(fā)生器、推挽逆變器、檢測電路、放大電路、濾波電路、調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換;以單片機作為測控系統(tǒng),檢測各個電參數(shù)值,分析判斷是否跟蹤到最大諧振點,并進一步計算出控制量,將控制量輸出到執(zhí)行器,調(diào)節(jié)輸出頻率數(shù)值,實現(xiàn)頻率跟蹤。
[0020]進一步說,所述單片機包括MCS-51CPU、EPR0M27C256、SRAM62256、8279 芯片、8155芯片;其中,EPR0M27C256預先裝載編制的程序、顯示編碼表和標度變換常數(shù)等;SRAM62256用來暫存各種數(shù)據(jù),其包括采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、鍵盤緩沖區(qū)、顯示緩沖區(qū)和浮點數(shù)運算緩沖區(qū)等;單片機通過采樣電流有效值、比較電流電壓相位大小及前后關(guān)系,根據(jù)不同情況立即進行中斷程序,以執(zhí)行不同的程序控制模塊來及時跟蹤超聲焊接諧振頻率。
[0021]進一步說,所述信號發(fā)生器為數(shù)控正弦波信號發(fā)生電路,其包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控方波信號發(fā)生器和正弦波變換器;其中,數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用8位DAC0832轉(zhuǎn)換器;壓控方波發(fā)生器包括壓頻轉(zhuǎn)換器LM331和D觸發(fā)器二分頻;正弦波變換器設(shè)有一個二階濾波電路。信號發(fā)生器主要用于產(chǎn)生一個頻率可根據(jù)數(shù)字量調(diào)節(jié)的方波,經(jīng)過正弦波變換器轉(zhuǎn)換成為正弦波,驅(qū)動功率開關(guān)晶體管BUSOSA工作。具體來講,頻率自動跟蹤模塊運算出電源工作頻率的數(shù)字量信號,經(jīng)過數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號,再通過壓控方波環(huán)節(jié),以及波形變換環(huán)節(jié),最后形成一個頻率與數(shù)字量成正比的正弦波信號,進而驅(qū)動推挽逆變器工作,完成焊接電源頻率的自動跟蹤控制功能。
[0022]進一步說,所述檢測電路采用電阻法即在電源輸出兩端并聯(lián)大阻值近似理想純電阻進行分壓,形成與輸出電壓成正比的小信號電壓,實現(xiàn)對超聲系統(tǒng)輸入電壓的檢測;在輸出回路中串聯(lián)一只阻值I Q/120W的精密無感電阻,電阻兩端的電壓直接反映輸出電流,實現(xiàn)對超聲系統(tǒng)輸入電流的檢測。
[0023]進一步說,所述放大電路根據(jù)電壓和電流的特點分別采用比例放大電路和差動放大電路。
[0024]采用比例放大電路和差動放大電路對測得的電壓與電流值進行放大,以便于后續(xù)電路處理,放大得到的電壓與電流信號由帶通濾波器剔除干擾信號,改善信號波形。
[0025]進一步說,所述濾波電路由兩個通用型集成運算放大器LM324構(gòu)成。
[0026]進一步說,所述調(diào)理電路包括相位差檢測電路、真有效值轉(zhuǎn)換電路和頻/壓轉(zhuǎn)換電路;其中,相位差檢測電路實現(xiàn)對電壓電流相位差大小檢測、測量并轉(zhuǎn)換為成比例的直流信號,并且給出一個開關(guān)量S來表征電壓超前或電流超前;真有效值轉(zhuǎn)換電路為AD公司的真有效值/直流轉(zhuǎn)換器AD536AK芯片,用來獲得測量電壓電流的有效值以表示信號大小;頻/壓轉(zhuǎn)換電路包括壓頻轉(zhuǎn)換器LM331和外圍電子元件,同時在壓頻轉(zhuǎn)換器LM331之前設(shè)置兩個D觸發(fā)器,對電壓方波進行四分頻,以滿足量程要求。
[0027]濾波電路處理后的相關(guān)信號輸入調(diào)理電路,首先經(jīng)相位檢測電路得到直流信號,并且給出一個開關(guān)量S來表征電壓超前或電流超前;其次真有效值轉(zhuǎn)換電路上的真有效值轉(zhuǎn)換電路獲取測量電壓電流的有效值來代表信號大小;最后信號經(jīng)頻/壓轉(zhuǎn)換電路將輸入的方波頻率信號轉(zhuǎn)換成一定的直流電壓值。
[0028]進一步說,所述A/D轉(zhuǎn)換器為8位AD9281轉(zhuǎn)換器,用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。處理后的信號由A/D轉(zhuǎn)換器處理后輸入單片機,單片機則不斷地進行比較采樣電流有效值,電流電壓相位大小及前后關(guān)系,根據(jù)不同情況立即進行中斷程序,以執(zhí)行不同的程序控制模塊來及時跟蹤超聲焊接諧振頻率。
[0029]上述為本發(fā)明的優(yōu)選方案,顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下,本發(fā)明還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項】
1.一種基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),包括信號發(fā)生器、檢測電路、放大電路、濾波電路、調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換;其特征在于:還包括單片機,所述信號發(fā)生器與檢測電路之間連接推挽逆變器,所述環(huán)形連接的單片機、信號發(fā)生器、推挽逆變器、檢測電路、放大電路、濾波電路、調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換分別依次閉合式環(huán)形連接,以單片機作為測控系統(tǒng),檢測各個電參數(shù)值,分析判斷是否跟蹤到最大諧振點,并進一步計算出控制量,將控制量輸出到執(zhí)行器,調(diào)節(jié)輸出頻率數(shù)值,實現(xiàn)頻率跟蹤。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),其特征在于:所述單片機包括MCS-51CPU、EPR0M27C256、SRAM62256、8279芯片、8155芯片;其中,EPR0M27C256預先裝載編制的程序、顯示編碼表和標度變換常數(shù),SRAM62256包括采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、鍵盤緩沖區(qū)、顯示緩沖區(qū)和浮點數(shù)運算緩沖區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),其特征在于:所述信號發(fā)生器為數(shù)控正弦波信號發(fā)生電路,其包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控方波信號發(fā)生器和正弦波變換器;其中,數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用8位DAC0832轉(zhuǎn)換器,壓控方波發(fā)生器包括壓頻轉(zhuǎn)換器LM331和D觸發(fā)器二分頻,正弦波變換器設(shè)有一個二階濾波電路。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),其特征在于:所述放大電路根據(jù)電壓和電流的特點分別采用比例放大電路和差動放大電路。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),其特征在于:所述濾波電路由兩個通用型集成運算放大器LM324構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),其特征在于:所述調(diào)理電路包括相位差檢測電路、真有效值轉(zhuǎn)換電路和頻/壓轉(zhuǎn)換電路;其中,真有效值轉(zhuǎn)換電路為真有效值/直流轉(zhuǎn)換器AD536AK芯片,頻/壓轉(zhuǎn)換電路包括壓頻轉(zhuǎn)換器LM331和外圍電子元件,壓頻轉(zhuǎn)換器LM331連接有兩個D觸發(fā)器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于單片機控制的超聲電源自動頻率跟蹤系統(tǒng),其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換器為8位AD9281轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號】G01R23/02GK105954585SQ201610255453
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】黃禹, 龍仕均, 丁斌, 龔時華, 陳志 , 徐中
【申請人】廣東順威精密塑料股份有限公司