基于雙處理器的點(diǎn)焊控制系統的硬件設計
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摘要：針對點(diǎn)焊的控制特點(diǎn)，設計了一種基于雙處理器的點(diǎn)焊控制系統。在該系統中，DSP模塊負責智能控制程序運算，MCU模塊負責進(jìn)行人機對話(huà)，而信號的輸入輸出則由獨立的ADIO模塊負責。模擬試驗表明，該硬件系統滿(mǎn)足工作要求。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/161735.htm關(guān)鍵詞：點(diǎn)焊控制 雙處理器 硬件設計
點(diǎn)焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電流通過(guò)焊件時(shí)產(chǎn)生的電阻熱熔化母材金屬，冷卻后形成焊點(diǎn)的一種電阻焊方法。其通電加熱時(shí)間一般為幾至幾十周波（一周波為0.02s），而電流有效值一般為幾至幾十KA。
點(diǎn)焊是一個(gè)高度非線(xiàn)性、存在多變量耦合作用和大量隨機不確定因素的過(guò)程，其形核處于封閉狀態(tài)，時(shí)間極短，特征信號提取困難，控制難度較大。
1 設計思想和總體方案
近年來(lái)，智能控制技術(shù)正被積極地引入點(diǎn)焊控制研究領(lǐng)域，但由于其算法高度復雜、計算密集，因此對系統的實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高。另一方面，DSP（數字信號處理器）技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。因此在本設計中，使用DSP作核心處理器，充分發(fā)揮其運算速度快的優(yōu)勢，并嘗試利用多種智能控制算法對點(diǎn)焊進(jìn)行質(zhì)量控制，以提高焊點(diǎn)的質(zhì)量和可靠性。
在實(shí)際工作中，點(diǎn)焊需要設置的參數較多，操作者不得不依賴(lài)于各種手冊、說(shuō)明書(shū)和/或專(zhuān)家編制的工藝文件來(lái)進(jìn)行設備；而且在選定參數之后，往往還需要通過(guò)一系列的旋鈕、按鈕等開(kāi)關(guān)進(jìn)行設置，操作復雜，容易造成混亂。因此在本設計中，應用MCU（單片機）實(shí)現人機對話(huà)功能。通過(guò)鍵盤(pán)輸入和液晶顯示，既充分體現了數字化控制的優(yōu)勢，也有助于實(shí)現點(diǎn)焊專(zhuān)家系統。
由于點(diǎn)焊系統工作在大電流、強磁場(chǎng)的環(huán)境下，因此控制系統的抗干擾問(wèn)題尤為重要，且DSP的工作頻率高，所以將信號的輸入、輸出部分和DSP、MCU模塊分開(kāi)，設計獨立的ADIO模塊。
系統的總體方案如圖1所示。
2 DSP模塊的設計
本系統選用了DSK-TMS320VC5402芯片作控制核心。DSP是TI公司提供的一套標準的DSP開(kāi)發(fā)平臺，其目的是令使用者能較能地開(kāi)發(fā)和應用基于DSP的系統，為最終的目標系統提供軟、硬件設計參考模板。有關(guān)DSK的具體說(shuō)明請參閱有關(guān)的技術(shù)資料。
DSK提供了存儲器接口和外圍設備接口兩列擴展接口。根據“灰箱法”的設計思想，不用完全理解DSK的內部原理，只需在對其整體有一個(gè)基本了解的基礎上，選擇可能要用到的信號即可。因此專(zhuān)門(mén)設計了一塊轉接板，作為外圍電路與DSP之間通訊的橋梁。從DSP中引出了26個(gè)信號，如表1所示。
表1 轉接板信號
信號名 | 作 用 |
| 電源與地信號 | |
| +5V | 由DSK取出，使整個(gè)系統同時(shí)上電 |
| GND | 從DSK發(fā)出，保持系統的地信號相同 |
| 用于A(yíng)/D電路的信號 | |
| ADEN | 用作TLV2544片選和使能信號 |
| X_FSX0 | 發(fā)送同步幀，使A/D轉換開(kāi)始 |
| X_DX0 | 發(fā)送MCBSP對TLV2544的控制指令 |
| X_FSR0 | 接收X_FSX0信號，使DSK和TLV2544保持同步 |
| X_CLKX0 | 發(fā)送時(shí)鐘頻率信號給TLV2544 |
| X_CLKR0 | 接收X_CLKX0時(shí)鐘，使DSK和TLV2544保持時(shí)鐘同步 |
| X_DR0 | 接收TLV2544轉換好的數字數據 |
| 用于I/O電路的信號 | |
| INPUT | 用作允許輸入信號 |
| OCLOCK | 用作輸出鎖存信號 |
| OUTPUT | 用作允許輸出信號 |
| X_D[07] | 接入數據總線(xiàn)，傳輸I/O數據 |
用于MPU模塊的控制信號 | |
3 ADIO模塊的設計
該模塊包括A/D轉換、輸入、輸出三部分電路，它們分別負責模擬信號的輸入和轉換以及開(kāi)關(guān)信號的輸入和控制信號的輸出。
3.1 A/D轉換電路
A/D轉換器的選取主要考慮所采集的模擬信號的數量、精度及與DSP的速度匹配等，綜合考慮后，選用TI公司生產(chǎn)的12位4通道高速AD-TLV2544。
本設計中A/D轉換電路分為三部分：第一部分由5.1V的穩壓二極管又濾波電容103組成，構成模擬輸入部分；第二部分由TLV2544組成，完成A/D轉換；第三部分由八相緩沖器74LS244組成，完成DSP與TLV2544之間的通訊，如圖2所示。
A/D轉換電路的工作是由DSP的多通道緩沖串口MCBSP來(lái)控制的。MCBSP通過(guò)其數據輸出口DX0發(fā)送控制字到TLV2544的SDI口，該控制字為16位，前4位是指令位。如果TLV2544接收到的前四位是0XA，那么接下來(lái)的12位就會(huì )被當作控制字譯碼；相反，如果前4位接收到的是0XE，那么ADC將繼續輸出FIFO的內容到SDO中。其中，SDI和SDO分別是TLV2544的控制信號輸入口和已轉換好的數字信號輸出口。當TLV2544按DSP發(fā)出的控制字轉換到一定時(shí)候（如FIFO堆棧滿(mǎn)）時(shí)，則發(fā)出INT信號通知DSP接收。DSP接收到INT信號后，經(jīng)X_DR0口讀入TLV2544已轉換好的串行數據。
3.2 輸入和輸出電路
為了抵抗電氣干擾和高壓電擊，在本設計中，輸入和輸出電路均采用光隔PC817傳遞邏輯信號，實(shí)現電氣隔離。另外還使用反相器74HC14對傳輸信號進(jìn)行整形，利用施密特特性消除毛刺干擾，提高信號傳輸的抗干擾能力。輸入和輸出電路與DSP的接口如圖3所示。
在輸入電路中使用了緩沖器74LS244，以增強線(xiàn)驅動(dòng)能力，如圖3所示。假設第二路輸入為低電平，則光隔不導通，A2也為低電平。DSP要讀取它的時(shí)候，先給輸入一個(gè)低電平，然后用02H（即00000010）去線(xiàn)與，判斷Y2的值是否為1，如果不為1則不讀入，反之讀入。其它輸入也是這樣來(lái)處理。
因為輸出的開(kāi)關(guān)量需要保持開(kāi)或關(guān)的狀態(tài)，所以在輸出電路中使用了鎖存器74LS373，進(jìn)行緩沖和鎖存，如圖3所示。當輸出由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)候，DSP將數據由X_D[0～7]送到鎖存器的輸入端，然后再給OCLOCK一個(gè)低電平脈沖，數據即被鎖存在鎖存器的輸出端。假如Q0=1，則經(jīng)反相器后變?yōu)榈碗娖?，光隔導通；反之，光隔不導通，從而?shí)現了開(kāi)關(guān)量的數據輸出。
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