畢業(yè)設(shè)計-基于電磁兼容分析的數(shù)字化NBC逆變焊接電源單片機控制和顯示電路的原理和設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計(論文)題目基于電磁兼容分析的數(shù)字化NBC逆變焊接電源單片機控制和顯示電路的原理和設(shè)計學(xué)院名稱專業(yè)班級學(xué)生姓名導(dǎo)師姓名二〇一三年六月十日基于電磁兼容分析的數(shù)字化NBC逆變焊接電源單片機控制和顯示電路的原理和設(shè)計作者姓名專業(yè)指導(dǎo)教師姓名專業(yè)技術(shù)職務(wù)目錄摘要 摘要焊機數(shù)字化是目前焊機發(fā)展的主流方向，與原來模擬焊機相比，其采用可編程器件控制，實現(xiàn)了控制的柔性化，調(diào)節(jié)參數(shù)更加細致，功能更加強大，控制精度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性更是大幅提高。而IGBT逆變焊機大多采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，此過程會產(chǎn)生很多電磁的干擾。由于電磁兼容性的危害嚴重，所以在設(shè)計焊機時必須采用相應(yīng)的解決措施來降低電磁干擾。高效率、低諧波、低電磁污染、自動控制的智能型綠色焊接設(shè)備已成為未來焊機的發(fā)展方向。NBC逆變焊就是半自動熔化極氣體保護焊，其采用可熔化的焊絲與工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲與母體金屬，并向焊接區(qū)輸送保護氣體，使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。本文在詳細分析了逆變焊接電源電磁兼容性的基礎(chǔ)上，利用AVR單片機（ATmega64）實現(xiàn)對電源的控制，主要體現(xiàn)在邏輯控制、按鍵處理、程序存儲等功能。通過設(shè)計出單片機與控制面板鍵盤掃描、數(shù)碼管驅(qū)動等硬件電路，實現(xiàn)使逆變焊接電源和控制面板正常工作的目的。關(guān)鍵詞：數(shù)字化電磁兼容IGBT逆變電源AVR單片機ABSTRACTThemainstreamdirectionofthedevelopmentofthedigitalweldingmachineistheweldingmachine,comparedwiththeoriginalanalogweldingmachine,itadoptsprogrammablecontroldevice,realizesthecontrolflexibility,adjusttheparametermoremeticulous,morepowerful,controlaccuracyandsystemstabilityisgreatlyincreased.TheIGBTinverterweldingmachinemostlyadoptsthePWMpulsewidthmodulationtechnology,theprocesswillproducealotofelectromagneticinterference.Asthedangersofelectromagneticcompatibility,sowhendesigningtheweldermustadoptcorrespondingmeasurestoreduceelectromagneticinterference.Electromagneticpollution,highefficiency,lowharmonic,lowautomaticcontrolintelligentgreenweldingequipmenthasbecomethefuturedevelopmentdirectionofweldingmachine.NBCinverterweldingismeltsemi-automaticgasshieldedwelding,itsusecanbemoltensolderwirearcasheatsourcetomeltbetweenworkpieceandweldingwireandbasemetal,andtransmissionofprotectivegastotheweldingarea,makethearcandmoltensolderwire,moltenpool,andfromthebasemetalneartheharmfuleffectsofthesurroundingair.Thisarticleintheinverterweldingpowersourceareanalyzedindetail,onthebasisofelectromagneticcompatibility,usingAVRmicrocontrollerATmega64controlsystemforthepowersupply,mainlyreflectedinthelogicalcontrol,keyprocess,programstorage,etc.Throughthedesignthesingle-chipmicrocomputerandthecontrolpanelkeyboardscanning,digitaltubedriver,suchashardwarecircuit,makingthepurposeoftheinverterweldingpowersourceandthenormalworkofthecontrolpanel.Keywords：Digitalization;EMC(ElectroMagneticCompatibility);IGBT;Inverter;AVRSinglechip第一章緒論1.1逆變焊機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢逆變焊接電源重量輕、體積小，既節(jié)能又省材，特別是擁有良好的控制性能，動態(tài)響應(yīng)較快，易于對焊接過程進行實時的控制，在性能上有很大的潛在優(yōu)勢。國內(nèi)外焊機界已經(jīng)廣泛采用逆變電源，特別是數(shù)字化逆變焊接電源。1.1.1逆變焊機的發(fā)展歷史作為焊接過程主要設(shè)備的焊接電源，已有百年的發(fā)展歷史。焊機電源先后經(jīng)歷了弧焊發(fā)電機，二極管整流電源，可控硅整流電源，以及現(xiàn)階段主要流行的逆變焊接電源的發(fā)展過程。隨著科學(xué)技術(shù)的日益進步，逆變焊接電源中的功率器件也由最初的半控器件（SCR）發(fā)展為現(xiàn)如今的全控型器件，如MOSFET（功率場效應(yīng)管）、IGBT（絕緣柵晶體管）等。在我國，逆變焊機的逆變頻率也由最初80年代的2kHz~5kHz提升至現(xiàn)在的20kHz~50kHz。1.1.2逆變技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀逆變焊接電源主要有單端式、半橋式、全橋式以及組合式等幾種電路形式?？刂撇呗砸话阋訮WM為主，功率開關(guān)器件多為IGBT，逆變頻率為20kHz，輸出電流也達到了2kA，功率器件的工作方式也有硬開關(guān)工作方式和軟開關(guān)工作方式兩種。但是，硬開關(guān)工作方式功率器件開關(guān)應(yīng)力大，損耗大，可靠性低，同時，逆變回路向外界的電磁輻射干擾也大。相比之下，軟開關(guān)工作方式利用LC諧振的方法，零電壓（流）關(guān)斷，零電壓（流）開通，開通損耗為零，開關(guān)應(yīng)力也幾乎消除，可靠性得到了顯著地提高。特別是數(shù)字化技術(shù)在逆變焊機上的成功應(yīng)用，對焊機的發(fā)展起到很重要的意義。焊機數(shù)字化是目前焊機的發(fā)展方向，它是在原來模擬焊機的基礎(chǔ)上，采用可編程控制器件，并結(jié)合目前焊機的一些不足進行了數(shù)字化改造，數(shù)字化焊機實現(xiàn)了柔性化控制，調(diào)節(jié)參數(shù)更加細致，功能更加強大。具有控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，產(chǎn)品一致性好，功能升級方便，良好的人機界面，能與上位機通訊等優(yōu)點。1.1.3逆變焊機的發(fā)展方向逆變式焊機總的發(fā)展趨勢是向著大容量、輕量化、高效率、模塊化、智能化發(fā)展并以提高可靠性、焊接性能及拓寬用途為核心，愈來愈廣泛應(yīng)用于各種弧焊、電阻焊、切割等等工藝中。1）采用混合FPGA開發(fā)的專用控制芯片，繼續(xù)提高電焊機的可靠性。根據(jù)不同的焊接材料和工藝建立專家系統(tǒng)，進行焊接特性精細控制，提高焊接效率。方波電源向低噪聲，多波形方向發(fā)展。氣體保護焊機向低飛濺、高熔敷率發(fā)展，實現(xiàn)高效率雙絲脈沖MIG，交流MIG，脈動送絲與溶滴過渡協(xié)同控制等焊接方式。2）國內(nèi)電焊機的逆變頻率基本上是20KHz，20KHz的逆變頻率已經(jīng)不能滿足精細控制的動特性要求，提高逆變器的工作頻率，提高動特性成為焊接電源特性進一步提升的途徑。3）逆變式弧焊設(shè)備在工作時會產(chǎn)生較大的諧波污染，目前在歐盟市場銷售的弧焊設(shè)備及輔助設(shè)備必須通過CE認證，其所依據(jù)的標(biāo)準即包含電磁兼容(EMC)的要求。因此針對于逆變式弧焊設(shè)備的測試和研究非常迫切和重要。4）嵌入式系統(tǒng)在電焊機上的應(yīng)用，實現(xiàn)友好的人機界面，具有網(wǎng)絡(luò)接口進行數(shù)據(jù)交換。5）機器人配套焊接電源。1.2電磁兼容性分析在數(shù)字逆變焊機電源設(shè)計中的必要性1.2.1電磁兼容性概念分析電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。所謂電磁干擾是指任何能使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級的電磁現(xiàn)象。習(xí)慣上說，EMC包含EMI（電磁干擾）和EMS（電磁敏感性）兩個方面。由上分析，我們便可以知道，逆變焊機中的電磁兼容既包括電磁干擾對焊機本身的影響（電磁敏感性），又包括焊機對外界的影響（電磁干擾）。1.2.2電磁干擾的危害隨著電力電子器件的不斷問世和新型焊機的不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了晶閘管整流焊機、模擬式逆變焊機和數(shù)字化逆變焊機等，弧焊電源向著高效化、智能化和大容量化的方向發(fā)展，同時也產(chǎn)生了大量電磁干擾問題：如高頻噪聲、諧波、切斷設(shè)備時產(chǎn)生的瞬時噪聲和接通負載時的沖擊電流等。這不僅影響了焊接設(shè)備自身工作的可靠性，同時也對電網(wǎng)造成了污染。以焊機中心器件單片機為例，電磁干擾對單片機系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在三個部位。第一個部位是輸入，電磁干擾使模擬信號失真，數(shù)字信號出錯；第二個部位是輸出，電磁干擾使輸出信號混亂，不能反映真實的輸出；第三部位是系統(tǒng)內(nèi)核，電磁干擾使三總線上的信號混亂。以上影響會導(dǎo)致控制失誤，程序出錯，造成一系列嚴重后果。由于電磁兼容性的危害嚴重，所以在設(shè)計焊機時必須采用相應(yīng)的解決措施來降低電磁干擾。高效率、低諧波、低電磁污染、自動控制的智能型綠色焊接設(shè)備已成為未來焊機的發(fā)展方向。1.3設(shè)計方案NBC逆變焊就是半自動熔化極氣體保護焊，其采用可熔化的焊絲與工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲與母體金屬，并向焊接區(qū)輸送保護氣體，使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。1.3.1熔化極氣體保護焊的組成半自動熔化極氣體保護焊一般由焊接電源、送絲機構(gòu)、焊槍、氣表等器件構(gòu)成。圖1-1工作接線圖其工作時一般采用反接法，工件接負極，焊接時，飛濺小，焊接效果好；采用正接法時，飛濺較大，焊接電源不穩(wěn)定。1.3.2焊機控制面板介紹焊機的控制面板用于焊機的功能選擇和部分參數(shù)設(shè)定?？刂泼姘灏〝?shù)字顯示窗口、調(diào)節(jié)旋鈕、按鍵和發(fā)光二極管指示燈。圖1-2焊機控制面板圖1）功能選擇區(qū)【2】焊絲直徑選擇按鈕可根據(jù)焊絲直徑選擇φ1.0、φ1.2、φ1.6，相應(yīng)指示燈亮?！?】工作方式選擇按鈕二步工作方式：按下焊槍開關(guān)可正常焊接，松開開關(guān)即可停止焊接。適合于段焊縫焊接；四步工作方式：按下焊槍開關(guān)引弧成功后，可松開開關(guān)正常施焊。當(dāng)再次按下焊槍開關(guān)后，則轉(zhuǎn)入前面板旋鈕設(shè)定的收弧焊接規(guī)范，松開開關(guān)時停止焊接。適合于長焊縫焊接。圖1-34/2步工作方式時序圖點焊工作方式：按下焊槍開關(guān)引弧成功后，經(jīng)過點焊時間后自動停止焊接。如果在點焊期間松開開關(guān)，則馬上停止焊接?！?】調(diào)節(jié)方式選擇按鈕選擇分別、一元化調(diào)節(jié)方式。分別調(diào)節(jié)時，電壓電流分別由送絲機控制器對應(yīng)旋鈕調(diào)節(jié)；一元化調(diào)節(jié)時，電壓隨電流給定自動匹配，用電壓給定旋鈕可進行電壓微調(diào)?！?】實芯/藥芯焊絲選擇按鈕【6】氣檢按鈕按下該按鈕送氣30秒，30秒內(nèi)再次按下時，停止送氣?！?】絲檢按鈕按下該按鈕時送氣，松開時停止送氣。參數(shù)設(shè)定區(qū)【8】電感旋鈕該旋鈕可以改變焊接穩(wěn)定性、熔深和飛濺量?！?】收弧電壓旋鈕四步時，調(diào)節(jié)收弧電壓?！?0】收弧電流/點焊時間旋鈕四步時，調(diào)節(jié)收弧電流。點焊時調(diào)節(jié)點焊時間：0.5~5秒。3)存儲/顯示區(qū)【1】電壓顯示數(shù)碼管顯示電感、電壓（空載時顯示預(yù)置電壓，焊接時顯示實際焊接電壓）?！?4】通道顯示數(shù)碼管顯示0~9通道號，用戶根據(jù)需要存儲、調(diào)用10套焊接規(guī)范?！?5】電流顯示數(shù)碼管顯示送絲速度、電流、點焊時間?！?6】焊接狀態(tài)指示燈調(diào)節(jié)焊接規(guī)范參數(shù)時，焊接指示燈亮，數(shù)碼管顯示焊接規(guī)范；調(diào)節(jié)收弧規(guī)范參數(shù)時，收弧指示燈亮，數(shù)碼管顯示收弧規(guī)范；停止調(diào)節(jié)3秒后，收弧指示燈熄滅，數(shù)碼管顯示焊接規(guī)范。組合鍵功能介紹圖1-4組合鍵示意圖【】提前送氣、滯后停氣時間調(diào)節(jié)組合鍵調(diào)節(jié)提前送氣或滯后停氣的時間。同時按下“電感”旋鈕和“氣檢”按鈕，進入提前送氣時間調(diào)節(jié)功能菜單，此時電流顯示數(shù)碼管顯示功能代碼“P03”，“S”指示燈亮。調(diào)節(jié)“收弧電壓”同時按下“電感”旋鈕和“氣檢”按鈕兩次，進入滯后停氣時間調(diào)節(jié)功能菜單，此時電流顯示數(shù)碼管顯示功能代碼“P04”，“S”指示燈亮。調(diào)節(jié)“收弧電壓”【】慢送絲速度、回?zé)龝r間調(diào)節(jié)組合鍵調(diào)節(jié)不同焊絲直徑的回?zé)龝r間或慢送絲速度。同時按下“電感”旋鈕和“焊絲直徑”按鈕，進入慢送絲速度調(diào)節(jié)功能菜單，此時電流顯示數(shù)碼管顯示功能代碼“P02”，“M/Min”指示燈亮。調(diào)節(jié)“收弧電壓”調(diào)節(jié)范圍0.8焊絲：0.5～2.9M/Min1.0焊絲：0.5～2.9M/Min1.2焊絲：0.5～4.2M/Min1.6焊絲：0.5～2.9M/Min同時按下“電感”旋鈕和“焊絲直徑”按鈕兩次，進入回?zé)龝r間調(diào)節(jié)功能菜單，此時電流顯示數(shù)碼管顯示功能代碼“P01”，“S”指示燈亮。調(diào)節(jié)“收弧電壓”【】顯示預(yù)置電流和預(yù)置送絲速度切換組合鍵切換顯示預(yù)置電流和預(yù)置送絲速度同時按下“收弧電流”和“收弧電壓”旋鈕1秒，電流顯示數(shù)碼管將在顯示預(yù)置電流和預(yù)置送絲速度之間切換?！尽空{(diào)用當(dāng)前焊絲直徑標(biāo)準規(guī)范組合鍵調(diào)用當(dāng)前焊絲直徑標(biāo)準規(guī)范。同時按下“收弧電壓”旋鈕和“電感”旋鈕1秒，當(dāng)前所選用焊絲直徑標(biāo)準規(guī)范被調(diào)用，有助于用戶試用及維修焊機。按下調(diào)用鍵退出?！尽炕謴?fù)出廠設(shè)置合鍵焊接參數(shù)恢復(fù)出廠設(shè)置。同時按下“收弧電流”旋鈕和“電感”旋鈕3秒鐘，焊接參數(shù)均恢復(fù)到出廠設(shè)置。第二章電磁兼容性分析逆變焊機是當(dāng)今焊機發(fā)展的潮流，而逆變焊機的電磁兼容性是制約其發(fā)展的一個重要因素。電磁兼容性的研究，是指使電子設(shè)備在電磁場環(huán)境中能相互兼顧并能正常工作。隨著電力電子器件的不斷問世和新型焊機的不斷涌現(xiàn)，數(shù)字化逆變焊機隨之誕生。隨之而來的是大量的電磁干擾問題，這在數(shù)字化逆變焊機中尤為突出。如高頻噪聲、諧波、切斷設(shè)備時產(chǎn)生的瞬時噪聲和接通負載時的沖擊電流等。這不僅影響了焊接設(shè)備自身工作的可靠性，同時也對電網(wǎng)造成了污染。由于電磁兼容性的危害嚴重，所以在設(shè)計焊機時必須采用相應(yīng)的解決措施來降低電磁干擾。高效率、低諧波、低電磁污染、自動控制的智能型綠色焊接設(shè)備已成為未來焊機的發(fā)展方向。2.1硬件系統(tǒng)的電磁兼容性分析2.1.1逆變焊機電磁騷擾的主要來源1)輸入整流引起的低頻諧波騷擾圖[2-1]是IGBT逆變焊機主電路簡圖，由圖可知三相380V電源進入焊機首先要經(jīng)過三相整流橋QL1整流和C2濾波，濾波電容器的等效容量一般在50～1000μf之間，在采用大電容器濾波的整流濾波電路中，整流二極管導(dǎo)通時間較短，濾波電容充電電流瞬時峰值大，電流波形為近似尖脈沖，使50Hz正弦電流波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生諧波電流。圖2-1全橋逆變焊機簡圖由逆變器引起的高頻騷擾大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用的IGBT逆變焊機主電路采用了20kHz全橋或半橋逆變電路，焊機的逆變器開關(guān)器件、快恢復(fù)整流管、主變壓器在運行時均會產(chǎn)生頻率較高的電磁騷擾，高頻騷擾可通過線路和多種途徑耦合傳輸以外，以電磁場的形式向外輻射的強度遠大于低頻諧波騷擾，對使用金屬外殼的焊機而言，由于機殼的屏蔽作用，這些有害輻射的受害者往往是焊機本身，向外輻射一般只能通過輸入電纜、焊接電纜實現(xiàn)。在IGBT逆變焊機中，IGBT在很高的電壓下以高頻開關(guān)方式工作，開關(guān)電壓、電流均接近方波，方波含有豐富的高次諧波，其頻譜可達基波頻率的1000次以上，輻射能力大大提高。用于次級整流的快恢復(fù)二極管也是產(chǎn)生高頻騷擾的一個重要原因，整流管工作于高頻開關(guān)狀態(tài)時，由于二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在，以及反向恢復(fù)電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，且產(chǎn)生高頻震蕩。由次級整流快恢復(fù)二極管產(chǎn)生的高頻騷擾很容易通過焊機輸出端饋出。2.1.2逆變焊機電磁騷擾的解決辦法無源LDC濾波電路無源濾波一般由電感、電容組成的LC濾波網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。為了解決LC濾波電路的潛在諧振問題，在輸入濾波電感上并聯(lián)一續(xù)流二極管D1，可抑制LC振蕩的產(chǎn)生，故稱之為LDC濾波電路。LDC濾波電路由L1、C1、D1組成，電路結(jié)構(gòu)如圖[2-2]所示。圖2-2加裝LDC濾波電路的逆變焊機主電路無源濾波電路材料成本低，運行穩(wěn)定可靠，容量大，適用于大部分逆變焊機，雖然其諧波濾除率一般只有80％，對基波的無功補償也是有限的，但通GB15579.10-2008規(guī)定的電流諧波畸變率測試已卓卓有余，是目前解決IGBT逆變焊機諧波電流發(fā)射最簡單、有效的手段之一。軟開關(guān)逆變技術(shù)逆變電源的軟開關(guān)工作方式是指利用LC諧振的方法，在開關(guān)過程中使開關(guān)管兩端電壓或開關(guān)管中的電流為零，使其開關(guān)損耗約為零。不僅降低了期間運行時的結(jié)溫，更是減少了電磁干擾，從根本上克服了硬開關(guān)IGBT逆變電路的缺點。圖2-3帶有軟開關(guān)的移相諧振式逆變電路如圖[2-3]所示，Q3Q4為超前臂，Q1Q2為滯后臂，Q1Q2Q3Q4選用大功率IGBT管。C10C11為超前臂并聯(lián)電容，C7為抑制環(huán)流電容，L3為飽和電感，T1為變壓器。與傳統(tǒng)的移相諧振式電路不同點是：主回路是不對稱電路，傳統(tǒng)的移相諧振式電路諧振電容是相等的，而這個電路中，超前臂并聯(lián)電容，滯后臂無并聯(lián)電容，在主變壓器原邊回路中增加了抑制環(huán)流電容C7和飽和電感L3，用來產(chǎn)生零電流關(guān)斷和零電流開通的條件。軟開關(guān)實現(xiàn)的驅(qū)動波形如下圖所示：圖2-4驅(qū)動波形圖其工作過程大致分為八個階段，前四個和后四個是對稱的。階段1Q1，Q4導(dǎo)通，電流通路為:階段2Q4截止，電流通路為：Q4兩端電壓上升，電流由支路Q4轉(zhuǎn)到支路C11。階段3當(dāng)Q4兩端電壓至E時，D3（Q3內(nèi)部反并聯(lián)二極管）導(dǎo)通，電流通路為：階段4Q1截止。另外半個周期的工作狀況是對稱的。單路轉(zhuǎn)雙路的脈沖分頻電路在AVR內(nèi)部的PWM模塊產(chǎn)生一路頻率恒定、占空比可調(diào)的PWM后，可以輸入可編程邏輯器件（GAL）后經(jīng)內(nèi)部分頻輸出兩路PWM，再經(jīng)驅(qū)動電路輸出到功率開關(guān)器件。PWM轉(zhuǎn)化電路如圖[2-5]所示，D觸發(fā)器為一個基本分頻單元，輸入端D與輸出反相端～Q相連，就組成了對輸入PWM脈沖進行二分頻的分頻器。轉(zhuǎn)換器件主要是D觸發(fā)器和與非門。圖2-5PWM轉(zhuǎn)化原理圖軟硬件相結(jié)合，通過對單路PWM信號分頻實現(xiàn)雙路脈沖輸出，提高了電源抗干擾性能，增強了焊機可靠性和穩(wěn)定性。4)選擇適當(dāng)?shù)碾娐穮?shù)和功率器件首先應(yīng)該IGBT、FRD（快恢復(fù)二極管）或FRED（外延型快恢復(fù)二極管）吸收、保護電路的參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，并通過實驗驗證，把IGBT、FRED關(guān)斷時的dv/dt、尖峰電壓限值在盡量低而合理的水平上，為了取得良好的效果，吸收、保護電路的電阻應(yīng)為無感電阻，電容器應(yīng)采用凸波吸收電容器?？旎謴?fù)二極管反向恢復(fù)造成的電磁騷擾還可以通過選擇恢復(fù)時間短、恢復(fù)特性軟的器件獲得一些改善，例如FRED就較一般的FRD在恢復(fù)時間、反向電壓等方面有一定的優(yōu)勢。另外，二次整流濾波部分增加機架電容版的架設(shè)可以有效防止電纜上的干擾信號竄入焊機，導(dǎo)致反饋信號不準確。線路中加入小磁環(huán)，也可以很大程度上較少信號干擾的危害。5)PCB電磁兼容性的有效注意措施PCB設(shè)計中存在的電磁干擾主要有傳導(dǎo)干擾、傳音干擾和輻射干擾等三種，為了有效抑制這些干擾的影響，我們一般需做如下處理：旁路電容、去耦電容和儲能電容的合理加入；合理分層，PCB的合理分層不但可以降低系統(tǒng)的射頻發(fā)射，更可以提高系統(tǒng)的性能，最典型的就是保證信號的完整性；合理布局，印制電路板上各種單元的相互位置直接影響電路的電磁兼容性，因此要根據(jù)單元電路在使用中對電磁兼容性的敏感程度的不同進行分組，按組對電路板進行分割，讓同組元器件放在一起，這樣在空間上可以保證各組之間不產(chǎn)生相互干擾；合理布線，電源線、信號線、地線都應(yīng)得到合理的布局。2.2基于電磁兼容性的軟件系統(tǒng)分析軟件抑制干擾同樣有多種方法，常用的方法有以下幾種：數(shù)字濾波模擬信號必須經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字子信號后才能為單片機接受。當(dāng)模擬信號受到干擾作用后，A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果將偏離實值。僅采樣一次，結(jié)果不可靠，必須經(jīng)多次采樣，得到A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)系列，再通過數(shù)字濾波，才能獲得可信度較高的結(jié)果。指令冗余指令冗余可以在CPU受到干擾，引起程序混亂時盡快將程序納入正軌。其方法是在編程時盡量多采用單字節(jié)指令，且在關(guān)鍵地方人為地插入一些單字節(jié)指令（NOP），或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫。在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后面插入兩條NOP指令不被拆撒，而被完整執(zhí)行，使程序恢復(fù)正常。常在一些對程序流向起決定作用的指令前插入兩條NOP指令，以保證跑飛的程序回歸正確軌道。3)軟件陷阱指令冗余使跑飛的程序恢復(fù)正常應(yīng)具備兩個條件：第一，程序跑飛后仍落在程序區(qū)；第二，必須執(zhí)行到所設(shè)置的冗余指令。當(dāng)?shù)匾粋€條件不滿足時，可以采取設(shè)立軟件陷阱的方法進行補救。軟件陷阱安排在以下地方：未使用的中斷向量區(qū)。未使用的大片ROM空間。表格。程序區(qū)。當(dāng)?shù)诙€條件不滿足時，程序陷入一個臨時形成的死循環(huán)，軟件陷阱將失去作用。這時可以采用設(shè)置軟件監(jiān)視定時器（軟件看門狗）的方法使程序回歸正規(guī)。通常程序都是循環(huán)執(zhí)行，且每次執(zhí)行時間基本相同。監(jiān)視定時器的作用就是用于監(jiān)視程序執(zhí)行時間，一旦程序因某些原因運行超時，則強行將程序轉(zhuǎn)到初始化重新啟動。2.3逆變焊機在實際使用過程中相關(guān)的電磁兼容注意事項1)概述焊接會引起電磁干擾，通過采取適當(dāng)?shù)陌惭b方式和正確的使用方法，可使弧焊設(shè)備的干擾發(fā)射減到最小。數(shù)字化NBC逆變焊接電源屬A類設(shè)備（適用于除由公用低壓電力系統(tǒng)供電的居民區(qū)之外的所有場合），不適用于由公用低壓電力系統(tǒng)供電的居民住宅。由于傳到和輻射騷擾，在這些地方難以保證電磁兼容性。環(huán)境評估建議在安裝弧焊設(shè)備前，用戶應(yīng)對周圍環(huán)境中潛在的電磁騷擾問題進行評估?？紤]事項如下：在弧焊設(shè)備上下和四周有無其他供電電纜、控制電纜、信號和電話線等；有無廣播和電視發(fā)射和接收設(shè)備；有無計算機及其他控制設(shè)備；有無高安全等級設(shè)備，如工業(yè)防護設(shè)備；要考慮周圍工作人員的健康，如有無戴助聽器的人和用心臟起搏器的人；有無用于校準或檢測的設(shè)備；要注意周圍其他設(shè)備的抗擾度。用戶應(yīng)確保周圍使用的其他設(shè)備是兼容的，這可能需要額外的保護措施；進行焊接或其他活動的幫助。所考慮環(huán)境的范圍依據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)和其他可能進行的活動而定，該范圍可能會超出建筑物本身的邊界。減少發(fā)射的方法弧焊設(shè)備應(yīng)按照制造商推薦的方式接入公用供電網(wǎng)絡(luò)；弧焊設(shè)備應(yīng)按照制造商推薦的方法進行例行維護；焊接電纜應(yīng)盡量短并相互靠近，緊靠或貼近地面走線；一定要注意周邊環(huán)境中所有金屬物體的搭接問題，等電位搭接；工件盡量直接接地或按照有關(guān)規(guī)定接地；對周圍設(shè)備和其他電纜有選擇的進行屏蔽，以減少電磁干擾。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1主要元器件的選型與介紹3.1.1單片機型號的選擇單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路，即片上外設(shè)部分）通過總線集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。圖3-1單片機構(gòu)成示意圖AVR單片機是由ATMEL公司研制開發(fā)的，具有增強型內(nèi)置Flash的RISC（ReducedInstructionSetCPU）精簡指令高速8位單片機。AVR單片機可以廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通信設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。概述低開發(fā)成本；安全、高速、低功耗的性能；A/D轉(zhuǎn)換功能：AVR單片機內(nèi)帶模擬比較器可以進行A/D轉(zhuǎn)換；（51系列單片機需要擴展）具有較強驅(qū)動力的I/O口：工業(yè)級產(chǎn)品具有大電流10~40mA，可直接驅(qū)動可控硅或繼電器；精簡指令集；內(nèi)部包含計時器外部中斷、PWM、異步通訊URAT接口、SPI同步傳輸功能。選型AVR單片機系列功能齊全，可適應(yīng)各種不同場合的要求。AVR單片機大致有以下3個檔次：低擋Tiny系列AVR單片機，主要有Tiny11/12/13/15/26/28等；中檔AT90S系列AVR單片機，主要有AT90S1200/2313/8515/8535等；高檔ATmega系列AVR單片機，主要有ATmega8/16/64/128等。本次設(shè)計選用ATmega64AVR單片機。ATmega64單片機特點產(chǎn)品特性：高性能、低功耗的8位AVR微處理器先進的RISC結(jié)構(gòu)130條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期32個8位通用工作寄存器全靜態(tài)工作工作于16MHz時性能高達16MIPS只需兩個時鐘周期的硬件乘法器非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器64K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash擦寫壽命:10000次具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時讀寫操作2K字節(jié)的EEPROM擦寫壽命:100000次4K字節(jié)片內(nèi)SRAM64K字節(jié)可選外部存儲空間可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密通過SPI接口進行系統(tǒng)內(nèi)編程JTAG接口(與IEEE1149.1標(biāo)準兼容)符合JTAG標(biāo)準的邊界掃描功能支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能通過JTAG接口實現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程外設(shè)特點兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的擴展16位定時器/計數(shù)器具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC兩路8位PWM通道6路編程分辨率從1到16位可變的PWM通道8路10位ADC8個單端通道7個差分通道2個具有可編程增益（1x,10x,或200x）的差分通道面向字節(jié)的兩線接口可編程的串行USART可工作于主機/從機模式的SPI串行接口具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器片內(nèi)模擬比較器特殊的處理器特點上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器片內(nèi)/片外中斷源6種睡眠模式:空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴展的Standby模式軟件選擇時鐘頻率熔絲位選擇的ATmega103兼容模式全局上拉禁止I/O和封裝53個可編程的I/O口64引腳TQFP封裝，與64引腳MLF封裝工作電壓ATmega64L：2.7-5.5VATmega64：4.5-5.5V速度等級ATmega64L：0-8MHzATmega64：0-16MHzATmega64ATmega64圖3-2ATmega64引腳4)ATmega64單片機引腳說明VCC數(shù)字電路的電源GND地端口A(PA7...PA0)端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7...PB0)端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口C(PC7...PC0)端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。在ATmega103兼容模式下，端口C僅作為輸出，且在復(fù)位狀態(tài)下，端口C不是高阻態(tài)。端口D(PD7...PD0)端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口E(PE7...PE0)端口E為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口E處于高阻狀態(tài)。端口F(PF7...PF0)端口F作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。當(dāng)不使用A/D轉(zhuǎn)換器時，端口F為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口F處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC7(TDI)、PC5(TMS)與PC4(TCK)的上拉電阻被激活。除去移出數(shù)據(jù)的TAP態(tài)外，TD0引腳為高阻態(tài)。端口F也是JTAG接口。在ATmega103兼容模式下，端口F僅作為輸入。端口G(PG4...PG0)端口G為5位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口G處于高阻狀態(tài)。端口G也可以用做其他不同的特殊功能。在ATmega103兼容模式下，這些引腳僅作為外部存儲器的選通信號及32kHz振蕩器的輸入，復(fù)位后，即使時鐘還未起振，異步狀態(tài)下，引腳初始值為PG0=1、PG1=1、PG2=0。PG3與PG4為振蕩器引腳。RESET復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。AVCCAVCC是端口F與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC連接。AREFA/D的模擬基準輸入引腳。PENSPI串行編程模式的編程使能引腳。在上電復(fù)位時保持該引腳為低，芯片進入SPI串行編程模式，在正常工作時，PEN無效。3.1.2數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制芯片CH4511)概述CH451是一個整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制以及μP監(jiān)控的多功能外圍芯片。CH451內(nèi)置RC振蕩電路，可以動態(tài)驅(qū)動8位數(shù)碼管或者64位LED，具有BCD譯碼、閃爍、移位等功能；同時還可以進行64鍵的鍵盤掃描；CH451通過可以級聯(lián)的串行接口與單片機等交換數(shù)據(jù)；并且提供上電復(fù)位和看門狗等監(jiān)控功能。圖3-3CH4512)特點顯示驅(qū)動●內(nèi)置大電流驅(qū)動級，段電流不小于25mA，字電流不小于150mA?！駝討B(tài)顯示掃描控制，直接驅(qū)動8位數(shù)碼管或者64位發(fā)光管LED。●可選數(shù)碼管的段與數(shù)據(jù)位相對應(yīng)的不譯碼方式或者BCD譯碼方式?！駭?shù)碼管的字數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)?！窀鲾?shù)碼管數(shù)字獨立閃爍控制?！裢ㄟ^占空比設(shè)定提供16級亮度控制?！裰С侄坞娏魃舷拚{(diào)整，可以省去所有限流電阻?！駫呙铇O限控制，支持1到8個數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描時間。鍵盤控制●內(nèi)置64鍵鍵盤控制器，基于8×8矩陣鍵盤掃描?！駜?nèi)置按鍵狀態(tài)輸入的下拉電阻，內(nèi)置去抖動電路?！矜I盤中斷，低電平有效輸出?！裉峁┌存I釋放標(biāo)志位，可供查詢按鍵按下與釋放。其他●高速的4線串行接口，支持多片級聯(lián)，時鐘速度從0到10MHz?！翊薪涌谥械腄IN和DCLK信號線可以與其它接口電路共用，節(jié)約引腳?！裢耆珒?nèi)置時鐘振蕩電路，通常不需要外接晶體或者阻容振蕩?！駜?nèi)置上電復(fù)位和看門狗Watch-Dog，提供高電平有效和低電平有效復(fù)位輸出?！裰С值凸乃?，節(jié)約電能，可以被按鍵喚醒或者被命令操作喚醒。

●支持3V～5V電源電壓。

●提供SOP28和DIP24S兩種無鉛封裝，兼容RoHS。

●引腳及功能基本兼容4線接口方式的CH452芯片。3.2逆變電源單片機的控制電路設(shè)計3.2.1主回路設(shè)計與分析1)數(shù)字化逆變焊機基本工作原理先將三相380V交流電進行整流，經(jīng)功率因數(shù)校正器校正后成為520V左右的直流電，再通過IGBT逆變器逆變成為20kHz中頻交流電,經(jīng)過變壓器降壓,二次整流成直流輸出供焊接使用。本系統(tǒng)采用電壓電流雙閉環(huán)反饋,恒壓輸出。3-4工作原理框圖簡圖3-5數(shù)字控制原理框圖2)數(shù)字化逆變焊機主回路電源電路3-6數(shù)字化逆變焊機主回路電源電路3.2.2各組成部分分析1)輸入整流濾波部分圖3-7輸入整流濾波部分電路圖空氣開關(guān)采用動力型（D系列），以免電容充電或短時間過流時造成瞬時電流過大導(dǎo)致跳閘。壓敏電阻起到過壓保護的作用，當(dāng)直流母線電壓過高時，保護其他器件不會被擊穿。濾波電容在不同場合選擇的電容類型不同，一般情況下，均采用聚丙烯電容濾波：在發(fā)電機供電的場合，需要加裝電解電容濾波。為減少輸入整流引起的低頻諧波騷擾，圖中特意增加了無源LDC濾波電路，L5、D5、C16示。2)逆變電路部分圖3-8逆變部分電路圖Q3、Q4為超前臂，Q1、Q2為滯后臂，Q1、Q2、Q3、Q4選用大功率IGBT管。C10、C11為超前臂并聯(lián)電容，C7為抑制環(huán)流電容，L3為飽和電感，T1為變壓器。與傳統(tǒng)的移相諧振式電路不同點是：主回路是不對稱電路，傳統(tǒng)的移相諧振式電路諧振電容是相等的，而這個電路中，超前臂并聯(lián)電容，滯后臂無并聯(lián)電容，在主變壓器原邊回路中增加了抑制環(huán)流電容C7和飽和電感L3，用來產(chǎn)生零電流關(guān)斷和零電流開通的條件。電流互感板的作用是檢測流過IGBT中的電流。詳細工作過程在第二章中已經(jīng)介紹過，在此便不再贅述。（參見P9~P10）二次整流濾波部分圖3-9二次整流濾波部分電路圖二次整流采用中心軸頭式全波整流電路，與全橋整流相比，即可以節(jié)省兩只二極管，有減少焊機自身的損耗，提高焊機效率。換流電感（L4）為超前臂電容放電，防止超前臂導(dǎo)通時將并聯(lián)電容的能量加在IGBT上，導(dǎo)致IGBT損壞。機架電容版（EMC）可以防止電纜上的干擾信號竄入焊機，導(dǎo)致反饋信號不準確。供電電路部分首先通過電源變壓器降壓，輸出低壓交流電。然后再經(jīng)過控制板整流橋整流，三端穩(wěn)壓器輸出。圖3-10供電電路保護電路部分焊機中的保護主要有：過熱保護、過流保護、過壓保護措施。過熱保護通過溫度繼電器實現(xiàn)，保護IGBT、快恢復(fù)二極管等器件，一般采用常閉溫度繼電器，當(dāng)溫度過高時，溫度繼電器斷開，光耦斷開，過熱信號為高電平，切斷至驅(qū)動板的信號，逆變器停止工作，同時保護燈亮。圖3-11過熱保護電路過流保護通過電流互感板檢測過流IGBT中的電流，與驅(qū)動板中的三角波進行比較，當(dāng)IGBT中的電流過大時，脈沖將被限制輸出，達到保護IGBT的目的。圖3-12過流保護電路3.3數(shù)字化控制面板電路的設(shè)計原理框圖（單片機功能：是整個系統(tǒng)的大腦，主要起邏輯控制、按鍵處理、程序存儲等作用）：圖3-13總體構(gòu)架圖單片機系統(tǒng)圖3-14單片機系統(tǒng)電路圖中分別設(shè)計了單片機的下載口、晶振、復(fù)位電路等最小系統(tǒng)。2）數(shù)碼管驅(qū)動圖3-15數(shù)碼管驅(qū)動CH451對數(shù)碼管和發(fā)光管采用動態(tài)掃描驅(qū)動，順序為DIG0至DIG7，當(dāng)其中一個引腳吸入電流時，其它引腳則不吸入電流。CH451內(nèi)部具有大電流驅(qū)動級，可以直接驅(qū)動0.5英寸至2英寸的共陰數(shù)碼管，段驅(qū)動引腳SEG0～SEG6分別對應(yīng)數(shù)碼管的段A～段G，段驅(qū)動引腳SEG7對應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點，字驅(qū)動引腳DIG0～DIG7分別連接8個數(shù)碼管的陰極。3）鍵盤掃描原理圖鍵盤掃描：單片機控制圖3-16鍵盤掃描原理圖4）LED顯示原理圖LED顯示：單片機控制圖3-17LED顯示原理圖5）旋轉(zhuǎn)編碼器原理圖旋轉(zhuǎn)編碼器：用于電流、電壓參數(shù)的調(diào)節(jié)，及面板參數(shù)選擇。按下時：4-5觸電通，旋轉(zhuǎn)時，1、2、3腳起作用。旋轉(zhuǎn)時測量1-2或3-2，電壓會隨著轉(zhuǎn)速的提高而降低（供電電壓為DC5V）。圖3-18旋轉(zhuǎn)編碼器原理圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1焊接主程序框圖在焊接主程序里完成以下工作：1)輸入輸出初始化設(shè)置；2)通過查詢方式,捕捉開始焊接信號；3)結(jié)束焊接中斷設(shè)置；4)焊接過程的順序控制；5)調(diào)用焊接過程控制程序。將程序的控制權(quán)交給焊接控制程序；6)程序跳轉(zhuǎn)到1)。圖4-1焊接主程序流程圖4.2焊接控制程序框圖1）控制時序及狀態(tài)（自鎖）：圖4-2控制時序圖t1-t2：前氣時間(0.1s)。t2-t3：開關(guān)按下，無電流，開始慢送絲。t3-t5：慢送絲100ms。t3-t4：有電流，引弧輸出，大小決定于焊絲直徑及送絲速度。t4-t5：引弧電流衰減，輸出電壓小于15V或到達t5時刻時，轉(zhuǎn)為正常焊接。t5-t6：正常工作。t6-t7：開關(guān)松開，仍然正常工作。t7-t8：開關(guān)再次按下，轉(zhuǎn)為收弧狀態(tài)。t8-t10：回?zé)腿デ驎r間（0.3s），電壓衰減到14V。非自鎖時：時序參見上圖，焊槍開關(guān)通時起弧焊接，斷開時熄弧、去球、停機。2）焊接控制程序如圖[4.2-2]所示,其中完成以下工作：預(yù)置的給定焊接參數(shù)采集。起弧控制按照預(yù)置的參數(shù),輸出合適的PWM（PWM輸出程序詳見附錄2）,以便順利完成焊接起弧。燃弧控制按預(yù)置參數(shù)輸出合適的燃弧PWM脈寬，采集輸出電壓。根據(jù)采集到的電壓判斷系統(tǒng)是否處于熄弧狀態(tài)，如果處于熄弧狀態(tài)，程序重新跳轉(zhuǎn)到(2)；系統(tǒng)是否處于燃弧狀態(tài)，如果沒有處于燃弧狀態(tài)，程序跳轉(zhuǎn)到(4)。否則焊接采樣電壓與給定電壓做比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整PWM的脈寬。程序跳轉(zhuǎn)到(3)。短路控制按預(yù)置參數(shù)輸出合適的短路PWM脈寬，采集輸出電流。依據(jù)采樣焊接電流判斷系統(tǒng)是否處于熄弧狀態(tài)，如果處于熄弧狀態(tài)，程序跳轉(zhuǎn)到(2)；系統(tǒng)是否處于短路狀態(tài)，如果脫離短路狀態(tài)，程序跳轉(zhuǎn)到(3)；輸出電流是否已達最大，如果最大，輸出PWM的維持脈寬；否則作此次采樣焊接電流與上次采樣焊接電流之差，依據(jù)差值輸出PWM的脈寬。同時，在短路中判斷焊接是否結(jié)束，以實現(xiàn)收弧控制。在焊接控制程序設(shè)計中，通過簡單易行的電流、電壓檢測，判斷實時狀態(tài)及其可能的變換,相應(yīng)地分別實現(xiàn)短路電流和燃弧電壓控制。焊接控制程序運行完畢，斷點返回，程序的控制權(quán)重新轉(zhuǎn)到焊接主程序。如果在焊接控制程序里焊槍開關(guān)動作，將進入焊接結(jié)束中斷程序，禁止PWM輸出、結(jié)束焊接時序控制和設(shè)置焊接結(jié)束標(biāo)志，斷點返回，重新回到焊接控制程序中。圖4-3焊接控制程序4.3旋轉(zhuǎn)編碼器流程圖旋轉(zhuǎn)編碼器流程圖如下：圖4-4旋轉(zhuǎn)編碼器流程圖4.4鍵盤掃描流程圖鍵盤掃描流程圖：圖4-5鍵盤掃描流程圖第五章總結(jié)與展望5.1總結(jié)數(shù)字化逆變焊機較之模擬焊機，面板上電流、電壓調(diào)節(jié)采用旋轉(zhuǎn)編碼器，取代原來的電位器。輕觸開關(guān)取代船型開關(guān)，一體化的控制面板取代分立器件組成的面板。電流反饋采用霍爾電流傳感器，與主回路電路完全隔離。并且參數(shù)調(diào)節(jié)更加方便，功能更加強大，能夠以簡單的硬件電路通過編程完成較為復(fù)雜的控制功能。依靠簡單的硬件電路，全部功能由控制程序決定，這實現(xiàn)了系統(tǒng)的柔性化。最重要的，其功能的升級不再依靠硬件電路的改變，而是通過軟件編程的升級，節(jié)省了大量人力、財力，使升級變得更容易。本設(shè)計在實現(xiàn)數(shù)字化NBC逆變焊接電源控制和顯示的基礎(chǔ)上，著重分析了焊接電源的電磁兼容性問題。通過在硬件上添加無源LDC濾波電路、單路轉(zhuǎn)雙路的脈沖分頻電路，以及軟開關(guān)逆變技術(shù)的使用和PCB設(shè)計技巧的應(yīng)用等途徑；軟件上，數(shù)字濾波、指令冗余、軟件陷阱等措施的加入；以及在實地焊接應(yīng)用過程中所要注意的具體事項等，均分別從低、高頻干擾著手分析，一一解決，最大程度上增加了數(shù)字化NBC逆變焊機的電磁兼容性（EMC）。5.2展望逆變式焊機總的發(fā)展趨勢是向著大容量、輕量化、高效率、模塊化、智能化發(fā)展并以提高可靠性、焊接性能及拓寬用途為核心，愈來愈廣泛應(yīng)用于各種弧焊、電阻焊、切割等等工藝中。我國逆變焊機近幾年取得了長足的進步，但是應(yīng)該清醒的認識到與歐美發(fā)達國家的先進逆變焊機還有不小的差距，需要加快趕超世界先進水平的步伐。數(shù)字化焊機實現(xiàn)了柔性化控制，調(diào)節(jié)參數(shù)更加細致，功能更加強大。具有控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，產(chǎn)品一致性好，功能升級方便，良好的人機界面，能與上位機通訊等優(yōu)點。隨著科學(xué)技術(shù)的提高以及生產(chǎn)的需要，數(shù)字化逆變焊機應(yīng)向著低飛濺，高焊速，提升逆變工作頻率，增強電磁兼容性，生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)化，配套機器人智能化的方向發(fā)展。總的來說，數(shù)字化逆變焊機是未來焊接設(shè)備發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字化逆變焊機的可靠性在技術(shù)上已得到了充分的保證，大面積的推廣應(yīng)用的時代已經(jīng)到來！ 齊魯工業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文）附錄1、數(shù)碼管顯示子程序#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//變量類型的宏定義ucharconstSEG7[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//共陰極數(shù)碼管0～E的字形碼ucharconstACT[2]={0xfe,0xfd};//數(shù)碼管的個、十位位選碼voiddelay_ms(uintk)//定義毫秒級的延時子函數(shù){uinti,j;for(i=0;i<k；i++"">{for(j=0;j<1141;j++);}}voidmain(void)//定義主函數(shù){uchari,counter=0;//定義無符號字符型變量i、counterDDRA=0xff;//將PA端口設(shè)為輸出DDRC=0xff;//將PC端口設(shè)為輸出DDRD=0x00;//將PD端口設(shè)為輸入PORTA=0x00;//PA端口初始化輸出00000000PORTC=0xff;//PC端口初始化輸出11111111PORTD=0xff;//PD端口初始化輸出11111111while(1)//無限循環(huán){ if((PIND&0x10)==0)//如果S1鍵按下{if(counter<99)counter++;}//計數(shù)值遞增，計數(shù)值范圍00～99if((PIND&0x20)==0)//如果S2鍵按下{if(counter>0)counter--;}//計數(shù)值遞減，計數(shù)值范圍00～99for(i=0;i<100;i++)//for循環(huán)語句，循環(huán)100次（約0.2s）{ PORTA=SEG7[counter%10];//輸出計數(shù)值的個位字形碼 PORTC=ACT[0];//點亮個位數(shù)碼管 delay_ms(1);//維持點亮1ms PORTA=SEG7[counter/10];//輸出計數(shù)值的十位字形碼 PORTC=ACT[1];//點亮十位數(shù)碼管 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