基于DSP的焊接电流检测系统设计

    检测系统硬件由传感器模块、信号调理电路、A/D转换电路、DSP模块、键盘/LCD模块组成。系统的信号处理电路包含两个模块。模块1先对传感信号进行积分、信号调理后，通过微分和过零比较电路，用于电流信号的检测；模块2将传感器送来的信号进行积分、信号调理后，送到12位A/D转换器MAX191中，最后由DSP进行逐点积分检测计算，获得电流的有效值，因此模块2的主要作用是检测和处理电流数值，计算的结果送到LCD液晶显示屏显示。
    在本系统中，A/D转换器的转换位数、分辨率、转换速度对检测系统的系统精度很重要。以往用单片机利用逐点积分法进行电阻焊焊接电流的检测时，模数转换大多采用8位数字输出的ADC0809模数转换器，它的分辨率仅为0.390 6%，转换时间约为100 μs，A/D转换误差和漏采误差都较大，造成测量精度低。为了节约转换时间、提高检测精度，拟采用12位逐次逼近式A/D转换器MAX191，它的分辨率为0.024 4%，其转换时间为7.5 μs，比ADC0809快大约13倍。用它进行模数转换，可提高分辨率，减小A/D转换误差，同时可以通过增加A/D采样次数来缩小采样间隔，减少漏采误差，可以保证高精度控制的要求。
    系统采用霍尔传感器进行电流检测，霍尔传感器可以检测交直流电、电流瞬态峰值，可以隔离测量且可以应用在通信电源、电化学、电源电池监测、电焊机、电动机监测等场合[4-5]，具有良好的通用性。但由于霍尔元件为磁感应元件，容易受环境温度影响，本系统通过在检测电路中添加一个温度传感器(图1)进行温度补偿，系统在检测前进行标定，通过测量环境温度，得到不同温度下霍尔元件的温度特性，则在检测时，DSP就能够根据不同的温度进行软件补偿，从而提高检测准确度。
2 系统软件设计
2.1 电流检测程序设计
    由系统硬件设计可知，当检测系统的信号处理线路检测到有电流信号的时候，会向DSP的INT1发送一个触发信号，使DSP产生中断并调用中断服务程序(如图2)。中断服务程序先使积分电路的13脚控制端为低电平，使积分线路进行积分；将用于数据处理的寄存器清零；然后对A/D转换器进行数据采集；采集数据后进行温度补偿和电流值计算；再判断检测电流是否小于5H，如果小于，则认为电流此时为0，记录去零电流值用于初值补偿；如果不小于，则保存电流参数并继续检测。

    [!--empirenews.page--]由于焊机变压器蓄能的影响，检测电流值总表现为一定数字，因此在本系统中判断实际电流为0是采用下限值的方式来进行。当电流采样值小于某下限值时，程序认为实际电流为0，因此下限值的选择显得十分重要，下限值可以根据应用的实际情况，通过键盘进行设定。当电流检测结束时，采集检测数据作为检测电路的去零电流值，系统再次检测时，把传感检测数据减去零电流值就可以进行初值消除，提高了测量精度，由于系统采用了去零初值处理，下限值设置产生的误差影响极小。
2.2 LCD显示软件设计
    LCD显示模块主要用来显示当前的测量结果或人机交互界面，采用金鹏电子有限公司生产的OCM128128-2图形点阵液晶显示模块，共8页(64行)128列，分左右两屏，每屏各64列，LCD显示模块的流程见图3，其中的几个典型函数定义如下：
    void check_busy(void)；           //判断液晶忙否函数
    void send_cmd(Uint16 cmd)；        //向控制器写指令
    void send_dat(Uint16 dat)；         //向控制器写数据
    void lcd_initial(void)；                       //初始化
    void main_page(void)；                //各页面的界面
    void Set_Page_Address(Uint16 dat)；        //写页地址
    void Set_Colume_Address(Uint16 dat)；      //写列地址
    void Display_char(Uint16 page，Uint16 colume，const Uint16*zifu)；     //显示字符
　void clear(void)；                          //清屏程序

2.3 按键设置软件设计
    装置的按键设置程序软件采用中断和查询相结合的方法，如果有按键按下，便会产生中断信号，进入中断程序，然后查询是哪些按键按下，进入相应的功能程序。为使按键可靠工作，采用延时去“抖动”以防误操作。按键设置的流程图如图4所示，其中的延时、读键、选择和设置的子函数定义如下：
    void delaykey(uint t)；   //专门为按键设置的延时函数
    void rdkey(void)；                      //读键子函数
    void select(void)； //选择子函数，用于参数显示、翻页设置
    void set(void)； //按键设置子函数，控制参数类型以及下限设置

3 检测系统试验
    测试在SK3－Ⅱ微电脑电阻焊机上采用飞焊的形式进行，参照检测仪表为日本米亚基株式会社的MM－315A型焊接监测仪。表1为检测试验数据对照表。

    由试验结果分析可知，本电流系统试验测得的焊接电流与用MM－315A型焊接监测仪测得的焊接电流相比较，其电流值最大相对误差为0.67%。
    本文电流检测系统采用DSP进行数据采集、计算和显示，它解决了以往电流检测计算时间长的问题，它在检测过程通过温度传感器进行温度的软件补偿，并进行去零初值处理，使系统具有更高的检测准确度。焊接电流的检测试验中，将本系统与日本米亚基株式会社的MM－315A型焊接监测仪进行对比测试，结果表明，两种仪器的最大检测误差为0.67%。
参考文献
[1] 王笑川，艾雍宜.微机控制的各种阻焊质量监控器的基本原理及方法[J].电焊机，1994(5):13-19.
[2] 徐明，郭育.用8098单片机测量非正弦点焊焊接电流有效值[J].焊接技术，1995(3):12-14.
[3] 叶廷东，钟日锋，解生冕.基于逐点积分的点焊焊接电流检测的研究[J].焊接，2007(8):41-44.
[4] 王香婷，苏晓龙.基于霍尔传感器的电流检测系统[J].工矿自动化，2008(4):74-76.
[5] 尹伦海，梁清华，陈双桥.基于电热转换的电流检测方法[J].辽宁工业大学学报，2008(6):156-159.