基于ARM微控制器及USB接口的弧焊電參數(shù)檢測分析系統(tǒng).pdf

1、焊接電弧的行為和狀態(tài)可由焊接電流和電弧電壓反映，以電壓、電流信號作為信號源進(jìn)行采集和分析是實現(xiàn)焊接過程實時監(jiān)測和焊接質(zhì)量判別的有效方法。由于電弧的不可預(yù)測性，信號的連續(xù)采集成為必要，但現(xiàn)有的基于數(shù)據(jù)采集卡的連續(xù)采集系統(tǒng)從成本和便攜性兩方面制約了這一方法的廣泛使用。本文對現(xiàn)有焊接電參數(shù)采集和分析方法進(jìn)行了較為全面的分析。在此基礎(chǔ)上，基于32位ARM微處理器和USB接口，對使用單片微處理器構(gòu)建連續(xù)采集系統(tǒng)、USB傳輸模式的選擇、USB數(shù)據(jù)流

2、在目標(biāo)硬件上的實現(xiàn)、連續(xù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵、基于隊列模型在處理器片上RAM中構(gòu)建數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以替代FIFO芯片(或FPGA)、時間關(guān)鍵任務(wù)的優(yōu)先級分配和中斷嵌套對采集速度的影響、以及數(shù)據(jù)流盤等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。使用C語言和虛擬儀器軟件LabVIEW分別編制了下位機采集子系統(tǒng)和上位機分析系統(tǒng)軟件，并利用示波器和分析軟件對采集分析系統(tǒng)的工作及采集數(shù)據(jù)的完整性與連續(xù)性進(jìn)行了實驗驗證。最后對實際焊接信號計算了共22個特征參數(shù)，進(jìn)行了波形分析

3、、統(tǒng)計分析，U-I圖分析等，并在傳統(tǒng)分析方法基礎(chǔ)上，基于非平穩(wěn)隨機信號的現(xiàn)代分析方法，引入短時傅立葉變換和Gabor展開，用于焊接電信號的分析。
　　 研究和實驗結(jié)果表明：(1)使用單片微處理器完全可以建立適用于電弧焊的連續(xù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，配合工控/PC機，即可完成數(shù)據(jù)的實時顯示和離線分析。相比數(shù)據(jù)采集卡，大幅降低了成本，USB接口使系統(tǒng)具備極佳的便攜性。本研究實現(xiàn)的連續(xù)采樣頻率為雙通道70K(單通道140K)，采集時長僅受計算機

4、硬盤限制。(2)對數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，USB批量傳輸是最佳的傳輸模式。(3)實現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵是平衡數(shù)據(jù)輸入輸出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。(4)基于隊列模型，可在單片微處理器片上RAM中編程構(gòu)建“軟FIFO”①，以裁剪掉專門的FIFO芯片(或FPGA芯片)，不僅大幅降低成本，并使系統(tǒng)穩(wěn)定性得以提高。RAM的使用量和欲實現(xiàn)的采樣頻率及接口速度有關(guān)。(5)在適當(dāng)?shù)腢SB數(shù)據(jù)傳輸機制下，中斷嵌套對采集速度的影響甚小。(6)在LabVIEW中使用基于隊列