摘要：随着我国经济的发展，轨道客车和汽车生产规模快速增长,这就使得汽车生产制造中对焊接质量的要求越来越高。电缆极易在点焊机长期工作中损坏，由于电缆外面被胶管包着，即使电缆的导线产生破断也很难人为发现，直到整个水冷电缆全部断裂。为此，本文主要研究了焊装车间点焊设备网络化监测系统。
关键词：点焊参数； ATMEGA128；ENC28J60； 以太网； MFC
一、系统硬件设计
1、 硬件总体设计
本文所研究的点焊规范参数的实时监测系统主要由上位机和下位机组成，下位机包括传感器、信号调理电路、单片机、外部 ram、警报电路、程序下载电路、串口收发电路，上位机使用串口助手软件。
2、单片机
从单片机的价格、性能、片内资源、开发环境、芯片的常用性等考虑，本文采用 ATMEL 公司生产的 ATMEGA128A-AU单片机，ATMEGA128A-AU 具有丰富的片内资源，是带128 KBFlash 程序存储器的可编程 8 位微控制器，具有高性能、低功耗的特点，是 AVＲ 单片机中功能强大的单片机。
3、传感器
（1）电流传感器
目前，电阻点焊过程中的焊接电流测量主要采用分流器法、电流互感器法、霍尔元件法和罗氏线圈法( 次级回路空心线圈法) 等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆罗氏线圈电流传感器不存在磁饱和及磁滞效应，具有结构简单、重量轻、体积小、频带宽、动态范围大、绝缘性好、挠性线圈便于安装等优点，被广泛应用于电阻点焊的焊接电流测量。本文选用罗氏线圈作为电流传感器，罗氏线圈电流传感器主要应用在焊接次级回路。
（2）电压传感器
一般对于次级回路的电压或者焊接电缆的压降可以直接从电极或者电缆两端引出两条导线，这种安装方式可以直接采集点焊过程中电极两端的电压值，能够最直接反映点焊过程中上下电极间电压的变化情况。
（3） 压力传感器
电极力是采用气阀( 对气压式焊机) 或者液压阀( 对液压式焊机) 调节的，它的反应速度较慢，对压力变化不敏感。然而近几年已经发展了数字式气压阀，调节精度可达 9.8 N 以下，并用微机控制，可以做到电极力基本平稳，所以监测气路的气压也可以反映电极的压力。气压传感器一般在电源供电的情况下，输出 0 ～ 5 V 的电压信号，可以提供给单片机用来采集压力。
4、网卡模块电路
本系统采用网卡 ENC28J60，该网卡是带有行业标准串行外设借口的独立以太网控制器，可作为任何配备有 SPI 的控制器的以太网接口。ENC28J60 符合 IEEE802.3 的全部规范，采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个内部 DMA 模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的 IP 校验和计算。它与主控制器的通信通过两个中断引脚和 SPI 实现，数据传输速率高达 10 Mb /s。
二、系统软件设计
系统程序主要包括数据采集模块、数据传输模块、上位机接受处理模块，见图3。
1、数据采集模块
数据采集模块程序是主程序判断进入焊接状态后执行。A/D 转换开始之前，首先建立数组a［5000］，b［5000］，在 ＲAM 开辟存储空间，并判断焊接是否开始，当焊接已经开始，则进行连续的 A/D 转换，并实时保存转换结果，在转换过程中，要不断地切换通道，实现焊接电流、焊接电压的同时检测，因为在相位上焊接电流要滞后于焊接电压，所以首先对焊接电压信号采样，再对焊接电流采样。
2、网络通信模块
（1）网络接口层模块( ENC28J60 驱动)
网络接口层模块包含 ENC28J60 以太网控制器驱动、缓冲区的管理和借口调度三方面。ENC28J60 的驱动程序设计主要包含 3 个关键函数: 1) 网卡初始化 void enc28j60Init( ) ，主要作用是对 ENC28J60 进行软件复位，建立网卡的 MAC 接口，以使 ENC28J60 能 够 正 常 工 作; 2 ) 数 据 帧 接 收 u16 _ tenc28j60PacketＲeceive，接收数据帧时，ENC28J60 将网络上的16 位的数据写入到 8 个可能的寄存器中，再由 ATMEGA128通 过 I/ O 端口读取数据帧; 3 ) 数 据 帧 发 送 u16 _ tenc28j60PacketＲeceive( ) ，发送过程将待发送的数据帧，通过I/ O 端口将数据帧写入到工作寄存器中，然后启动发送命令，将数据帧送到传输线上。
（2）uIP 协议栈
由瑞典计算机科学学院的 Adam Dunkels 开发的 uIP 协议栈是一种可实现的且非常小的、免费的 TCP/IP 协议栈，它是为 8 bit 和 16 bit 处理器专门设计的。基于 ATMEGA128的以太网通信过程，实质就是 ATMEGA128 直接对 ENC28J60以太网控制芯片中各种寄存器进行编程控制，完成数据分组发送和接收的过程。在这个过程中，uIP 协议相当于一个代码库，通过一系列的函数实现与底层硬件和高层应用程序的通信。对于整个系统来说它内部的协议组是透明的，从而增加了协议的通用性。
3、上位机模块
上位机采用 VC6.0 编写，利用 MFC 的 socket 编程，采用服务器模式。首先 socket( ) 建立套接字，绑定( bind) 并监听( listen) ，用 accept( ) 等待客户端连接，accept( ) 发现有客户端连接，建立一个新的套接字，自身重新开始等待连接。该新产生的套接字使用 send( ) 和 recv( ) 写读数据，直至数据交换完毕，socketclose( ) 关闭套接字。
三、实验结果
实时监测系统通过上位机软件接收数据，通过数据分析初步确定下位机的可行性。
图5是低碳钢电阻点焊采用恒流控制法经过还原后的实时采样波形图，给定热量是 55% ，设定电流 8.8 kA，周波数14，电极压力是 2 400 N，采集点数 5 000。图 6 是相同焊接规范参数的条件下的电压波形。
四、结语
综上所述，对车间内所有点焊机的监测，对于焊接质量的提高具有实质的推动作用。本文以 ATMEGA128 和网络控制器 ENC28J60 为核心的电阻点焊规范参数实时监测系统能够对工频交流点焊机的焊接参数作出有效的监测，并且可以把相关数据发送到采用 MFC 编写的上位机软件，实现焊装车间的网络化管理。
参考文献
[1]万鹏.工业机器人在汽车生产中的应用[J].品牌与标准化，2010，（6）：22-23.
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论文作者:张学阳 刘晓军
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/11
标签：点焊论文; 模块论文; 电压论文; 电极论文; 上位论文; 数据论文; 线圈论文; 《城镇建设》2019年第04期论文;