AVR单片机在电弧摆动器中的应用

　　0　引言

　　焊接技术,是一种重要的材料加工工艺。它广泛地应用于工业生产中,在推动我国经济建设和发展科学事业上,焊接技术将起重要的作用[1]。在很多场合,如焊道的宽度可调,复杂工件的堆焊等,要求焊枪沿焊缝方向左右能够精确摆动。但是,目前大多数摆动器控制电路由模拟器件组成,由于摆动器工作环境恶劣,模拟器件本身参数的离散性和受温度影响的缺点大大限制了其应用,近些年来,随着计算机和自动控制技术的快速发展,摆动器已从传统的分立元件控制向数字化控制方向转变,以适应不断发展的需要。

　　本研究将性价比高、抗干扰能力强的AVR单片机引入到电弧摆动器中,通过软件实现摆动器的摆动速度调节、摆幅大小和左中右停留时间等的数字化控制,以降低控制电路的复杂性、增强工作可靠性。

　　1　AVR单片机简介

　　AVR单片机是美国ATMEL公司1997年推出的单片机系列[2, 3, 4]。AVR系列单片机具有高速度、高保密性、低功耗的特点,是一种与国内常用的MCS系列单片机截然不同的单片机。它采用精简指令集RISC(Reduced Instruction SetCollection)技术,实现了指令的单字节化和单周期化,大大提高了CPU执行指令的速度和工作效率;它的I/O端口全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定(初始)高阻输入、驱动能力强,可省去功率驱动器件;并且这种单片机集成度高,可以最大限度地减少外围扩展电路,实现纯单片开发应用,降低成本。在本设计中,选用抗干扰能力强、I/O接口丰富的ATmega8单片机作为控制系统的核心。这款单片机由0.5K的EEPROM、8K的程序存储器、8路A/D转换通道、15个I/O口、3个定时/计数寄存器等组成,具有上电复位和降压复位等功能。

　　2　系统硬件设计

　　根据电弧摆动器的控制要求,要求控制系统实现以下功能:

　　a.摆动参数的预设和调节;

　　b.摆动过程的实时调节;

　　c.摆动器故障急停和显示。

　　设计的基于AVR单片机的控制原理框图如图1所示。在摆动过程中,单片机控制系统按照控制要求完成了摆动速度、摆动幅度、左停留时间、中间停留时间、右停留时间以及故障急停和显示等的控制。摆动速度、摆动幅度、左停留时间、中间停留时间、右停留时间等的设定值经过A/D通道读入单片机,开关通过I/O口读入单片机,摆动器送电、摆动控制、故障指示等信号通过I/O口输出。

　　3　软件设计

　　本设计中控制软件采用模块化设计方法,以主程序为核心设置了许多功能子程序模块,运行过程中通过主程序调用功能子程序模块,简化了设计结构。主要的功能模块有初始化程序、A/D转换子程序、参数读入子程序和各种延时子程序等。主程序流程框图如图2所示。