基于ARM微控制器及USB接口的弧焊電參數檢測分析系統(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行采集和分析是實現焊接過程實時監(jiān)測和焊接質量判別的有效方法。由于電弧的不可預測性，信號的連續(xù)采集成為必要，但現有的基于數據采集卡的連續(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。本文對現有焊接電參數采集和分析方法進行了較為全面的分析。在此基礎上，基于32位ARM微處理器和USB接口，對使用單片微處理器構建連續(xù)采集系統(tǒng)、USB傳輸模式的選擇、USB數據流

2、在目標硬件上的實現、連續(xù)采集系統(tǒng)實現的關鍵、基于隊列模型在處理器片上RAM中構建數據緩沖區(qū)，以替代FIFO芯片(或FPGA)、時間關鍵任務的優(yōu)先級分配和中斷嵌套對采集速度的影響、以及數據流盤等進行了較為系統(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)的工作及采集數據的完整性與連續(xù)性進行了實驗驗證。最后對實際焊接信號計算了共22個特征參數，進行了波形分析

3、、統(tǒng)計分析，U-I圖分析等，并在傳統(tǒng)分析方法基礎上，基于非平穩(wěn)隨機信號的現代分析方法，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)數據采集系統(tǒng)，配合工控/PC機，即可完成數據的實時顯示和離線分析。相比數據采集卡，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)對數據采集應用，USB批量傳輸是最佳的傳輸模式。(3)實現連續(xù)數據采集的關鍵是平衡數據輸入輸出系統(tǒng)的數據緩沖區(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的使用量和欲實現的采樣頻率及接口速度有關。(5)在適當的USB數據傳輸機制下，中斷嵌套對采集速度的影響甚小。(6)在LabVIEW中使用基于隊列