新型焊接温度场监控系统研究

２ ． ２ 温 度传 感 器 ［ ６ １
由于焊接 现场温度 变 化幅度 较大 （ ０ — １ ５ ０ ０℃） 且 变化速度 快 ， 因此温度 传感 器采用 Ｋ型镍 铬一 镍铝 热 电偶 ， 其 主要 分度 如 表 １ 所示。
表 １ Ｋ型镍铬一 镍 铝 热 电偶 分 度 表
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所示 。
有两个区别 ： 一是输 出信号可作为反馈信号用于调 整 焊 接 电流 ， 从 而 达到 自动 控制 焊 接 温 度 的 目的 ， 形成 完 整 的焊接 温度 闭 环控 制 系统 ； 二是 为 焊接 过 程温度场动态检测提供 了一种先进 、 稳定 、 准确 的
方 法
１ Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技术简介
孝
８ １ ・
焊 接 设 备
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第４ ３ 卷
由表 １ 可知热 电偶 只能将温度信号转换为毫 伏级的电信号 ， 但毫伏级的电路不足以驱动 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０ 芯片引脚 ， 因此必须要先经过信号调理 电路将信号 转换为 ４ － ２ ０ ｍ Ａ的电流信号 ， 再 串接一个 ２ ５ ０ ｎ的精 密电阻， 将电流信号转化为 １ ～ ５ Ｖ的电压信号。 由于 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０自带 Ａ ／ Ｄ， 因此可 以直 接将数 据输 入芯 片 中 进 行处 理 。 其放 大 电路 如图 ３所示 。
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９ Ｑ ： 二
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● 协 调 器 ● 路 由 器 ０终 端 设 备
图１ Ｚ ｉ ｇ Ｂｅ ｅ 网 络 拓 扑 结 构
２ ． １ 主控芯片 的选择
终端 节 点 以 Ｃ ｈ ｉ ｐ ｃ ｏ ｎ公 司推 出 的 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０射 频 芯 片为 控 制 核心 。 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０最 大 的特 点 是 高 集 成 度 和低 功耗 。 该 芯 片满 足 以 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ为基 础 的 ２ ． ４ Ｇ Ｈ ｚ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ８ ０ ２ １ ５ ． ４协议 要求 ， 包含 １ 个 高 效 的 ８位 ８ ０ ５ １ 控制器 ， 具有 ３ ２ ／ ６ ４ ／ １ ２ ８ ｋ Ｂ的 Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ， 可 用 于 存 储 温度数据 ， 在 一 定程 度 上 避 免 了存 储 器 的扩 展 。 同 时， 还 自带 ８路 Ａ ／ Ｄ转 换 电 路 ， 四个 定 时器 、 看 门
据温度反馈信号 自动调整焊接电流 以达到控制焊
接 温度 的 目的 。
４ ０ ０
５ ０ ０
６ ０ ０
１ ６ ． ３ ９ ５
２ ０ ． ６ ４ ０ —
２ ４ ． ９ ０ ２
１ ｌ ０ ０
１ ２ ０ ０
４ ５ ． １ ０ ８
４ ８ ． ８ ２ ８
温度数据的传输分为两个部分 ： 一是将温度信 息通过无线通信模块传输到协调器 中， 优点在于当
０
０
７ ０ ０
２ ９ ． １ ２ ８
１ ０ ０ ２ ０ ０ ３
４ ． ０ ９ ５ ８ ． １ ３ ７ ！ ２ ２ ０ ７
８ Ｏ ０ ９ ０ ０ １ Ｏ ｏ ｏ
３ ３ ． ２ ７ ７ ３ ７ ． ３ ２ ５ ４ １ ． ２ ６ ９
块、 无线通信模块 、 Ｌ Ｃ Ｄ显示模块、 Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ存储模块 、 声光报警模块等组成 。 电源模块负责整个系统的电 源供给。 温度检测模块用于实时采集焊接温度信息 ， 并送 入控 制模块 。 本 系统主要 采用 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０芯片 ， 它 集成了 Ａ ／ Ｄ转 换 电路 、 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ无 线 射 频 、 １ ２ ８ ｋ Ｂ的 Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ， 内部还 含 有 １ 个 ８位 ＭＣ Ｕ（ ８ ０ ５ １ ） ， 实现 了 控制模块 、 无线通信模块和 Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ存储模块的相关 功能。 温度信息可在 Ｌ Ｃ Ｄ上实时显示 ， 当温度高于 或低于设定值时 ， 声光报警模块启动 ， 硬件系统根
焊接设备
陶跃珍 等 ： 新条件下 ， 布线较 困难 。 基于此 ， 采用 Ｋ型镍铬
镍铝热电偶进行温度检测 ，结合 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 无线通信 技 术设计 了一种新 型 的焊 接温 度场监 控 系统 。 该 系统 相 比以往 的焊 接 温 度 场监 测 系统 主要
Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ技术 以 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ８ ０ ２ １ ５ ． ４为协议 基 础 ， 是 新
雾 ◆ ， ～
图 ２ 硬件 系统结构框图
型短距离、 低功耗的无线通信技术 ， 可在 Ｉ Ｓ Ｍ ２ ． ４ Ｇ Ｈ ｚ 频段上免费工作 ， 无需 申请许 可。 传输距离为 １ ０ ～ １ ０ ０ Ｉ ｌ ｌ 。 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 由协调器 ｚ ｃ 、 路 由器 Ｚ Ｒ和终端设备 Ｚ Ｅ三级构成 ， 其 中协调器 和路 由器为全功能设 备 Ｆ Ｆ Ｄ， 终端设备为精简功能设备 Ｒ Ｆ Ｄ ［ １ 。 并且有三 种网络拓扑结构 ， 分别是星型、 簇一 树型和网状 网络 型， 如图 １ 所示 。
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２ 硬 件 系统 设计
终端 节 点 由温度 检 测 模块 、 电源 模 块 、 控 制 模
狗、 Ａ Ｅ Ｓ １ ２ ８ 协同处理器 、 ３ ２ ｋ Ｈ ｚ 晶振休眠模式定时 器、 上 电复位 电路 、 掉 电检测 电路 和 ２ １ 个 可 编程 Ｉ ／ ０引脚 ， 可 实现 节点 的微 型化 Ｉ ３ － ４ ］ 。
一
需检测多个 焊接现场温度信息时 ， 可以形成簇一 树 型网络拓扑结构 ； 二是通过 Ｒ Ｓ ２ ３ ２ 将温度信息传输 到计算机监控 中心 ， 便于数据存储 、 历史数据查询 和报表生成打 印等＿ ５ Ｊ 。 协调器节点 以 Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ２为 控制核心 ， 其主要功能是汇总数据和通过 Ｒ Ｓ ２ ３ ２向 计 算 机 监 控 中心 发 送 数 据 。 硬件 系统结构 如图 ２