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1、 本科毕业设计说明书基于PIC单片机的电阻焊机的控制系统设计THE SYSTEM OF RESISTANCE WELDER CONTROLLER BASED ON PIC 学院（部）： 电气与信息工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化 学生姓名： 林幸福 指导教师： 杨岸副教授 2012 年 5 月 12 日安徽理工大学毕业论文基于PIC单片机的电阻焊机的控制系统设计摘 要本文主要设计一个基于单片机芯片PIC16F1947的电阻焊机控制系统。根据设定的焊接热量，单片机进行数据采集，运算处理，再控制晶闸管（SCR）的导通角，来实现焊机焊接时的焊接温度的控制。本系统由过零信号电路，面板显示设置电
2、路，脚踏触发电路，脉冲控制电路，气阀控制电路及单片机系统电路构成。关键词： 电阻焊机，晶闸管（SCR），PIC16F1947单片机 THE SYSTEM OF RESISTANCE WELDER CONTROLLER BASED ON PICABSTRACTThis thesis to design a single chip PIC16f1947-base resistance welding machinecontrol system.According to the srtting of the welding heat,the microcontroller for data acqu
3、isition,computing processing,to control the conduction angle of the thyristor (SCR)to achieve the temperature of the welder when welding.The system consists of dataacquisition circuit,a zero-signal circuit panel display setting circuit,foot to the startingcircuit,the pulse control circuit,the valve
4、control circuit and microcontroller system circuit.KEYWORDS：resistance welding machine, thyristor(SCR), PIC16F1947microcontroller47目 录摘要（中文）IABSTRACTII1 绪论11.1 电阻焊的介绍11.1.1 电阻焊定义11.1.2 电阻焊优点11.1.3 电阻焊缺点11.2 电阻焊基本原理:21.2.1 焊接热的产生及影响产热的因素21.2.2 电阻R及影响R的因素21.2.3 焊接电流的影响31.2.4 焊接时间的影响41.2.5 电极压力的影响41.2.
5、6 电极形状及材料性能的影响41.2.7 工件表面状况的影响41.2.8 热平衡、散热及温度分布51.2.9 系统研究的方向62 系统硬件设计82.1 系统硬件框图和接线图82.1.1 系统控制对象82.1.2 系统方框图82.1.3 系统控制器与系统控制对象的接线图92.2 晶闸管介绍92.2.1 概述92.2.2 晶闸管的结构与工作原理102.2.3 晶闸管的基本特性112.2.3.1 静态特性112.2.3.2 动态特性132.3 核心板142.3.1 单片机最小系统142.3.2 可控硅驱动电源电路152.3.3 单片机电源电路162.3.4 气阀脚踏电源回路172.3.5 电压过零检
6、测回路182.3.6 脚踏开关回路202.3.7 气阀驱动回路212.3.8 可控硅控制回路222.3.9 报警电路242.4 面板242.4.1 矩阵键盘242.4.2 串转并接口252.4.3 面板总图263 系统软件介绍283.1 开发环境的介绍283.2 总流程图的介绍293.3 定时器0的介绍303.4 定时器1的介绍313.5 定时器2的介绍323.6 电平变化中断的介绍33结论35参考文献36附录37致谢441 绪论1.1 电阻焊的介绍1.1.1 电阻焊定义电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形
7、成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊、对焊。点焊时，工件只在有限的接触面上，即所谓“点”上被焊接起来，并形成扁球形的熔核。点焊又可分为单点焊和多点焊。多点焊时,使用两对以上的电极，在同一工序内形成多个熔核。凸焊是点焊的一种变型。在一个工件上有预制的凸点。凸焊时，一次可在接头处形成一个或多个熔核。1.1.2 电阻焊优点（1）熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。（2）加热时间短、热量集中。故热影响区小，变形与应力也小，通常在焊后不必安排校正和热处理工序。（3）不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、乙炔、氦等焊接材料，焊接成本低。（4）操作简单，易
8、于实现机械化和自动化，改善了劳动条件。（5）生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔离。1.1.3 电阻焊缺点（1）目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。（2）点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量，且因在两板之间的熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度均降低。（3）设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设备成本较高，维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的工常运行。随着航空航天、电子、汽车、家用电器等工业的发展，电阻焊越来越受到社会的重
9、视，同时，对电阻焊的质量也提出了更高的要求。可喜的是，我国微电子技术的发展和大功率可控硅、整流器的开发，给电阻焊技术的提高提供了条件。目前我国已生产了性能优良的次级整流焊机由集成元件和微型计算机制造的控制箱已用于新焊机的配套和老焊机的改造。恒流、动态电阻，热膨胀等先进的闭环监控技术已开始在生产中推广应用。这一切都将有利于提高电阻焊质量，并扩大其应用领域。1.2 电阻焊基本原理1.2.1 焊接热的产生及影响产热的因素点焊时产生的热量由下式决定：Q =I2Rt（J） （1-1）式中 Q产生的热量（J）I焊接电流（A）R电极间电阻（）t焊接时间（s）1.2.2 电阻R及影响R的因素式（1-1）中的电
10、极间电阻包括工件本身电阻Rw两工件间接触电阻Rc。电极与工件间接触电阻Rew。R2Rw+Rc+2Rew （1-2）当工件和电极已定时，工件的电阻取决于它的电阻率。由此，电阻率是被焊材料的重要性能指标。电阻率高的金属其导热性差（如不锈钢），电阻率低的金属其导热性好（如铝合金）。因此，点焊不锈钢时产热快而散热慢，点焊铝合金时产热慢而散热快。点焊时，前者可以用较小电流（几千安培），后者就必须用很大电流（几万安培）。电阻率不仅取决于金属种类，还与金属的热处理状态和加工方式有关。通常金属中含合金元素越多，电阻率就越高。淬火状态又比退火状态的高。例如退火状态的LY12 铝合金电阻率为4.3cm，淬火时效的
11、则高达7.3cm。金属经冷作加工后，其电阻率也增高。各种金属的电阻率还与温度有关，随着温度的升高电阻率增高，并且金属熔化时的电阻率比熔化前高12倍。随着温度升高，除电阻率增高使工件电阻增高外。同时金属的压溃强度降低，使工件与工件、工件与电极间的接触面增大，因而引起工件电阻减小。点焊低碳钢时。在两种矛盾着的因素影响下，加热开始时工件电阻逐渐增高。熔核形成时又逐渐降低。这一现象，给当前已开始应用于生产的动态电阻监控提供了依据。电极压力变化将改变工件与工件、工件与电极间的接触面积，从而也将影响电流线的分布。随着电极压力的增大，电流线的分布将较分散，因而工件电阻将减小。熔核开始形成时，由于熔化区的电阻
12、增大，将迫使更大部分电流从其周围的压接区（塑性焊接环）流过。使该区再陆续熔化，熔核不断扩展，但熔核直径受电极端面直径的制约，一般不超过电极端面直径的20%，熔核过分扩展，将使塑性焊接环因失压而难以形成，而导致熔化金属的溅出（飞溅）。式（1-2）中的接触电阻Rc由两方面原因形成：（1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物层，使电流受到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物层甚至会使电流不能导通。（2）在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。在接触点处形成电流线的收拢，由于电流通道的缩小而增加了接触处的电阻。电极压力增大时，粗糙表面的凸点将被压溃。凸点的接触面
13、增大，数量增多，表面上的氧化膜也更易被挤破。温度升高时，金属的压溃强度降低（低碳钢600时，铝合金350时，压溃强度趋于0），即使电极压力不变，也会有凸点接触面增大、数量增多的结果。可见，接触电阻将随电极压力的增大和温度的升高而显著减小。因此，当表面清理十分洁净时，接触电阻仅在通电开始极短的时间内存在，随后就会迅速减小以至消失。接触电阻尽管存在的时间极短，但在以很短的加热时间点焊铝合金薄件时，对熔核的形成和焊点强度的稳定性仍有非常显著的影响。Rew与Rc相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此Rew比Rc更小，对熔核形成的影响也更小。1.2.3 焊接电流的影响从公式（1-1）可见，电流
14、对产热的影响比电阻和时间两者都大。因之，在点焊过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因回路的几何形状变化或因在次级回路中引入了不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。图1-1 焊接电流Iw对焊点抗剪强度F的影响除焊接电流总量外，电流密度也对加热有显著影响。通过已焊成焊点的分流，以及增大电极接触面积或凸焊时的凸点尺寸，都会降低电流密度和焊接热，从而使接头强度显著下降。随着电流的增大，熔核尺寸和接头的抗剪强度将增大（如图1-1）。图中曲线的陡峭段AB，相当于未熔化焊接，倾斜段BC，相当于熔化焊接。接近C点处，抗剪强度增加缓慢，说明电流的变化对抗剪强度影响小。因此，点焊时应选用接近C点的电流。越过C点后，由于飞溅或工件表面压痕过深，抗剪强度会明显降低。最近几年已逐渐应用于生产的恒流闭环监控技术，能有效地克服网压波动和次级回路阻抗变化的影响，分流影响也能以计算机自动调整相邻各点的焊接电流来解决，使焊点强度的稳定性有较可靠的保证。1.2.4 焊接时间的影响为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以互为补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称强规范），也可以采用小电流和长时
