《毕业设计（论文）搅拌摩擦头测温装置硬件部分设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）搅拌摩擦头测温装置硬件部分设计（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、江苏科技大学本 科 毕 业 设 计（论文）学 院 材料科学与工程 专 业 焊接技术与工程 学生姓名 班级学号 指导教师 二零一零年六月江苏科技大学本科毕业论文搅拌摩擦头测温装置硬件部分设计 Hardware design of friction stir welding pintemperature measurement device江苏科技大学本科毕业设计(论文)摘 要搅拌头是实现搅拌摩擦焊的关键和核心技术之一，被誉为搅拌摩擦焊的“心脏”。搅拌头用以提供搅拌摩擦焊接过程中所需的热量，是热塑性材料与周围材料实现扩散连接的工具，因此对其温度场实施检测具有重要意义。本文采用典型的ATMEGA12
2、8单片机作为微处理器，对工作时高速旋转的搅拌头设计了一款简单、实用的无线测温装置。该装置由温度的采集处理和串行口通信两大部分构成，其中温度采集是通过K型热电偶和热电偶数字转换器芯片MAX6675实现的；无线数据传输系统主要由3模块组成，即无线收发模块、处理器模块和与计算机的串口通信模块。无线收发模块负责对外进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；处理器模块负责控制整个系统的处理操作和系统传输模式设置；串口通信是将所采集的温度通过RS-232串行口传给PC机，由PC完成对温度数据的各种统计、分析等后续处理。为了提高系统的抗干扰能力，在无线模块CC1000处还增加了抗干扰硬件及软件的设计。实验证
3、明，该无线测温装置具有体积小、结构简单、通用性好、使用方便等特点。关键词:搅拌摩擦焊；搅拌头；温度场；ATMEGA128；CC1000AbstractThe head of stirs is the key to realize the friction stir welding technology is one of the core and the friction stir welding, known as the heart. The head of stirs to provide the friction stir welding process is needed, the
4、heat with the surrounding material thermoplastic materials diffusion bonding of tools, so the temperature field test of great significance.Using typical ATMEGA128 single-chip processor is proposed to work as a microprocessor, high-speed mixing head when designing a simple and practical temperature m
5、easurement device wireless. The device by temperature of the acquisition and processing and serial communication, including two most temperature gathering is through K thermocouple and thermocouple type to digital converter chip MAX6675 realization, Wireless data transmission system mainly consists
6、of three modules, namely the wireless transceiver module, the processor module and computer serial communication module. Wireless transceiver module is responsible for foreign exchange control for wireless communication, information and data transceiver, Processor module is responsible for control o
7、f the system operation system and transmission mode Settings, Serial communication will be collected by the temperature RS-232 serial transmission to PC, complete by the PC for temperature data of various statistics, analysis and subsequent processing. In order to improve the system of anti-jamming
8、and CC1000 module in wireless also increases the anti-interference design of hardware and software.Experiments show that the wireless temperature measurement device has the advantages of small size, simple structure, easy and convenient use, etc.Keywords:friction stir welding; head of stirs;temperat
9、ure field;ATMEGA128;CC1000目 录第一章 前言11.0 引言11.1 温度场检测方法11.2 测温方法中存在的缺点及误差分析21.2.1 热电偶21.2.2 红外测温的误差分析51.2.3 辐射测温仪的溯源体系和存在问题61.3 搅拌摩擦焊用搅拌头的研究现状81.3.1 轴肩研究现状81.3.2 搅拌针研究现状81.4 当前对搅拌头研究的趋势及需要解决的问题91.5 本论文的研究内容9第二章 系统硬件设计102.1 测温装置的硬件电路设计102.1.1 MAX6675102.1.2 K型热电偶122.1.3 无线模块CC1000152.1.4 处理器模块ATMEGA12
10、8202.1.5 串行通信接口模块RS-232222.2 测温控制电路232.3 软件设计232.4 结语26第三章 PCB板的制作273.1 原理图设计及其流程273.2 PCB板设计及其流程283.3 设计中常见问题的解决方法和实用技巧30结 语33致 谢34参考文献35I第一章 前言1.0 引言搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型的固态塑化连接方法，与传统熔化焊相比，它具有接头晶粒细小、性能良好、无飞溅、无烟尘、内应力小、变形小等许多优点1。从1991年问世至今，已引起人们的极大关注，且在航空、航天、车辆及造船等行得到应用。目前关于FSW的研究主要是针对铝合金及其他金属材料的焊接工艺、微观组织
11、，以及焊接工具和设备的开发，对其机理如温度场和塑性流体流动的研究正逐步成为一个热点2。搅拌头是搅拌摩擦焊的关键，最优搅拌头是搅拌摩擦焊获得高质量接头的前提。搅拌头主要由轴肩和搅拌针两部分构成，其几何形貌和尺寸不仅决定着焊接过程的热输入方式，还影响焊接过程中搅拌头附近塑性软化材料的流动形式，对于给定板厚的材料来说，焊接质量和效率主要取决于搅拌头的形貌和几何设计。因而设计合理的搅拌头是提高焊接质量、获得高性能接头的前提和关键。对国内焊接行业来说，搅拌摩擦焊技术仍属于一种崭新的技术，对搅拌头这种核心技术的研究尚不够深入。本文对搅拌头的温度场检测进行了系统的研究和设计，为搅拌摩擦焊技术在中国的应用和发
12、展提供有价值的参考。1.1 温度场检测方法测温方法很多，仅从测量体与被测介质接触与否来分，有接触式测温与非接触式测温两大类。接触式测温是基于热平衡原理，测温敏感元件必须与被测介质接触，使两者处于同一热平衡状态，具有同一温度，如水银温度计，热电偶温度计等就是利用此法测量。非接触式测温是利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测介质接触，而是通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度，如辐射温度计，光纤温度计等。接触式测温简单、可靠，且测量精度高。但是由于测温元件需与被测介质接触后进行的热交换，才能达到热平衡，因而产生了滞后现象。另外，由于受到耐高温材料的限制，接触式测量不能应用于很高温度的测量。非接触
13、式测温，由于测温元件不与被测介质接触，因而其测温范围很广，其测温上限原则上不受限制;测温速度也较快，而且可以对运动体进行测量。但是，它受到物体的发射率，被测对象到仪表之间的距离，烟尘和水汽等其它介质的影响，一般测温误差较大，目前使用较广的是接触式测温。下面几种热电偶、测温电阻、谐振型NOR温度计、全辐射高温计、光纤温度传感器、红外测温、为现代常用温度测量方法。1.2 测温方法中存在的缺点及误差分析1.2.1 热电偶(1) 热电偶的参比端处理如前所述，热电偶的热电势大小与热电极材料和两结点的温度有关，热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度仪表都是以热电偶的冷端温度等于零(0)，但在实际测量中，很难
14、保证冷端温度恒定为0，所以必须进行冷端温度补偿与修正。传统方法有如下几种： 0恒温法、导线补偿法、热电势修正法、电位补偿法、电桥补偿法。近年来，利用集成温度传感器对冷端温度进行补偿取得进展，由于电位补偿法和电桥补偿法都对电阻要求较高，尤其在多路温度测量中不易调试，因而随着芯片技术的发展，出现了用集成温度传感器精密测量热偶冷端温度进行补偿的方法。从原理上讲，这种方法就是由集成温度传感器测得冷端温度，再与热电偶所测温度叠加。电路实现主要有两种形式，即：模拟信号叠加形式和数字信号叠加形式3。模拟信号叠加形式又可分为两种，如图1-1(a)、(b)所示。图1-1(a)中，补偿电势V提高了热电偶温差电势E
15、的地电位，输出端为叠加后的电动势；图1-1(b)中，补偿通过运放构成的加法器实现。比较而言，前者电路易于实现，设计巧妙，后者电路参数选配繁琐，一定程度上影响了补偿精度。+V-+V-EE(a) (b)图1-1 冷端补偿的模拟信号叠加电路下面以ADI公司的集成温度传感器AD590用作冷端补偿为例加以说明。AD590是绝对温度-电流传感器，满足I=K(T+273.2)的变换，其中I和T的单位分别是A和，K=1A/。它直接将温度转换成输出电流，且具有标准化(1A/K)的线性输出。AD590工作时，两端加上+4V+30V的电压，器件呈现为一个高阻抗(10M)的温控电流源，对激励电压变化不敏感，功耗低，用长线传输信号时不会因为电压降或感应的噪声电压而产生误差，抑制干扰的能力也很强，因此可用于较远距离的温度测量，在-55+150内优于其它温度传感器。这些特点使它极易与热电偶配合，作高精度的温度测量4。(2) 实际应用中的其它问题AD转换芯片位数的选择和信号放大倍数的确定测温范围(量程)和测温精度是进行
