华南理工大学学报(自然科学版)第38卷第5期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVo.l38�No.52010年5月(NaturalScienceEdition)May�2010文章编号:1000-565X(2010)05-0095-05��收稿日期:2009-06-23*基金项目:国家自然科学基金资助项目(50875088);广东省科技攻关项目(2008B010400006);广州市番禺区科技攻关项目(2009-Z-15-1)�作者简介:薛家祥(1962-),男,教授、博士生导师,主要从事弧焊过程小波分析及新型弧焊逆变器研究.E-mai:lmejiaxue@scut.edu.cn基于ARM的多功能数字化逆变电源*薛家祥�蒙万俊�熊丹枫�高理文�姚屏(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640)摘�要:针对不同焊接方式的不同控制方法,设计了基于先进精简指令集处理器(ARM)控制的多功能数字化逆变电源.利用基于ARM和复杂可编程逻辑器件的人机交互系统,通过软件设计,在一台电源上实现了CO2气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊、手工焊条焊等多种焊接方式的转换与选择.采用小波分析仪采集焊接过程的电流电压信号,考察了多功能数字化逆变电源的工艺性能,结果表明所设计的电源可满足各种焊接工艺要求,实现了数字化逆变电源的多功能化,提高了数字化逆变电源的实用性.关键词:先进精简指令集处理器;多功能;数字化逆变电源;人机交互系统中图分类号:TG434����do:i10.3969/.jissn.1000-565X.2010.05.019��数字化逆变电源具有稳定、灵活、精确、可靠、快速的优点[1].多功能数字化逆变电源容易实现自动化,生产效率高,可以全位置焊接,节能效果好,比一般电源更能适合制造业发展的需要.数字化逆变电源对时间要求比较苛刻,系统必须在规定的有限时间内对每一个异步事件做出响应,否则难以达到预期的焊接效果.在嵌入式控制领域,ARM(AdvancedRISCMachines)微处理器因其有高性能、低成本、低功耗的优势而得到广泛应用[2-4].文中研制了基于LM3S818芯片的ARM+ARM/复杂可编程逻辑器件(CPLD)的多功能数字化逆变电源,并对其进行全面测试,通过软件设计在一台逆变电源上同时实现脉冲惰性气体保护金属极电弧(MIG)焊、CO2气体保护焊、手工焊条焊等多种焊接方式,并实现了参数的全数字化输入.1�数字化控制系统设计LM3S818采用ARM的最新内核Cortex-M3,控制器采用了ARM可兼容Thumb�的Thumb-2指令集来提高代码密度,降低内存的需求量,用8或16位的成本获得了32位的性能.LM3S818最高主频可达50MHz,可以满足精细控制和高速运算的要求.片上集成了大量外设:6路采样率高达106/s的10b模数转换(A/D)模块,由脉冲宽度调制(PWM)直接触发;3对6路16b带死区控制的PWM,可由错误检测引脚直接关闭,无需中断程序处理.由此使得LM3S818具有良好的集成度,较低的成本和较低的能耗.数字化逆变电源系统如图1所示,由人机交互系统选择的焊接方式与丝径等各类焊接参数,通过通用异步接收/发送(UART)串行总线通信将数据传输到主控板上的ARM中.主控芯片根据所选择的方式与参数选择相应的焊接程序,并根据焊枪开关信号进行焊接开始与结束的处理,采集的焊接电流与焊接电压信号经滤波、运算后送入ARM自带的10位A/D模块中进行A/D转换,与给定参数进行比较,得到控制量.LM3S818根据控制量调节输出的四路PWM信号,经由驱动电路隔离放大,驱动主电路中绝缘栅门极晶体管的开通和关断,调节主电路的输出,同时控制送丝电机的驱动和气阀开关.焊接过程中控制系统通过UART串行总线与人机交互系统通信,发送焊接状态指令.人机交互系统直接对焊接电流及电压进行采样并显示实际的焊接电流与电压,从而减轻控制系统的工作负荷.图1�数字化逆变电源系统框图Fig.1�Blockdiagramofdigitalinverterpowersupplysystem2�人机交互系统数字化的实现,还需要实现参数的数字化输入[5].传统焊机的参数输入采用电位器实现,还需A/D转换,参数准确性不高,且可重复性差.本研究设计了以LM3S818和EPM240T100CPLD为控制核心的数字化人机交互系统.LM3S818用于接收焊接控制系统发送的命令,处理键盘与编码器的操作,负责参数的选择与输入,并对焊接状态参数进行采样处理.对EPM240T100CPLD进行编程处理,使其负责管理数码管和指示灯.LM3S818与CPLD之间通过串行同步接口(SPI)单方向通信,由ARM向CPLD发送显示指令,CPLD...
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