猛料：STM32开发设计的超声波焊接系统

1万 · 2020-4-19 13:54

1万 · 2020-4-19 14:14

1万 · 2020-4-19 14:15

老铁以为你后面不更新了呢！！！

1万 · 2020-4-19 14:15

東南博士发表于 2020-4-19 14:15
老铁以为你后面不更新了呢！！！

来了！来了啊！

1万 · 2020-4-19 14:24

1万 · 2020-4-19 15:03

感温元件热电偶是一种把温度信号转换成热电动势信号的有源传
感器，测量时不需外加电源，测量的数据被电气仪表转换成被测介质的
温度。原理利用赛贝克效应，也就是在闭合回路中使用两种不同的均质
导电体，只要两端存在温度梯度差距时，两端存在热电动势，回路必然
有电流通过。温度较高的一端为工作端，温度较低的为自由端，自由端
一般处于某个恒定温度。
由于热电偶使用贵重金属材料制成，一般情况下测温点距离仪器较
远，常用的设计是采用补偿导线把自由端延伸到温度较稳定的区域的方
法来节省材料。但是相对应的是，延长导线会对测温产生影响，如果不
加以补正，会对结果产生比较大的影响。
MAX6675是马克西姆公司的具有冷端补偿的单片K型热电偶放大
器与数字转换器。内部具有信号调节放大器，12位模拟数字化热电偶转
换器，冷端补偿传感和校正，数字控制器，SPI兼容接口。

1万 · 2020-4-19 15:05

1万 · 2020-4-19 15:05

与其他同类产品相比，MAX6675内部配置了将热电偶信号转换为
与ADC输入通道兼容的信号调节放大器，但是仅仅使用这个设计是不
够的。T+和T-输入端需要连接到保证检测输入的高精度低噪声放大器
A1，同时热电偶本身也需要与干扰源隔离，一般常用的方法是连接一根
导线出来。通过使用多种方法有效的提高测量的精度。热电偶输出的热
电势经低噪声放大器A1，电压跟随器A2分别放大与缓冲之后，就可以
准备输入ADC进行计算。最后对热电偶的冷端温度进行补偿后，将温度
电压值转换为相等价的温度值，冷端温度即是MAX6675周围温度与0 0C
之间的差值。

1万 · 2020-4-19 15:11

1万 · 2020-4-19 15:11

220V的单相交流电需要转换成设定好功率的直流电压电流，为功
率晶体管供电，这个过程是通过全桥整流电路完成的，如果缺少了电路
滤波，交流电无法直接作用在晶体管上。通过推挽逆变器和高频变压器，
可以将直流信号转换成超声频交流信号，通过匹配网络，在换能器上形
成能驱动换能器振动的正弦波交流电流。超声电源的最重要的部件是高
频变压器，作用是电压变换，输出隔离，功率传输，与匹配电路一起完
成换能器阻抗匹配。

1万 · 2020-4-19 15:12

   (1>逆变功率开关元器件
超声波电源电路的关键部件之一就是由晶体管构成的推挽逆变器，
功能是完成换能器谐振超声频交流电的产生和调节。逆变器功率开关元
器件需要在兼顾直流的特性的基础上，与电源输出功率和频率相适应，
这是设计的基础要求之一「洲。现在常用的晶体管有BU508A，性能参数
见表4-1.
   (2)驱动与保护
功率晶体管的驱动方式是由匹配网络检测到的反馈高电压信号经
过滤波网络直接驱动「}6]。当换能器谐振时，在换能器的两端会产生1000v
的高电压，换能器端的电压被分压之后，再经过变压器祸合，然后使用
滤波网络和功率晶体进行功率放大。
同时需要设计功率开关器件的保险装置以保证功率晶体管不被过
热损坏。对功率晶体管的保护一般使用的方法是串联晶体管和继电器，
再就是使用可控硅管与变压器组成专门的保护电路，增加安全性。
   (3)自动频率跟踪系统
现在超声波焊接机电源采用较多的是电反馈式自激震荡的频率跟
踪。这种工作方式比较简单，但是很难跟踪多谐振峰值现象的最大谐振
点。而超声振动系统就具有这种特点，这让自激震荡方式的频率跟踪较
难跟踪最大谐振点「27〕。由于系统不能识别到最大的谐振点，会直接造成
谐振系统振幅减小，降低了加工的效率，更严重的后果是无法完成焊接。
所以需要采用单片机测控系统来进行数据的收集，最大谐振点位置的分
析，进而计算控制量，调节输出频率数值。

1万 · 2020-4-19 15:14

(1>检测电路
检测电路是获取电压信号的电路。目前的信号采样方法通常有两
种，声反馈和电反馈。总结两种反馈的特点可知，声反馈信号借助换能
器机械振动或者负载振动的转换取得，是一种直接方法。电反馈信号需
要通过连接信号提取装置，在电源至换能器之间的区域获得需要的信
号，是一种间接方法。
相对声反馈信号，提取电反馈信号更为简单，不需要直接接触振动
系统就能完成信号提取，但是有一定的误差。本课题采用电反馈的方法
提取信号。
现行检测高频电流电压的方法有2种，传感器法和电阻法。传感器
法对系统的损耗可以忽略不计，同时不接触超声系统，不会对系统回路
有影响，但是相对应的是会影响信号的相角，导致测量结果的误差。电
阻法相对简单，电流和电压相角不变，但不与系统隔离，会有功率损耗
发生「}8]0

1万 · 2020-4-19 15:15

1万 · 2020-4-19 15:15

1万 · 2020-4-19 15:19

为了剔除各种干扰和电路本身迭加各种频率噪声，获得纯净的取样
信号，提高系统测量的精度，为系统设计了可以改善信号波形的带通滤
波器。系统采集到的两路信号都需要经过由两个通用型集成运算放大器
LM324连接构成的带通滤波器。这个设计中最重要的两点是，二阶低通
滤波器电阻值必须远大于信号源的内阻，二阶低通滤波器电容必须远远
大于运算放大器的输入电容，使得外部影响降低到最小，能使系统正常
工作，给出尽可能贴近正确的值。
通过计算可以得到，带通增益为1，通频带上限截止频率和下限截
止频率为25.7KHz和14.SKHz，计算方法在下文给出。图4-11给出了电
压信号的滤波电路，其中左边为高通滤波器，右边为低通滤波器。

1万 · 2020-4-19 15:51

待机状态:
通电之后，焊接机进入待机状态，显示器显示对应界面。
焊接设定状态:
焊接设定焊接时间，焊接强度，对应材质，冷却时间。
焊接状态:
焊接状态下，焊接机会执行预定的焊接程序。
冷却状态:
焊接正常完成之后会开始冷却，强制停止所有功能键，冷却完毕之
后进入待机状态。
故障状态:
如果发生以下问题，如焊枪接受指令之后没有工作，选定焊接频率
时候没有按指定按键，冷却期间要求工作，人工手动中断焊接。发生以
上故障之后，立刻蜂鸣器报警3秒，然后强制进入冷却阶段。

只看该作者 · 2020-4-19 15:52

这是一个好帖子。。。最近很多人在做口罩机相关的设计。。。可谓及时雨。。

1万 · 2020-4-19 15:53

庆余年2020 发表于 2020-4-19 15:52
这是一个好帖子。。。最近很多人在做口罩机相关的设计。。。可谓及时雨。。 ...

一起探讨吧。。。现在已经跟不上了。。。除非有积累。

1万 · 2020-4-19 15:58

1万 · 2020-4-19 15:58