數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統的製作方法

2023-10-17 02:36:49 2

專利名稱：數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及觸控螢幕人機界面技術領域，尤其涉及數位化弧焊電源的觸控螢幕人 機界面系統。
技術背景隨著焊接工藝的發展，尤其是鋁合金焊接、雙絲脈衝MIG/MAG焊、電弧釺焊、低能 量弧焊、等離子焊接等工藝的出現和不斷發展，弧焊電源所面臨的能量控制、送絲控制等問 題正在向精確化的方向發展，同時又要面臨更高的系統穩定問題，焊接電源控制的複雜化 是無法迴避的。另外，焊接電源工作環境惡劣、負載變化劇烈，而且焊接電源不僅是焊接工 藝的能量供給單元，它還承擔著對焊接工藝過程進行檢測、判斷、控制的功能，直接決定焊 接質量。因此，數位化弧焊電源的發展是必然且不可逆轉的。在國外，以奧地利FR0NIUS、德國CL00S、日本OTC為代表的國際上知名的焊接設備 公司，都已經開發出了一系列帶有專家資料庫的數位化焊機系統，這些數位化焊機系統的 售價昂貴，其關鍵技術之一是實現數位化人機界面。目前，國內的數位化焊機正處於研發階 段，主要有唐山松下、山西星雲、北京時代、山大奧太等公司在開發，部分推出數位化焊機產 品。不管國內還是國外，現有的數位化焊機產品的人機界面大多採用數碼管和按鍵的方式， 即其焊接電源的參數輸入和顯示大多數是採用數碼管、LED燈和按鍵來實現的，部分產品採 用單色的液晶屏配合按鍵操作方式。對這些輸入、輸出設備進行控制需要大量的I/O引腳， 這就導致面板的界面較複雜和體積較龐大，同時，在不同機型之間的可移植性不高、兼容性 差。另外，數碼管方式顯示的信息量有限，而單色液晶屏的顯示亮度不夠，難以滿足焊接場 合強烈的環境光和弧光幹擾下的使用要求。因此，為客戶提供一套更加友好和強大的人機 界面系統，將成為數位化電源領域發展的必然趨勢。觸控螢幕技術作為各應用領域裡較為友好和強大的人機互動技術，勢必會隨著數字 化電源領域的發展而應用於數位化弧焊電源的人機界面系統。然而，現有的觸控螢幕校正方 法如三點校正法、四點校正法、五點校正法等，均無法很好地滿足數位化弧焊電源的人機界 面系統對於校正速度快、定位準確和算法簡單的要求
實用新型內容
本實用新型的目的在於針對現有技術的不足，提供一種數位化弧焊電源的觸控螢幕 人機界面系統，其面板的界面較簡單，體積較小，在不同機型之間的可移植性高、兼容性好， 顯示信息量大，顯示亮度足夠，且更加友好和強大。為實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，它包括觸控螢幕人機界面模塊、主控晶片 和串口電路，所述主控晶片設有GPIO接口、IXD控制器和ADC模數轉換器，所述觸控螢幕人 機界面模塊包括配合使用的電阻式觸控螢幕和LCD顯示屏，電阻式觸控螢幕設有觸控螢幕檢測裝 置；所述主控晶片的GPIO接口通過串口電路連接有焊接電源主電路，主控晶片的IXD控制器連接LCD顯示屏，主控晶片的ADC模數轉換器連接電阻式觸控螢幕的觸控螢幕檢測裝置。其中，所述電阻式觸控螢幕為四線電阻式觸控螢幕。其中，該觸控螢幕人機界面系統還包括USB接口電路，所述主控晶片設有USB模塊， 主控晶片的USB模塊連接所述USB接口電路。其中，該觸控螢幕人機界面系統還包括蜂鳴器，所述主控晶片設有PWM驅動模塊，主 控晶片的PWM驅動模塊連接所述蜂鳴器。其中，該觸控螢幕人機界面系統還包括SD卡接口電路，所述主控晶片的GPIO接口連 接所述SD卡接口電路。其中，所述主控晶片設有100M乙太網埠。其中，所述焊接電源主電路包括DSP處理器TMS320F2808，所述主控晶片的GPIO接 口通過串口電路連接DSP處理器TMS320F2808。其中，所述主控晶片的型號為ARM9-S3C2440。本實用新型有益效果為本實用新型所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，包括觸控螢幕人機界面 模塊、主控晶片和串口電路，主控晶片設有GPIO接口、IXD控制器和ADC模數轉換器，觸摸 屏人機界面模塊包括配合使用的電阻式觸控螢幕和LCD顯示屏，電阻式觸控螢幕設有觸控螢幕檢 測裝置；主控晶片的GPIO接口通過串口電路連接有焊接電源主電路，主控晶片的IXD控制 器連接LCD顯示屏，主控晶片的ADC模數轉換器連接電阻式觸控螢幕的觸控螢幕檢測裝置。該 數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統在工作時應用上述的觸控螢幕校正方法，快速地完成 校正，準確地反映點觸操作。通過電阻式觸控螢幕的操作界面，可以方便地控制焊機的運作 方式，並能隨時地通過LCD顯示屏觀察到當前的運行狀態，同時面板的結構較簡單，體積較 小，在不同機型之間的可移植性高、兼容性好，顯示信息量大，顯示亮度足夠，且更加友好和 強大。

圖1為本實用新型採用最小二乘法的校正圖；圖2為本實用新型的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統的原理框圖；圖3為本實用新型的四線電阻式觸控螢幕的原理圖；圖4為本實用新型的四線電阻式觸控螢幕在兩層相接觸時的示意圖；圖5-1為本實用新型的主控晶片為ARM9-S3C2440的電路圖其中一部分；圖5-2為本實用新型的主控晶片為ARM9-S3C2440的電路圖另一部分；圖6為本實用新型的串口電路的電路原理圖；圖7-1為本實用新型的100M乙太網埠的電路原理圖其中一部分；圖7-2為本實用新型的100M乙太網埠的電路原理圖另一部分；圖8為本實用新型的工作過程人機互動軟體流程圖；圖9為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的操作主界面及參數設置界面示意圖；圖10為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的焊接方法選擇界面示意圖；圖11為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的焊接材料選擇界面示意圖；圖12為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的焊絲直徑選擇界面示意圖；[0031]圖13為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的焊接模式選擇界面示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明如圖1至圖13所示，數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，它包括觸控螢幕人機 界面模塊2、主控晶片1和串口電路3，所述主控晶片1設有GPIO接口 10 (General-Purpose IO ports,也就是通用IO 口)、IXD控制器15和ADC模數轉換器14，所述觸控螢幕人機界面 模塊2包括配合使用的電阻式觸控螢幕21和LCD顯示屏20，電阻式觸控螢幕21設有觸控螢幕檢 測裝置22 ；所述主控晶片1的GPIO接口 10通過串口電路3連接有焊接電源主電路4，主控 晶片1的IXD控制器15連接IXD顯示屏20，主控晶片1的ADC模數轉換器14連接電阻式 觸控螢幕21的觸控螢幕檢測裝置22。其中，所述主控晶片1的型號為ARM9-S3C2440，所述電阻 式觸控螢幕21為四線電阻式觸控螢幕，所述焊接電源主電路4包括DSP處理器TMS320F2808，所 述主控晶片1的GPIO接口 10通過串口電路3連接DSP處理器TMS320F2808。電阻式觸摸 屏21和IXD顯示屏20為7英寸液晶屏，這種人機界面系統可以直觀詳細地顯示各種故障 fn息ο進一步的，該觸控螢幕人機界面系統還包括USB接口電路7，所述主控晶片1設有 USB模塊12，主控晶片1的USB模塊12連接所述USB接口電路7。進一步的，該觸控螢幕人機 界面系統還包括蜂鳴器5，所述主控晶片1設有PWM驅動模塊11，主控晶片1的PWM驅動模 塊11連接所述蜂鳴器5。進一步的，該觸控螢幕人機界面系統還包括SD卡接口電路6，所述 主控晶片1的GPIO接口 10連接所述SD卡接口電路6。如圖2所示，觸控螢幕人機界面模塊2包括配合使用的電阻式觸控螢幕21和IXD顯示 屏20，電阻式觸控螢幕21安裝在LCD顯示屏20的前端，電阻式觸控螢幕21設有觸控螢幕檢測裝 置22。當對電阻式觸控螢幕21進行點觸操作時，在屏幕表面產生壓力，從而使電阻式觸控螢幕 21兩導電層接通，一旦觸控螢幕檢測裝置22監測到用戶的觸摸位置，就將獲得的位置信息送 入ARM9-S3C2440內置的8路10位ADC模數轉換器14，並對這些信號進行處理，將電壓信號 轉換成數位訊號，同時以中斷的方式送至的ARM9-S3C2440，計算出觸點坐標。等待一段時間 後，調用獲取觸控螢幕位置的函數，這個函數的功能是，首先從內置ADC模數轉換器14 一個通 道獲得χ軸的坐標值，然後再從另一個通道獲得y軸的坐標值，判斷返回觸摸點坐標值是否 在有效範圍內，如果在有效範圍內，則以中斷方式送至ARM9-S3C2440，從而控制IXD顯示屏 20顯示。當發生故障時，除了 IXD顯示屏20顯示故障信號外，還會通過控制PWM驅動模塊 11驅動的蜂鳴器5發出不同頻率和音量的警報，從而對不同的故障作出反應。同時，SD卡 接口電路6連接的SD卡可實時記錄下各種操作和運行信息，以便操作者及時排查產生故障 的原因。另外，該系統提供的USB接口電路7，其USB接口可供操作人員隨時隨地更改或升 級程序。如圖3所示為本實用新型的電阻式觸控螢幕21為四線電阻式觸控螢幕的原理圖，圖 中x+、y+、x-、y-表示四線電阻式觸控螢幕的四根線。四線電阻式觸控螢幕包含兩個阻性層，其 中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直總線，另一層在屏幕的底部和頂部各有一條水平總 線。為了在χ軸方向進行測量，將左側總線偏置為0V，右側總線偏置為VREF。將頂部或底 部總線連接到ADC模數轉換器14，當頂層和底層相接觸時即可作一次測量。為了在y軸方向進行測量，將頂部總線偏置為VREF，底部總線偏置為0V。將ADC模數轉換器14輸入端接 左側總線或右側總線，當頂層與底層相接觸時即可對電壓進行測量。對於四線電阻式觸摸 屏，最理想的連接方法是將偏置為VREF的總線接ADC模數轉換器14的正參考輸入端，並將 設置為OV的總線接ADC模數轉換器14的負參考輸入端。圖4所示為四線電阻式觸控螢幕在 兩層相接觸時的簡化模型，圖中包括觸筆8，柔軟塑料片91、金屬塗層90、絕緣支點93和玻 璃罩92。如圖5-1、圖5-2和圖6所示，表示了本實用新型所述數位化弧焊電源的觸控螢幕人 機界面系統的驅動電路結構。該電路的主控晶片1為ARM9-S3C2440，它是三星公司推出的 一款功能強大，功耗極低的ARM9嵌入式CPU，採用3. 3V供電，通過串口電路3實現與焊接電 源主電路4的DSP處理器TMS320F2808的通訊。通過串口電路3的通訊，主控晶片1可與 數位化焊機的主控制板的焊接電源主電路4進行參數的傳遞，主要包括焊接初始化參數和 狀態信息，以及故障報警信息。焊接動態過程的電流和電壓信息，因為數據量大，則直接由 電流電壓採樣電路在送給主控制板同時，也送到主控晶片1中，經ADC模數轉換器14轉換 後顯示出來。上述數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統的驅動電路還帶有100M DM9000網卡 的100M乙太網埠 13，可實現多臺數位化焊機的聯網操作，形成自動化焊接生產線，如圖 7-1和圖7-2所示為100M乙太網埠 13的電路原理。通過擴展網絡接口的模式，可實現多 臺數位化焊接電源的互聯，從而構成自動化焊接生產線。通過乙太網，可實時對焊接過程的 各種信息進行收集、處理、反饋，並通過計算機或其他控制裝置，對生產線進行控制。在以太 網的基礎上，數位化焊接電源可與上位PC機相聯，傳遞過程的狀態信息，用於生產過程的 管理。如圖8至圖13所示，本實用新型所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統， 其控制軟體模塊包括多功能數位化焊機的專家控制系統，焊接專家系統可以存儲多種焊接 方法、不同焊接材料和不同工藝參數下的最佳焊接工藝方案，充分發揮數位化焊機操作簡 便的優勢。在電阻式觸控螢幕21和LCD顯示屏20上採用圖文形式實現焊接過程的參數設置， 焊接方法、焊接模式、焊接直徑和焊接材料的選擇，使得焊接過程的操控簡單直觀。其中，如圖8所示為本實用新型的工作過程人機互動軟體流程圖，開機之後基於 ARM9-S3C2440的控制面板首先進行自身的I/O 口、中斷、串口電路3和IXD顯示屏20的初 始化，然後基於ARM9-S3C2440的人機互動系統進入工作狀態，等待DSP處理器TMS320F2808 先向基於ARM9-S3C2440的人機互動系統發送焊接開始信號，並接收穫取焊接參數，開 始引弧，引弧成功後進入正常焊接過程，判斷並選擇焊接方式。若為脈衝焊，DSP處理器 TMS320F2808控制第一焊接電源主電輸出峰值電流，同時第二焊接電源主電路4輸出基值 電流，當第一焊接電源主電路4輸出峰值電流結束進入基值電流輸出狀態時，第二焊接電 源主電路4進入峰值電流輸出狀態，如此循環反覆，保證兩電源脈衝輸出相位相差180° ； 若為埋弧焊，則DSP處理器TMS320F2808對兩個閉環分別進行恆流控制 』若為CO2焊，則DSP 處理器TMS320F2808對兩個閉環分別進行恆壓控制。焊接結束時，同時進入收弧控制程序。 收弧結束後，向基於ARM9-S3C2440的人機互動系統發送焊接結束信號，控制系統回到等待 下一次焊接的狀態。其中，如圖9所示，為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的操作主界面及參數設置界面示意圖；在數位化電源開機初始化後，系統進入主操作界面，在主界面的右側包括以 下子菜單焊接參數、焊接方法、焊絲直徑、焊接材料、焊接模式，點取屏幕上各菜單相應的 區域後，即進入各子菜單，可進行下一步驟的操作。在主界面的左側是單選按鈕，包括異 常、檢氣、保存、鎖定、調用、單絲/雙絲，點取上述按鈕區域即可進行焊接工藝動作操作和 焊接參數存取。在主界面的中間區域是焊接電流和電壓顯示區域，對於單絲焊，右邊的窗口 顯示電流，左邊的窗口顯示電壓；對於雙絲焊左右兩邊的窗口通過切換可以分別顯示電流 和電壓。其中，如圖10所示，為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的焊接方法選擇界面示 意圖。點選「焊接方法」子菜單，即可進入焊接方法的選擇界面。在該子菜單中，可選擇「雙 脈衝」焊，用於鋁鎂等輕質合金材料的焊接；選擇「脈衝MIG」焊，可以進行碳素鋼、合金鋼和 不鏽鋼的焊接；選擇「C02/MAG」焊，可焊接普通鋼材；選擇「埋弧焊」，可實現埋弧自動焊工 藝。其中，如圖11所示，為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的焊接材料選擇界面示 意圖。在該子菜單下，可選擇常見的幾種焊接材料，包括碳鋼、合金鋼、鋁合金和特殊材料。 根據所選定的焊接材料，調用相應的焊接工藝資料庫，使其焊接質量達到最佳狀態。其中，如圖12所示，為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的焊絲直徑選擇界面示 意圖。在該子菜單下，可以進行焊絲直徑的選擇。對於氣保焊工藝，可以選擇的焊絲直徑 包括0. 8mm、1. 0mm、1. 2mm、1. 6mm、2. 0mm，對於埋弧焊工藝可以選擇2. 0mm、2. 4mm、3. 2mm、 4.0mm。對於雙絲焊，焊接直徑的匹配選擇。其中，如圖13所示，為本實用新型的觸控螢幕人機界面系統的焊接模式選擇界面示 意圖。焊接模式選擇。在該子菜單下，可以選擇兩步、四步、點焊和特殊焊接四種操作模式。 其中兩步操作適合短焊縫的焊接，按下焊槍開關時，開始焊接，鬆開焊槍開關停止焊接；四 步操作具有自鎖功能，當第一次按下焊槍開關開始焊接，鬆開焊槍開關後，繼續保持焊接； 第二次按下焊槍開關後，進入收弧階段，再鬆開焊槍開關即停止焊接。本實用新型所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，在觸摸定位控制中， 採取二次線性擬合的觸控螢幕校正方法，實現了觸控螢幕點位操作的準確定位。其所實施的觸 摸屏校正方法包括以下步驟步驟A，系統主程序運行前，沿電阻式觸控螢幕21對角線依次進行η次點觸操作進行 採樣；主控晶片1通過串口電路3反饋獲取η組觸控螢幕採樣坐標值(Xdatai，Ydatai)，其 中，Xdatai表示第i次點觸操作時對應的電阻式觸控螢幕21的χ軸採樣坐標值，Ydatai表示 第i次點觸操作時對應的電阻式觸控螢幕21的y軸採樣坐標值，i = 1,2……η ；主控晶片1根據η組觸控螢幕採樣坐標值(Xdatai, ydata,)映射出η組顯示屏採樣 坐標值(Xi, Yi)，其中，Xi表示第i次點觸操作時根據Xdatai映射出的IXD顯示屏20的χ軸 採樣坐標值，Yi表示第i次點觸操作時根據ydatai映射出的IXD顯示屏20的y軸採樣坐 標值，i = 1,2……η ；步驟B，設定採樣擬合方程式，採用最小二乘法完成對採樣擬合方程式的線性擬 合，求取擬合參數，具體如下步驟Bi，設定IXD顯示屏20的χ軸採樣坐標值Xi的採樣擬合方程式，以及IXD顯
7示屏20的y軸採樣坐標值yi的採樣擬合方程式Xi* = aXxdataj+b,Yi* = cXydata^d,其中，Xi*表示IXD顯示屏20的χ軸採樣坐標值Xi的採樣擬合值，Yi*表示IXD顯 示屏20的y軸採樣坐標值yi的採樣擬合值，a、b、c、d為擬合參數；步驟B2，根據最小二乘法原理，獲取Xi 與 的殘差值 exi，exi = x-x；,使殘差值exi的平方和Q為最小，即使
權利要求數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，其特徵在於它包括觸控螢幕人機界面模塊、主控晶片和串口電路，所述主控晶片設有GPIO接口、LCD控制器和ADC模數轉換器，所述觸控螢幕人機界面模塊包括配合使用的電阻式觸控螢幕和LCD顯示屏，電阻式觸控螢幕設有觸控螢幕檢測裝置；所述主控晶片的GPIO接口通過串口電路連接有焊接電源主電路，主控晶片的LCD控制器連接LCD顯示屏，主控晶片的ADC模數轉換器連接電阻式觸控螢幕的觸控螢幕檢測裝置。
2.根據權利要求1所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，其特徵在於所述 電阻式觸控螢幕為四線電阻式觸控螢幕。
3.根據權利要求1所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，其特徵在於該觸 摸屏人機界面系統還包括USB接口電路，所述主控晶片設有USB模塊，主控晶片的USB模塊 連接所述USB接口電路。
4.根據權利要求1所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，其特徵在於該觸 摸屏人機界面系統還包括蜂鳴器，所述主控晶片設有PWM驅動模塊，主控晶片的PWM驅動模 塊連接所述蜂鳴器。
5.根據權利要求1所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，其特徵在於該觸 摸屏人機界面系統還包括SD卡接口電路，所述主控晶片的GPIO接口連接所述SD卡接口電路。
6.根據權利要求1所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，其特徵在於所述 主控晶片設有100M乙太網埠。
7.根據權利要求1所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，其特徵在於所述 焊接電源主電路包括DSP處理器TMS320F2808，所述主控晶片的GPIO接口通過串口電路連 接 DSP 處理器 TMS320F2808。
8.根據權利要求1至7任一項所述的數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，其特徵 在於所述主控晶片的型號為ARM9-S3C2440。
專利摘要本實用新型涉及觸控螢幕人機界面技術領域，尤其涉及數位化弧焊電源的觸控螢幕人機界面系統，包括觸控螢幕人機界面模塊、主控晶片和串口電路，所述主控晶片設有GPIO接口、LCD控制器和ADC模數轉換器，所述觸控螢幕人機界面模塊包括配合使用的電阻式觸控螢幕和LCD顯示屏，電阻式觸控螢幕設有觸控螢幕檢測裝置；所述主控晶片的GPIO接口通過串口電路連接有焊接電源主電路，主控晶片的LCD控制器連接LCD顯示屏，主控晶片的ADC模數轉換器連接電阻式觸控螢幕的觸控螢幕檢測裝置。本實用新型的面板的界面較簡單，體積較小，在不同機型之間的可移植性高、兼容性好，顯示信息量大，顯示亮度足夠，且更加友好和強大。
文檔編號G06F3/045GK201749450SQ20102027567
公開日2011年2月16日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者薛家祥 申請人:薛家祥