自动锡焊机开放式控制系统软件的开发

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随着制造业的迅速发展，焊接的自动化技术水平越来越高ll，传统的自动锡焊机采用封闭式体系结构，其控制系统专-固定的框架使得它很难与其他硬件或软件系统相结合[21。

因此，具有可扩展性、可移植性、互换性、可操作性和可配置性等优点的开放式控制系统逐步发展起来，提高了自动锡焊机的柔性和集成性 。

采用上位机运动控制器结构的开放式系统通常以高速DSP作为CPU，利用了以DSP为核心的运动控制技术，使得系统开放性好，实时性高，具有很强的运动控制能力 ，被广泛应用于制造业 自动化控制各个领域 l。

设计的自动锡焊机，如图 1所示-放式控制系统软件以上位机运动控制器为硬件基础，以5 1单片机构成的示教盒作为系统的上位机，以DSPFPGA构成的平台作为系统运动控制器。

图 1自动锡焊机产品Fig.1 Automatic Soldering Machine2系统软件总体结构自动锡焊机的主要任务是实现工件直线方向上的自动锡焊。

其工艺流程为：安装T件，根据待焊点的位置 、锡焊类型、锡焊参数等信息来稿日期：2012-05-22基金项目：国家自然科学基金(61075082)；华南理工大学中央高校基本科研业务费(2012ZZ0106)作者简介：吴玉香，(1968-)，女，湖南常德人，副教授，研究生导师，博士，主要研究方向：确定学习、神经网络第3期 吴玉香等：自动锡焊机开放式控制系统软件的开发 245进行程序的编写，保存程序，开启 自动运行实现工件的自动锡焊。

同时，系统还能够实现机器的手动运行操作以及对已保存程序的修改 。

在软件设计时，进行软件需求分析是很有必要的，系统要实现的主要功能如下：(1)开机能够进行软、硬件的初始化和自动检测，只有自动检测通过了才能进行后续的操作；(2)机器的运行速度、加速度、步进位移以及点位的锡焊参数等均可调；(3)机器运行过程中能实时监控并显示运行信息，而且能够进行报警和简单故障处理等操作181。

控制系统软件结构，如图2所示。整个控制系统软件分为上、下两个层次：上位机软件和 DSP下位机软件。上位机和 DSP控制器构成主从式控制结构，上位机的主要功能是管理人机交互界面并与下位机进行指令传输；而下层DSP运动控制器则负责运动控制中的主要的细节部分，包括位置控制、速度控制、通信控制、输入/输出信号控制等。上、下层软件之间通过RS-232串口进行通信。

图2控制系统软件结构及层次Fig.2 Control System Software Structure and Hierarchy3人机界面设计控制系统的上位机由单片机、显示屏 、键盘和控制电路等组成的示教盒构成，主要实现三种功能：程序控制、参数设置和交互输出。

(1)程序控制：接收用户的命令，实现对机器运行(暂停、继续 、急停 、回零等)的控制；(2)参数设置：包括机器的运行速度、加速度、焊点参数等的设置 ：(3)交互输出：界面显示以及系统运行状态信息的显示[91。

软件使用 C语言编程，采用拈化的编程思想，使系统具有很好的可读性 、可扩展性、可移植性和可维护性。系统软件划分为：主函数拈、界面显示拈、按键拈、通讯拈。

主函数拈的任务是对系统进行初始化，进入主循环 ，响应串口通信中断和按键定时中断。主循环实现依照界面号(不同的界面有唯-的界面号)调用相应的界面显示函数的功能。

界面显示拈实现界面的显示，包括显示格式、字符显示和光标显示的处理。

按键拈完成按键识别以及按键编码的功能。对按键信息的识别是通过行扫描法实现的，并加入了延时消抖处理r101。

4下位机软件设计下层 DSP软件是整个控制系统软件的核心部分，主要负责接收上位机发送下来的指令并进行分析，实现具体的运动控制功能和算法 ，为电机驱动器提供脉冲量和模拟量接口，同时也向上层软件实时反馈系统运行状态信息 ，使得整个系统能够正常运行。

4.1 DSP软件流程设计DSP软件程序主要划分为三部分，即主程序和两个中断程序，如图3所示。

(a)主程序 (b)定时中断程序图3 DSP软件流程图Fig.3 DSP Software Flow Chart主程序首先对系统进行初始化，然后进入-个死循环，此循环的主要任务是：接收上位机发送的指令，实现 DSP与单片机的握手，分析指令并对其进行处理，发送运动控制命令到队列，检测并更新系统状态。两个中断程序是串口中断程序和定时中断服务程序。前者主要接收上位机发送的指令并保存在 DSP缓存中以便主程序读取，后者主要是定时从队列中读取由主程序发送的运动控制指令，并通过-系列函数调用将其转换为驱动装置所能接收的脉冲量。

系统的运行模式分为手动模式和自动模式-机系统初始化为手动模式，只有在此模式下才能进行程序的编辑、修改以及保存；自动模式则实现锡焊机的自动加工运行，完成用户要求的功能。在运行过程中，系统可在手动模式和自动模式中相互切换。

42手动模式手动模式主要实现系统示教盒上的基本操作功能，包括程序的编辑、修改、保存以及机器的手动运转(包括回零、主轴正转/反转、进/出丝、刀具上升厂F降等)。

在手动模式下，输入的命令通过串口传送到下位机以后，下位机程序的处理方式是直接处理，即直接将命令下发到底层子系统，实时驱动底层硬件实现操作需要完成的功能。

4.3自动模式在自动模式下，程序的运作流程，如图 4所示。

程序对自动模式下的命令处理方式是间接处理，其运作流程为：启动自动模式，读取已保存的加工文件的数据信息，打开解 NO.3246 机械设计与制造 Mar.2013析器，将加工文件信息指令解析为-系列与该指令动作相关的命令，将命令添加到命令队列中，然后在命令执行时才依据系统的运行情况将命令发布，底层子系统根据命令执行相应操作。自动加工过程中，可暂停运行，系统对正在执行的任务拥有断点记忆功能，再次启动时能够紧接着暂停前的动作继续运行。在暂停时，可通过面板操作进入手动模式，进行手动模式下的相关操作。自动运行完成后，机器能够自动回到原点，方便再次自动运行。

在命令执行阶段，系统将命令从命令队列中读取出来后并不马上发布，而是根据系统运行情况进行发布。这是因为，消息的发布是瞬间完成的，而底层运动行为的完成则需要-定的时间，所以必须根据底层反馈的运动到位情况以及 10输出状态来判断命令的发布与否，即必须等到命令真正执行完以后才能进行下-命令的发布，以此来保证各动作执行顺序的正确性。此功能是通过为每个命令设置执行的前条件和后条件来实现的。命令读取与发布的具体过程为：从队列中取出-条命令，检查其前条件，若满足则发布命令 ，不满足则等待，然后设置其后条件，接着取下-条命令，进行同样的操作。

图4自动模式运作流程图Fig.4 Operation Flow Chart of Automatic Mode5结论介绍了基于PCNC式结构开发的自动锡焊机系统软件，软件采用分层拈化的设计思想，使得系统具有良好的开放性、可操作性、可维护性以及很好的实用价值。该系统软件经过在自动锡焊机上进行测试，取得了令人满意的效果，并且由于其良好的可扩展性，进-步的研究开发还在进行中。