基于WiFi無線通信的雙脈沖MIG焊手持終端

謝煌生，傅智河，王悅新，徐 敏，薛家祥

（1.龍巖學院機電工程學院，福建龍巖364012；2.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州510641）

基于WiFi無線通信的雙脈沖MIG焊手持終端

謝煌生1，傅智河1，王悅新1，徐 敏2，薛家祥2

（1.龍巖學院機電工程學院，福建龍巖364012；2.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州510641）

鑒于當前雙脈沖MIG焊接設備操控方式的種種不便性，如顯示屏固嵌于設備之上造成的不便移動、顯示屏的反光造成的讀取視角困難等，開發了一種便攜的且可進行無線通訊的手持終端，它主要包含通訊模塊的開發、焊接過程工藝參數的監控的實現、可顯示及修改參數的設置等，同時從硬件、軟件及WiFi三個模塊進行了相關研究工作。該手持操作終端的開發，提高了焊接操作人員在焊接過程中對焊接參數的讀取及修改等工作的方便及舒適性。

WiFi；雙脈沖MIG焊；手持終端

0 前言

鑒于當前雙脈沖MIG焊接設備的人機界面的缺陷，如數碼管加按鍵方式無法顯示更多的有用信息，單色液晶屏加按鍵方式的顯示亮度不夠，難以滿足對更多有效信息的需求，難以滿足焊接強烈環境光和弧光干擾場合的使用要求。此外考慮到焊接操控的方便性，例如，焊接過程中操作者常位于焊槍工作點的附近，當需要頻繁修改焊接工藝參數以觀察焊接效果時，從焊接現場到焊接設備操控面板前，無論距離遠近，都將占據較多的工作和實驗時間。能否使焊接操作人員在不移動工作位置的情況下就能方便地修改工藝參數顯得十分必要。WiFi技術的飛速發展為此提供了實現的可能性[1-3]。

液晶顯示屏的反光性及焊接設備的操作面板固嵌于設備中，只能通過操作人員身體的移動來搜尋理想的查看點（所謂查看點即操作人員的眼睛相對于顯示屏的位置點，而理想的查看點則是既能夠使人看清屏幕上的內容，同時又避免強光對眼睛造成刺激），有時甚至很難找到一個合適的查看點。因此，開發出一種無需操作者移動身體，而是通過移動操作設備就能夠捕捉到較好的查看點，無疑會給焊接設備的使用帶來方便。

雙脈沖MIG焊設置參數眾多[4-5]，易造成操作人員的誤操作。在此，以其為研究對象，進行了手持終端的研究開發。

1 控制面板設計

1.1 控制面板功能

1.1.1 通訊功能

手持終端無論是對焊接過程各工藝參數的實時監測，還是對各焊接參數的編輯控制，首先都要實現與焊接設備通訊，本研究通訊的實現是基于串口+WiFi的物聯網通訊技術。為實現對數字化焊機電源的監控管理，需要將焊接電源當前的工作狀態、各焊接工藝參數傳送至手持操作終端的接收裝置，并在控制面板上顯示。為實現此功能，利用控制芯片STM32的通用串行通訊模塊與WiFi模塊進行異步串行通訊，然后通過WiFi模塊將各設備狀態通過無線通信的方式傳輸給電腦上位機，從而實現對焊接電源的無線監控管理。

1.1.2 監控功能實現

修改控制焊接工藝參數離不開對當前工藝參數的讀取，只有準確把握當前工藝參數，才能根據當前參數產生的焊接效果與期望效果之間的差距來決定如何改變工藝參數。讀取各工藝參數，上位機以控制面板的形式對數字化焊機進行指令控制和實時數據顯示。通過按鍵控制向數字化焊機發送相關命令和指令，通過WiFi接收實時的電壓電流數據，并在LED燈組和數碼管上進行相應的顯示。

由于現場實時工作環境下焊機數目可能眾多，為了降低系統成本，將WiFi232模塊作為STA的組網方式，每個WiFi模塊都與數字化焊機的串口進行數據交換，然后每個WiFi模塊又都連接無線路由器（AP），PC機也作為一個STA連接無線路由器。這樣WiFi232模塊、無線路由器與PC機組成了一個無線局域網，配置好相關參數，WiFi232端數據將經AP傳遞給PC機。數字化焊機及WiFi模塊組網結構如圖1所示。

圖1 數字化焊機及WiFi模塊組網結構

1.1.3 可調節參數

為了使焊機使用人員能夠在不移換位置的情況下，就可修改處理所有的焊接工藝參數，本研究將焊接過程對應的焊接工藝參數全部納入了可修改范圍，如圖2所示，其可調參數主要有焊接參數、焊接方法、焊接材料、焊絲直徑和焊接模式等[6]。此外在不同的功能選項下，各子集菜單還需對各自內容進行更為詳細的設置，如圖2的中間部分所示。

圖2 觸摸屏人機界面

1.2 控制面板設計

1.2.1 硬件部分

考慮到最終操控效果和質量，選用ARM（STM32）作為主控芯片。為了實現編碼器的功能以及數目較多的LED燈顯示，額外選擇了CPLD芯片，實現控制面板的外設功能。同時，控制面板通過ARM與主控系統進行WiFi通訊聯系。主控芯片管腳結構如圖3所示，人機交互系統硬件結構框圖如圖4所示。

1.2.2 軟件部分

（1）CPLD邏輯設計。

CPLD邏輯設計使用模塊化設計方案，即先將系統劃分為幾個相對獨立的模塊，再設置好各模塊之間的工作聯系方式。依次設計各個功能模塊部分，并用上述設計思維編寫各模塊程序，直到所編寫的各模塊程序足夠簡化，易于理解。

數字化焊接電源的控制面板中CPLD的工作方式：通過SSI接口接收MCU發出的命令，驅動面板上兩個共陽數碼和26只LED燈顯示焊接參數和工作狀態，對編碼器的輸入信號進行去毛刺處理，并通過MCU的QEI接口將處理之后的信號傳遞回去。CPLD的邏輯設計分為五個模塊：SPI接口模塊、指令譯碼模塊、數碼管控制模塊、LED閃爍控制模塊以及編碼器信號處理模塊，如圖5所示。使用Verilog語言實現各模塊具體功能，并利用PCB圖形開發的模式整合各邏輯功能。

圖3 主控芯片管腳結構

圖4 人機交互系統硬件結構框圖

圖5 CPLD邏輯原理

（2）MCU程序設計。

面板上MCU主要作用是管理面板上的I/O設備模塊和相應的指令，包括：鍵盤響應模塊、正交編碼器模塊、A/D轉換及數據處理模塊、UART串口傳輸模塊以及顯示任務模塊。通過對這些指令和數據的響應，經過SPI同步串口模塊給CPLD傳輸相應的數據，從而控制LED燈和兩個數碼管作出相應的焊接參數顯示，并實現焊接過程的控制。

將MCU（STM32）程序分為鍵盤模塊、數據處理模塊、編碼器模塊、顯示模塊和命令處理模塊，依次驅動不同的輸入輸出設備。功能關系如圖6所示。

1.2.3 WiFi模塊的通訊設計

（1）發送或接受數據的流程。

控制面板向下位機發送或接收數據的軟件流程見圖7。將要發送的命令通過調用函數USART_ SendBreak()建立發送線程并發送出去。在該系統中主要發送的是總開關命令，控制下位機是否進入相應的焊接工作狀態。下位機作為客戶端向服務器發送命令時，下位機通過串口轉WiFi模塊發送數據，服務器通過調用USART_ReceiveData()函數獲取并接收數據，進行相應的處理，在控制面板上顯示出來。

圖6 控制面板ARM功能

圖7 數據交換流程

（2）無線遙控的軟硬件設計。

無線遙控器硬件部分主要分為輸入單元、處理單元、顯示單元以及無線通訊單元。無線遙控器軟件設計分為5個模塊：系統初始化模塊、按鍵掃描模塊、液晶顯示模塊、數據處理模塊和無線通訊模塊。

2 結論

采用開發的基于WiFi無線通信的雙脈沖MIG焊的手持終端，使用人員能夠方便在現場任何位置查看和修改焊接參數。由于該手持設備的便捷性，即使現場的電弧光等環境光較強，使用人員也可方便地調節該手持設備的角度，進而通過設備的移動而不是操作人員身體的移動來達到最佳查看點位置，減少了誤操作。

[1]蔡型，張思全.短距離無線通信技術綜述[J].現代電子技術，2004（3）：65-67，76.

[2]曾磊，張海峰，侯維巖.基于WiFi的無線測控系統設計與實現[J].電測與儀表，2011（7）：81-83，96.

[3]馬捷，鄂金龍.基于近場通信的WiFi傳輸連接方案[J]. 2013（6）：1-6.

[4]熊丹楓，林放，陳小峰，等.雙脈沖MIG焊鋁工藝參數設計及試驗[J].2010（9）：17-21.

[5]姚屏，薛家祥，蒙萬俊，等.工藝參數對鋁合金雙脈沖MIG焊焊縫成形的影響[J].焊接學報，2009，30（3）：69-72.

[6]汪家勝，鐘良文，張紅衛，等.數字化焊接電源的觸摸屏控制界面設計[J].電焊機，2010，40（10）：45-48.

A dual pulse MIG welding hand-held terminal based on WiFi wireless communication

XIE Huangsheng1，FU Zhihe1，WANG Yuexin1，XU Min2，XUE Jiaxiang2
（1.College of Mechanical and Electrical Engineering，Longyan University，Longyan 364012，China；2.School of Mechanical&Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China）

In view of all kinds of the inconvenience caused by the handling device of current double pulse MIG welding equipment，a portable，hand-held terminal with wireless communication function by WiFi was developed.It mainly contains the development of communication module，the realization of the supervision of parameters of welding process，programming of the CPLD module and the control panel，and the settings of parameters of the control panel，etc.Through the development of the hand-held operation terminal，the convenience and comfort for welding operator is greatly improved when the welding parameters is needed to be changed.

Wifi；dual pulse MIG welding；hand-held terminal

TG409

A

1001－2303（2016）12－0059-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.12.13

獻

謝煌生，傅智河，王悅新，等.基于WiFi無線通信的雙脈沖MIG焊手持終端[J].電焊機，2016，46（12）：59-62.

2016-11-11

謝煌生（1962—），男，福建人，副教授，學士，主要從事逆向工程、機電技術、機器視覺等研究工作。