基于USB的激光焊接信号采集系统设计

论文摘要

激光焊接是一个极为复杂的物理化学过程,对激光焊接过程进行实时监测是提高焊接稳定性、保证焊接质量的重要举措,检测并分析产生于焊接过程中表征焊接质量的各种信号是监测焊接过程的重要手段。本文选择激光焊接过程中反映等离子体状态的可见光、熔池辐射的红外光和等离子体声音信号作为焊接过程监测的传感信号,设计了一种基于USB的激光焊接信号采集系统。论文首先介绍了USB总线协议,包括总线特征、数据流模型、设备枚举等,然后从硬件和软件两个方面对激光焊接信号采集系统进行了研究。硬件上着重设计了USB数据采集模块,模块采用集成了微处理器的USB接口芯片CY7C68013来完成设备和USB主机间的数据传输,并采用一块集成度较高的FPGA芯片作为整个数据采集和传输的控制核心,然后给出了模块的具体硬件设计方案。软件部分主要包括固件程序、USB设备驱动程序和主机应用程序。在FX2固件框架的基础上,固件程序的开发采用了Slave FIFO接口模式和自动传输方式,提高了传输速率;在驱动程序设计部分,引入了WDM驱动程序开发模型,并介绍了USB的WDM驱动体系结构和USB设备驱动程序的开发过程;最后结合驱动程序设计了主机应用程序,用于整个系统的测试,最终实现了信号的采集和波形显示。试验结果表明系统能够正确的采集数据并反映焊接状态的变化。论文完成的基于USB的激光焊接信号采集系统,兼具FPGA设计的灵活性和USB传输速度快、使用方便的优点,为激光焊接质量监测系统提供了一种经济、便携的信号采集方式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及背景
• 1.2 研究和应用现状
• 1.3 论文研究内容及结构
• 2 USB 总线协议
• 2.1 USB 系统概述
• 2.2 USB 数据流模型
• 2.3 USB 设备的枚举
• 3. 激光焊接信号采集系统硬件设计
• 3.1 系统整体设计
• 3.2 传感器模块的设计
• 3.3 信号调理模块的设计
• 3.4 USB 数据采集模块的设计
• 4. 激光焊接信号采集系统软件设计
• 4.1 固件程序设计
• 4.2 USB 设备驱动程序设计
• 4.3 FPGA 逻辑控制模块程序设计
• 4.4 主机应用程序设计
• 4.5 试验结果
• 5. 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献