低功耗无线焊机遥控系统设计

论文摘要

焊接电源在土木工程,工业制造等领域被广泛用来焊接钢结构和铝镁合金等。随着技术和工艺的发展,这些行业对焊接电源的要求也越来越高,从而出现了气保,脉冲等更为高级的焊接电源,焊接时能够调节的参数也随之增多。因为焊接场地和焊接电源总有那么几米的距离,所以要能随时调节焊接电源上的这些参数就需要一个能放在焊接现场的遥控器。本文在对这种实际需要分析研究的基础上,采用超低功耗蓝牙技术为焊接电源设计了一个无线遥控系统,从而使得焊接参数的查看和调节变得方便。首先,本文对低功耗蓝牙协议进行了分析,在此基础上了为低功耗无线收发芯片nRF24L01设计了链路层协议和应用层协议。为了确保通信的可靠性和有效性,协议采用了短帧技术,循环冗余校验(CRC),自动请求重传(ARQ)和超时重传机制。其次,根据遥控器的功能要求对系统的硬件和软件进行了规划设计。为了避免对焊接电源做较大改动,在焊接电源显示板的串口上接上了无线通信模块。此无线通信模块对焊接电源来说是透明的,所以焊接电源的应用层软件不需要做太大的修改。遥控器端是在无线通信模块的基础上增加了按键和液晶显示屏,并对遥控器的外观和遥控的菜单进行了设计。第三,本文在系统软件的设计中采用了分层的思想,上层的应用软件实现了基本的菜单结构和操作,中层的通信软件实现了应用层通信协议。应用层协议呈现给应用层软件的是一组统一的命令函数,这组命令函数是对遥控要完成的具体功能分类抽象的结果。应用层协议采用一组通用函数实现,其中主要是数据接收和发送函数。发送函数将应用层数据包放入发送缓冲区,接收函数从接收缓冲区取得数据包。下层的链路层通信软件在合适的时间将发送缓冲区的数据发送到空中,并将从空中接收到的数据放入接收缓冲区。链路层通信软件主要是建立连接,收发数据包和监控连路状态,为上层的应用软件服务,共同实现遥控系统的通信功能。最后,考虑到遥控器是用电池供电,所以选用了低功耗的单片机,通信模块和液晶显示模块。在这些器件中液晶显示的背光是比较耗电的,所以对液晶背光单独供电,并安装了电子开关,当按键超过一段时间没有动作后关断背光电源,当有动作时再打开电源。考虑到系统的抗干扰性能,在PCB板子设计中对布线进行了特别设计并覆铜。在通信软件的设计上采用链路监控定时器对链路进行实时监控,一旦连接丢失则系统会尽快重新建立起连接,进一步提高了系统的适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 焊机遥控技术的发展现状
• 1.2 本论文的工作和任务
• 第二章 焊机遥控技术综述
• 2.1 有线遥控
• 2.1.1 通信电缆
• 2.1.2 电力线载波
• 2.2 无线遥控
• 2.2.1 红外线方式
• 2.2.2 无线电方式
• 2.3 焊机遥控技术比较与选择
• 第三章 无线遥控系统总体设计
• 3.1 遥控系统方案的提出
• 3.1.1 遥控系统需求分析
• 3.1.2 遥控系统方案的提出
• 3.2 通信协议的设计
• 3.2.1 应用层协议
• 3.2.2 链路层协议
• 3.3 遥控器操作界面布置
• 3.4 系统硬件结构
• 3.4.1 遥控器硬件结构
• 3.4.2 无线模块硬件结构
• 3.5 系统软件结构
• 3.5.1 遥控器软件结构
• 3.5.2 无线模块软件结构
• 第四章 无线遥控系统硬件设计
• 4.1 单片机最小系统的设计
• 4.2 液晶显示模块电路的设计
• 4.2.1 液晶显示模块简介
• 4.2.2 液晶显示模块接口电路设计
• 4.2.3 液晶显示模块接口函数的编写
• 4.3 射频收发模块的电路设计
• 4.3.1 射频收发模块简介
• 4.3.2 射频收发模块的接口电路
• 4.3.3 射频收发模块接口程序的编写
• 4.4 电源模块的电路设计
• 4.4.1 电源升压芯片简介
• 4.4.2 电源电路的设计
• 4.5 按键和其他电路的设计
• 4.6 硬件抗干扰设计
• 4.6.1 干扰的分类
• 4.6.2 硬件抗干扰措施
• 第五章 无线遥控系统软件设计
• 5.1 主程序模块的设计
• 5.2 菜单程序模块的设计
• 5.3 显示程序模块的设计
• 5.4 通信程序模块的设计
• 5.4.1 链路层通信程序
• 5.4.2 应用层通信程序
• 5.5 软件抗干扰设计
• 5.5.1 指令冗余
• 5.5.2 软件陷阱
• 5.5.3 看门狗技术
• 第六章 总结
• 参考文献
• 附录1 电路原理图
• 附录2 程序代码
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录