文章编号：1002—025X(2013)04—0049—04基于W n—PA的多焊机监测网络设计刘刚．吴建远(河南机电高等专科学校自动控制系，河南新乡453000)摘要：设计了基于W I A—PA标准以无线射频芯片C C2430为核心，以ST M32F107为控制器的多点击监测传感器网络。
详细介绍了监测网络的硬件组成和工作原理。
重点讨论了软件部分的设计。
试验表明，该设计具有稳定性、可靠性、实时性，满足多电机监测传感器网络对数据透明传输的要求。
关键词：多焊机；工业无线通信规范；传感器网络；ST M32F107中图分类号：TG43：T P274．2文献标志码：B制造业的快速发展使得生产现场有大量的电阻焊机同时工作。
由于电阻焊机具有大电流、短时间的特性，当多台电阻焊机同时工作时就会产生相互干扰，影响产品的质量。
因此对焊接电流和电压的实时监控系统就尤为重要。
目前，对于多电阻焊机参数监控系统主要采用有线数据方式．传输方式在生产过程中存在监测网络布线不灵活、复杂、信号易受干扰等问题。
因此，本文设计了基于W I A—PA 的电焊机参数监测系统，以解决以上问题¨]。
W I A—PA是具有我国自主知识产权的工业无线网络标准W I A—PA(W i r el es s N et w or ks f or I ndus t r i al A ut om at i on)，目前其已成为与W i r el e ss H A R T，SPl00并列的三大国际无线传感器网络标准。
W I A—PA是一种在自动化生产中应用的无线传感网，但不同于传统的W SN。
W I A—PA在复杂的农业生产环境中．应对干扰和障碍物遮挡，具有高可靠性和实时性。
传统的W SN网络是自组织管理机制，协议设计也以节能为主。
W I A—PA则是集中式无线网络∞]。
1系统总体结构设计电阻焊机参数监测W I A—PA网络采用星型拓扑结构，如图1所示。
本系统主要由电阻焊机参数采集节点和网关构成。
收稿日期：2012—11—07基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目(20118470002)图1w IA—P A工业无线网络系统结构图W I A—PA无线传感器节点负责采集电焊机焊接次数值、焊接电流值、焊接时间值等参数，然后将参数通过无线网络送至网关接入点。
网关接入点负责收发各个采集节点的数据信息，将数据处理后通过C A N总线送至上位机。
或者将上位机发送的控制命令转发给网络中的各个采集节点。
图2所示为W I A—PA网关系统结构图。
图3所示为W I A—PA采集节点系统结构图。
百1收发器l踹{_]一l控制器l-_——1怛吲…黔磁叫图2W IA—P A网关系统结构图2监测网络的硬件系统设计由图2和图3可见．W I A—PA 采集节点和网关50焊接设备与材料焊接技术第42卷第4期2013年4月由主控制器模块、无线射频模块、C A N总线模块、参数采样模块等构成。
采集节点和网关的主控制器均采用意法半导体(ST)公司的具有A R M C or t ex—M3核的ST M32F107。
2．1无线射频模块电路设计在复杂的生产区域中，通信频段在900～3000M H z区间时的通信效果最好。
W I A—PA网络技术规范中定义波段为2．4G H z。
本文采用的无线射频模块是由C hi pcon公司推出的符合2．4G H z I E E E802．15．4标准的射频芯片C C2430。
无线射频部分的电路如图4所示。
勺_j图4无线射频模块电路原理图C C2430芯片仅需要很少的外围器件就能实现信号的收发功能。
由于其天线部分采用一个非平衡天线，因此电容C2与电感L1，L2，L3以及X／4的传输线构成了非平衡变压器，使得天线性能更好。
C C2430部分通过SPI接13与主控制器连接，实现数据传送。
2．2C A N总线模块电路设计C A N总线接口部分的控制模块电路图如图5所示。
M32F107的C A N控制器引脚与山东省德州市仪器公司生产的C A N收发器SN65H V D230进行连接。
6N137构成光耦隔离电路，可以有效地实现C A N总线上各个网关节点的电气隔离，从而提高了信号传输的稳定性和安全性。
在每个网关节点的两端连接2个120n的总线匹配电阻．所以避免了信号的反射。
图5C A N总线控制模块电路原理图2．3电源模块电路设计电源模块电路如图6所示，设计采用锂电池供电．通过A SM I117芯片把镡电池电压转换成3．3V 电压，供给控制器和无线射频模块供电。
B A T TE R YA SM l117图6电源管理模块电路原理图设计中采用美信公司生产的D S2780计算锂电池剩余电量。
D S2780的D Q与ST M32F107的PA6相连．锂电池的剩余电量信息通过PA6送人控制器中。
上位机可以及时地了解各个网关的剩余电量。
3W I A—PA监测网络的软件设计W I A—PA监测网络的软件部分采用模块化的编程思想。
软件部分分成W I A—PA采集节点软件部分和W I A—PA网关软件部分。
3．I W I A—PA采集节点软件设计W I A—PA采集节点首先要进行系统初始化．然后W I A—PA节点要查找网络．然后加入到网络获得分配I D后，进行焊机参的采集，然后将发送W el di n g Technol o gy V o|．42N o．4A pr．2013焊接设备与材料51给W I A网关。
软件流程图如图7所示。
的实时性，C A N报文的接收发送均采用中断方式。
～型鱼_一，———工一初始化～、r Y参数采集_二L’无线散据发送～工结束图7W IA—P A采羹节点软件流程图3．2W I A—PA网关软件设计W I A—PA网关主要有3个功能：(1)网关软件系统的网络管理，即对整个无线传感器网络的设备节点的接入和离开进行管理．对设备节点进行路由配置等。
(2)网关软件系统安全管理，即负责整个网络安全。
(3)网络信息库的维护，即为网络中的所有设备提供资源信息。
网关的系统软件管理模块流程图如图8所示。
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J维护状态机进行相应处理4，’仉日“网关在接收到后，需要将通过C A N总线发送给上位机。
为了提高W I A—PA网关传输C A N通信模块开启C A N中断需要调用ST M32F107的固件库函数voi d C A N—I T(C A N—T y—pedef*C A N x，ui nt32_t C A N—I T)。
在接收发送报文通过判断标志位来确定是否产生C A N中断．进入中断处理函数发送报文或者接收报文。
4测试试验对设计完成的网络进行了功能验证试验。
功能测试试验原理是用信号发生器输出一个幅值0～2．5 V．频率为200H z的正弦信号到W I A—PA采集节点，节点以2kH z的频率采集信号，得到的数据通过无线发送到W I A～P A网关。
根据网关得到的数据用M at l ab软件画出对应波形，和原始波形进行比较。
表1是网关通过无线得到的数据。
图9为原始波形和M at l ab绘制出的波形。
衰1网关接收的采样数据I m V05770034O D9*******l248323682275205511940367001102880782l76923l J24】5230l1800078032100I l04321781984217724132278l35706870314009802371432202l2457由图9可以看出．网关得到的无线数据可以较好地还原出正弦波。
2kH z的采样频率完全能够满足电阻焊机监测网络系统的要求。
32>2姜11图9M a t l ah绘制的波形图5结论本文设计了基于W I A—PA的多焊机监测传感器网络。
通过试验表明，该W I A—PA监测网络弥补了多焊机在工作时易受干扰，通信面的不足，提高系统的抗干扰性能和可靠性。
在行业中应用W I A—PA52．焊接质量控制与管理．焊接技术第42卷第4期2013年4月文章编号：1002—025X(2013)04—0052-04改进的积分差值法在焊枪工作角检测中的应用曾智英1，张华2，叶艳辉2，吴恙2(1．南昌大学信息工程学院电子系，江西南昌330031；2．南昌大学江西省机器人与焊接自动化重点实验室，江西南昌330031)摘要：焊枪工作角的检测是改善焊接质量和实现焊缝跟踪的重要因素。
文中首先建立了焊枪工作角和偏差变化与旋转电弧弧长变化的数学模型，并进行M at l ab仿真；其次，介绍了焊枪工作角检测理论，通过采用对区间加权的焊枪电流积分差值法，从旋转电弧信号中获取反映焊枪姿态信息的特征值。
最后，在理论推导和仿真的基础上，得到了焊枪工作角检测与焊缝偏差无关的结论。
关键词：旋转电弧传感器；焊枪工作角检测；积分差值；焊枪姿态中图分类号：T G444文献标志码：BO序言对于V形坡口工件，在焊接过程中，焊丝始终沿着坡口中心线运动是获得良好焊接质量的关键。
焊枪的姿态信息主要包括焊缝偏差、焊枪行走角和焊枪工作角，焊缝偏差检测是实现焊缝跟踪的必要条件．而对焊枪行走角和工作角的检测是进行焊枪姿态控制的必要条件。
旋转电弧传感器具有实时性强、可达性好、抗弧光辐射、耐高温及抗强磁场的能力强等特点。
旋转电弧传感器的高速旋转特性提收稿日期：2012—08—03基金项目：江西省对外科技合作项目(2010EH A02100)高了快速响应特性，使其在自动控制领域占有重要的地位。
目前的大多数研究工作主要集中在焊缝偏差和倾角即行走角检测方面，关于焊枪工作角检测的研究很少。
文中采用对区间加权的焊枪电流积分差值法来检测焊枪工作角，建立了水平焊缝偏差、焊枪工作角与弧长变化对应的数学模型，并利用M at l ab 进行仿真，从理论上论证了利用改进的积分差值法对焊枪工作角进行检测过程的正确性。
1电弧长度数学模型及仿真由文献[1]，[2]可知，行走角即焊丝轴线与焊缝法平面所夹的角：工作角即焊丝轴线在焊缝法欹J坎x挽K!≯I纠贽X!奄址}掣!赶沁必工!}酣e奄)【!}出￡赶址，刚e奄处划!≈X蜘工!}e也}鄂ge楚}凹!ck}刚e宅肥置掣!≈工!夤"蜘肥#凹扰也’出!吧揿k芋鄂o≈弛乡凹。
宅肚多凹刿S宅肥}凹S≈匙≯凹=奄肥，d 网络与焊机监控中的项目较少．设计中尚有改进之[41石家骏，钟俊，易平，等．基于Z i gbee的无线抄表系统网关处，下一步将对W I A—PA网络的安全性进行深入研的设计与实现[J]计算机工程与设计，2011，32(3)：875—878究。
