尤菲菲王慧玲尚曉麗孫珊珊李　欣（.綏化學(xué)院信息工程學(xué)院　黑龍江綏化　506；.阜陽(yáng)師范學(xué)院　安徽阜陽(yáng)　3603）

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基于AT89S52的紗線張力檢測(cè)與控制

尤菲菲1王慧玲2尚曉麗1孫珊珊1李欣1
（1.綏化學(xué)院信息工程學(xué)院黑龍江綏化152061；2.阜陽(yáng)師范學(xué)院安徽阜陽(yáng)236032）

摘要：以Atmel公司的AT89S52為控制器，在分析織機(jī)基本工作原理的基礎(chǔ)上，建立織機(jī)紗線張力仿真模型能夠很好的掌握織機(jī)性能；論文利用Proteus軟件平臺(tái)，將采集到的結(jié)果經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換信號(hào)編碼，實(shí)現(xiàn)LED實(shí)時(shí)顯示；并針對(duì)傳統(tǒng)織機(jī)紗線張力檢測(cè)精度低、響應(yīng)慢等缺點(diǎn)，準(zhǔn)確且自由地設(shè)置上、下限紗線張力；當(dāng)紗線張力值超范圍時(shí)，采取聲光報(bào)警。設(shè)置張力自動(dòng)回歸算法，通過(guò)PWM信號(hào)控制電機(jī)，拉回張力至正常狀態(tài)。仿真分析結(jié)果證明，此種檢控技術(shù)有良好的預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：AT89S52；紗線張力；實(shí)時(shí)；仿真

紡機(jī)品的模塊化生產(chǎn)差異化發(fā)展，紡織機(jī)的節(jié)能與減排，以及各紡織企業(yè)內(nèi)部技術(shù)改造[1-2]，其中必不可少的環(huán)節(jié)就是分析紗線張力、控制速度，從而更好地提高生產(chǎn)效率，升級(jí)紡織品檔次，強(qiáng)化紡織品質(zhì)量，促進(jìn)后續(xù)加工與操作過(guò)程的順利進(jìn)行與完善[3-5]。事實(shí)證明，對(duì)紗線張力的研究與控制和對(duì)系統(tǒng)的速度的檢測(cè)與分析，是紡織業(yè)一直探討與不斷深入研究的問(wèn)題，是紡織機(jī)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中的里程碑。

一、總體設(shè)計(jì)方案

以AT89S52單片機(jī)為核心，主要模塊，包括：控制器模塊（CTRL），紗線張力采集模塊（ARSS）和A/D轉(zhuǎn)換模塊(ADRR)，液晶顯示模塊(LCDR)，按鍵檢測(cè)模塊(KEYS)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊(DADS)，電源模塊(SARS)。利用霍爾傳感器，對(duì)紗線張力進(jìn)行實(shí)時(shí)變化的信息采集，控制電機(jī)，保證紗線張力為正常范圍值，保障紗線張力能夠?qū)崟r(shí)保持在正常工作狀態(tài)下。

若采集到紗線張力有變化，則通過(guò)ADR模塊，轉(zhuǎn)換模電信號(hào)為數(shù)電信號(hào)，再和紗線張力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，超過(guò)正常范圍時(shí)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使紗線張力實(shí)時(shí)處在正常范圍值內(nèi)。其中，運(yùn)行、復(fù)位、張力顯示等功能均由控制器鍵盤(pán)直接控制，并通過(guò)張力調(diào)節(jié)模塊輸出PWM信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)張力。

（一）控制器模塊（CTRL）。使用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為控制器，該控制器的最大優(yōu)點(diǎn)在于它電壓小，功耗低，價(jià)格便宜，在各類(lèi)小型控制應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。本系統(tǒng)采用AT89S52的原因在于，相比于其他的微控制器，它體積小，性能較高，易于學(xué)習(xí)、操作與使用。而且它具有較強(qiáng)信息處理能力，8位的CPU和8k的Flash存儲(chǔ)器，支持33MHZ以下頻率。其中，最小系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1　單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖

（二）液晶顯示模塊（LCDR）。張力結(jié)果顯示，采用LCD液晶顯示器完成。LCDR模塊占用大量Input/Output端口，其控制起來(lái)較復(fù)雜，但功能相對(duì)而言則較強(qiáng)大。控制數(shù)據(jù)端口為P0，它能夠完成命令傳輸，顯示大量信息，且顯示清晰，有操作提示，語(yǔ)句豐富，在人性化方面，大大提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。模塊還設(shè)有蜂鳴報(bào)警功能，它是采用方波形式完成，設(shè)計(jì)中利用三極管對(duì)蜂鳴器有效驅(qū)動(dòng)，用紅、綠色LED燈對(duì)電路進(jìn)行指示操作。

（三）紗線張力采集模塊（ARSS）和A/D轉(zhuǎn)換模塊(ADRR)。

1.紗線張力采集模塊（ARSS）。根據(jù)霍爾效應(yīng)，制作磁場(chǎng)傳感器實(shí)現(xiàn)紗線張力采集。這里的霍爾效應(yīng)，指的是一種半導(dǎo)體材料的性能研究方法。模塊內(nèi)的霍爾元件，能夠輸出一個(gè)較小的毫伏級(jí)霍爾電勢(shì)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為元件的Output端口再次接入相關(guān)放大測(cè)量電路，從而保證系統(tǒng)正常工作。

2.A/D轉(zhuǎn)換模塊(ADRR)。A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，它的優(yōu)點(diǎn)在于ADC0809為8位，由多部分組成：包括：輸出（三態(tài)）鎖存器，模擬8路電路開(kāi)關(guān)、譯碼器（地址鎖存）、A/D轉(zhuǎn)換器。其中，多路開(kāi)關(guān)為8路，能夠選通的模擬通道有8個(gè)，因此它允許小于等于8處的模擬量進(jìn)行分時(shí)輸入，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器以共用方式轉(zhuǎn)換。

（四）電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊(DADS)和按鍵檢測(cè)模塊(KEYS)。DADS模塊用采直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有效調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的紗線張力，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊的核心芯片為L(zhǎng)298N。按鍵設(shè)置與控制，運(yùn)用獨(dú)立鍵盤(pán)，掃描Input/Outpu口狀態(tài)，對(duì)每個(gè)狀態(tài)合理判斷，通過(guò)程序代碼實(shí)現(xiàn)消抖處理。其中，按鍵A：檢測(cè)紗線張力,調(diào)整紗線張力，設(shè)置紗線張力報(bào)警最大、最小值。按鍵B：用于設(shè)置增加紗線張力控制范圍的數(shù)值，可實(shí)現(xiàn)遞增操作。按鍵C：用于設(shè)置減小紗線張力控制范圍的數(shù)值，可實(shí)現(xiàn)遞減操作。

（五）電源模塊(SARS)。電源模塊中，把工作電壓設(shè)定為24V，作為安全電壓值，穩(wěn)壓模塊兩端設(shè)置電容多個(gè)，使系統(tǒng)工作能夠更加安全、穩(wěn)定。同時(shí)由LM7805提供另一個(gè)臨時(shí)穩(wěn)壓電壓。LM7805的工作電源為5V，用于確保在突發(fā)事件時(shí)，電源有效工作，不影響紡機(jī)工作。

二、測(cè)試與仿真

（一）系統(tǒng)測(cè)試。根據(jù)工作原理，進(jìn)行PROTEUS仿真實(shí)驗(yàn)，編寫(xiě)仿真設(shè)計(jì)代碼，完成相關(guān)的測(cè)試。執(zhí)行測(cè)試時(shí)，在系統(tǒng)的LED液晶上顯示出紗線張力，讀取現(xiàn)場(chǎng)紗線張力，實(shí)時(shí)判斷，監(jiān)控紗線張力，分析結(jié)果，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示結(jié)論如表1所示。

表1　測(cè)試數(shù)據(jù)顯示結(jié)果

（二）系統(tǒng)仿真。由于是軟件模擬仿真，采用PROTEUS軟件所模擬壓力傳感器張力為模擬量，由A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，與單片機(jī)實(shí)時(shí)通信并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)液晶顯示。通過(guò)軟件模擬按鍵，設(shè)置紗線張力的工作上、下限值，并模擬調(diào)節(jié)紗線張力。一旦紗線張力超出上限值，遠(yuǎn)程或現(xiàn)場(chǎng)控制電機(jī)左轉(zhuǎn)，降低張力值；低于下限值，控制電機(jī)右轉(zhuǎn)，提高張力值。整體仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)仿真原理圖

仿真過(guò)程中的誤差率如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)仿真誤差率

三、結(jié)論

系統(tǒng)以Atmel公司的AT89S52為控制器，以紗線張力為研究對(duì)象，將采集到的紗線張力檢測(cè)信號(hào)經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行LED實(shí)時(shí)顯示；方案針對(duì)小型紗機(jī)改進(jìn)，能夠準(zhǔn)確且自由地設(shè)置上、下限紗線張力；當(dāng)紗線張力值超范圍時(shí)，實(shí)現(xiàn)蜂鳴功能，進(jìn)行聲光報(bào)警；同時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)PWM信號(hào)控制電機(jī)，拉回張力至正常狀態(tài)。結(jié)果表明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與檢測(cè)方案簡(jiǎn)單，可行性較高，成本較低。

參考文獻(xiàn)：

[1]林鄧偉，邢文生.光電鼠標(biāo)芯片組在無(wú)接觸檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22(7-2):131-134.

[2]陳智博，林永忠，蔡鐘山，等.光電鼠標(biāo)傳感器的精密測(cè)量與控制系統(tǒng)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2009，(2):57-59.

[3]劉冬冬，姜煒，張?zhí)旌?基于光學(xué)鼠標(biāo)傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008，27(9):21-24.

[4]劉行，繆旭紅，趙帥權(quán).紗線張力測(cè)試方法研究進(jìn)展[J].棉紡織技術(shù)，2005，（1）:79-81.

[5]任泉，李偉，葛松林．光纖bragg光柵應(yīng)變傳感器在紗線張力測(cè)量中的應(yīng)用[J]．紡織機(jī)械，2011，(1)：36-39．

[責(zé)任編輯鄭麗娟]

基金項(xiàng)目：綏化學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（K1402007）。

作者簡(jiǎn)介：尤菲菲（1981-），女，黑龍江綏化人，綏化學(xué)院信息工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)。

收稿日期：2015-09-29

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-0438（2016）2-0148-03