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電子多臂機控制器的研制


1 引 言
  紡織機是紡織業(yè)中的主要生產(chǎn)設(shè)備,織物的花紋圖案是由織機的花紋控制裝置控制而實現(xiàn)的。我國現(xiàn)行織機相當(dāng)部分的花紋控制裝置是機械式的,如片梭織機,它采用機械凸輪機構(gòu)來控制花紋,在這種織機上開發(fā)新品種需設(shè)計制造一套相關(guān)的機械部件,開發(fā)時間長、成本高,影響了企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)能力。電子多臂機是一種新型電子花紋控制裝置,它不僅是現(xiàn)代織機必不可少的控制部件,也是對傳統(tǒng)織機進行技改的有效手段。電子多臂機由微機控制器控制,根據(jù)其內(nèi)存中的花紋數(shù)據(jù)定時、定向、按序輸出控制字,通過電磁鐵驅(qū)動多臂機的動作,實現(xiàn)對織物的花紋控制。在由電子多臂機控制的織機上開發(fā)新產(chǎn)品,只需通過鍵盤輸入該產(chǎn)品的花樣數(shù)據(jù)即可。
  2 基本工作原理
  控制器的工作原理是:多臂機在織機主軸的驅(qū)動下,通過安裝其內(nèi)部的二個接近傳感器提供多臂機控制器輸入信號S1(電磁鐵吸放控制信號)和S2(多臂機正反轉(zhuǎn)方向信號),控制器根據(jù)S1來控制多臂機電磁鐵的吸放,通過S1、S2的相位判別確定織機轉(zhuǎn)向 ,依此循環(huán)輸出內(nèi)存中的花紋數(shù)據(jù),驅(qū)動電磁鐵,通過多臂機把提綜信息轉(zhuǎn)換成機械位移量。視多臂機的不同,控制器最多驅(qū)動20路電磁鐵。
  根據(jù)織機的工藝要求和新品開發(fā)需要,該電子多臂機控制器具備4大功能:
 ?、倏刂乒δ?。這是控制器的基本功能,它是根據(jù)內(nèi)存中花紋數(shù)據(jù)信息,定時地連續(xù)輸出控制數(shù)據(jù),控制多臂機動作,實現(xiàn)對織物花紋的控制。
  ②編程功能。這是新產(chǎn)品開發(fā)對控制器的要求,它對提高企業(yè)的新品種開發(fā)能力意義重大。該功能實現(xiàn)輸入、編輯、修改花紋數(shù)據(jù)并送入內(nèi)存中。
 ?、蹎尾秸{(diào)試。調(diào)試設(shè)備和花紋時使用該功能。
 ?、芑y傳輸功能。雖然控制器本身已具有編程功能,但考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場噪音大、環(huán)境繁雜,編程效率低,系統(tǒng)配置了對控制器通用的編程器,它可以單獨編程,然后通過花紋傳輸功能復(fù)制到控制器。
  3 系統(tǒng)組成
  控制器整個系統(tǒng)主要由6部分組成:微機主板、輸出功放板、顯示板、鍵盤、輸出監(jiān)視板、電源 target=_blank>開關(guān)電源
  由于系統(tǒng)軟件需近7KB的程序存儲器和較多的片內(nèi)RAM,單片機采用了功能強、功耗低、控制靈活、性能價格比高的AT89C52作為控制器核心,以適應(yīng)本系統(tǒng)硬件對CPU內(nèi)部資源的需求。選用了專用的鍵盤顯示接口芯片8279作為人機對話的接口,它能自動對顯示器掃描、自動識別鍵盤上按下的鍵值、自動消除開關(guān)抖動及多鍵同時按下保護,可以中斷方式接收鍵盤輸入,提高了CPU的工作效率。輸出接口芯片為8255,由于其輸出帶緩沖器,因此能直接驅(qū)動光耦?;y數(shù)據(jù)存儲器是AT28C256EEPROM,它既有RAM在連機操作中可讀可改寫的特性,又有非易失性存儲器的掉電后能保存數(shù)據(jù)的優(yōu)點 ,特別是它有完善的數(shù)據(jù)保護功能,在硬件方面有:內(nèi)部Vcc電壓檢測,當(dāng)Vcc低于3.8V時,便封鎖編程電路;寫禁止數(shù)據(jù)保護,只要滿足-CE=VIH或-OE=VIL或-WE=VIH3個條件中的任一個,就處于寫禁止;-WE濾波電路,能濾掉脈寬小于10ns的干擾脈沖;工作電源上延時,當(dāng)電壓到達3.8V時,自動延時一段時間后,才允許寫操作。另外,它還有軟件數(shù)據(jù)保護功能,當(dāng)3個特定的字節(jié)寫入指定的單元后,芯片就處于寫禁止態(tài)。掉電保護RAM選擇CMOS的6116,在掉電時用來保存系統(tǒng)的運行狀態(tài)的斷點,同時也是并行通信的數(shù)據(jù)緩沖器;為了能與編程器進行快速數(shù)據(jù)傳送,配置了雙向并行通信接口。系統(tǒng)設(shè)置顯示器8位,前3位(狀態(tài)特征顯示器)顯示狀態(tài)、當(dāng)前花紋號或當(dāng)前緯數(shù),后5位(數(shù)據(jù)顯示器)顯示1緯花紋數(shù)據(jù)?;y數(shù)據(jù)以十六進制方式輸入,以緯為單位,一緯五位十六進制數(shù)。控制器設(shè)置鍵如下:
  啟動鍵:在各功能等待狀態(tài)下,用來命令系統(tǒng)由等待態(tài)進入執(zhí)行態(tài)。
  停止鍵:在任何狀態(tài)下,都可用來結(jié)束現(xiàn)態(tài)返回到上電初始態(tài)。
  功能切換:用來在各功能之間進行切換,以選擇功能。
  花樣切換:選擇當(dāng)前操作花樣。
  顯示長度:顯示當(dāng)前花紋長度。
  顯示切換:切換緯數(shù)/花樣號的顯示。
  下一步:存當(dāng)前緯數(shù)據(jù)并顯示下一緯數(shù)據(jù)/單步輸出一緯數(shù)據(jù)。
  上一步:顯示并修改上一緯數(shù)據(jù)。
  刪除:刪除當(dāng)前緯數(shù)據(jù)/刪除已定義塊數(shù)據(jù)。
  插入:當(dāng)前緯處插入一緯數(shù)據(jù)/當(dāng)前緯處插入一個已定義的數(shù)據(jù)塊。
  塊定義:定義數(shù)據(jù)塊。
  數(shù)字鍵:OH-OFH16個鍵用于十六進制數(shù)輸入。
  暫停鍵:用于臨時停車。
  4 主要電路設(shè)計
  1)信號輸入電路
  系統(tǒng)輸入信號由在空間位置上存在相位差的兩個接近傳感器產(chǎn)生S1、S2信號,根據(jù)織機轉(zhuǎn)向,波形如圖4—1。S1信號產(chǎn)生兩個動作,它的下降沿使電磁鐵吸合,上升沿釋放電磁鐵。S2是方向信號,在S1下降沿到來時,根據(jù)S2的電平高低可判別轉(zhuǎn)向。為保證電磁鐵動作的實時性,用中斷方式來接收S1的下降和上升沿,方向信號在驅(qū)動時查詢。為此,我們把單片機的T0、T1定時/計數(shù)器用軟件擴充為中斷源,分別由S1的下降和上升沿驅(qū)動,S1、S2信號有較強的驅(qū)動能力,可直接接光耦,經(jīng)過光電耦合和波形整形送入單片機。
  2)電源監(jiān)測電路
  織機在工作時,如發(fā)生突然斷電,控制器必須有系統(tǒng)工作狀態(tài)的保護功能,在電源恢復(fù)后,系統(tǒng)能從斷點處繼續(xù)運行,使織物花紋連續(xù)而不發(fā)生重疊或斷開現(xiàn)象。為此,系統(tǒng)應(yīng)具有對電源的監(jiān)視能力,電源監(jiān)測電路選用TL7705CP芯片,由于系統(tǒng)全采用CMOS芯片,臨界電壓調(diào)整為4.5V,TL7705CP的-RESET引腳接至單片機的-INTO端 ,-INTO為高優(yōu)先級中斷源,下沿觸發(fā),一旦出現(xiàn)Vcc小于4.5V時,-RESET端即向CPU請求中斷,中斷程序完成相應(yīng)的斷點保護功能。
  3)RAM掉電保護電路
  要實現(xiàn)掉電時系統(tǒng)工作狀態(tài)保護,必須有掉電保護RAM的存在,這些存儲單元的數(shù)據(jù)在電源掉電時不丟失,重新加電時能夠保存完好。掉電保護電路如圖4—3所示。其中,R2、C1的作用是保證在掉電后電源切換時,使RAM的片選信號-CE保持高電平,以保護片內(nèi)數(shù)據(jù)完好,為提高掉電保護電路的可靠性,R2的阻值可取50K-100K,C1的值視CPU對RAM的讀寫速度,在保護可靠讀寫的前提下,應(yīng)取最小值,以更好地隔離因地址信號-CS的電平下跌對片選信號-CE的影響。備用電源采用鎳鎘充電電池,D1用來切斷掉電時備用電源和其它芯片的通路,同時,它和D2、R1一起構(gòu)成電池的充電回路 ,由于D1、D2正向壓降的存在,電池的最高充電電壓被限制在3.8V左右,不會對電池過充電,R1為限流電阻。D3一方面是備用電源的供電通路,另外又可降低供電電壓,減小了掉電時的維持電流。
  4)輸出驅(qū)動電路
  電磁鐵的輸出控制信號由接口芯片8255的A、B、C3個并口輸出,由于8255的接口帶緩沖器,輸出信號可直接驅(qū)動光電隔離器TIL113,經(jīng)隔離器后再驅(qū)動達林頓管TIP122,TIP122的******輸出功率可達65 W,足以驅(qū)動電磁鐵。
  5)電磁鐵檢測電路
  織物的花紋最終是由電磁鐵的吸放來控制的,一旦電磁鐵出現(xiàn)故障就會造成織物的次品,電磁鐵檢測電路能在線定時檢測電磁鐵,發(fā)現(xiàn)故障及時停車并顯示。具體電磁鐵檢測電路如圖4—4所示。8255的PC7提供檢測驅(qū)動信號,單片機的P1.1檢測結(jié)果 ,驅(qū)動和檢測均采用光電隔離,每一路電磁鐵的檢測元件也選用了光電耦合器件。為了提高檢測速度,簡化硬件電路,20路電磁鐵用達林頓管集中驅(qū)動20個檢測光耦,每個發(fā)光二極管經(jīng)電磁鐵線圈和電阻R限流后獲得15mA的驅(qū)動電流,電磁鐵線圈的吸合電流為330mA,所以驅(qū)動光耦不會使電磁鐵吸合。然后,把20個光耦的輸出串聯(lián)去驅(qū)動檢測光耦,只要任一電磁鐵出現(xiàn)供電故障,就可在P1.1端檢測出高電平。
  5 軟件設(shè)計
  軟件用模塊化設(shè)計,主要模塊包括監(jiān)控模塊、控制模塊、編輯模塊、通信模塊、功能切換模塊、花樣切換模塊、啟動模塊、停止模塊等。
  監(jiān)控模塊:用狀態(tài)轉(zhuǎn)移法設(shè)計,確定系統(tǒng)的狀態(tài)有:待運行態(tài)、暫停態(tài)、運行態(tài) 、待編輯態(tài)、編輯態(tài)、待調(diào)試態(tài)、調(diào)試態(tài)、待傳輸態(tài)、傳輸態(tài)。然后,對其按順序進行編碼,對狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件進行分析,確定每一狀態(tài)下各有效鍵符的子集合,根據(jù)各有效鍵符應(yīng)執(zhí)行的功能模塊和轉(zhuǎn)移后的次態(tài),得到有效元素,每個元素有鍵碼、次態(tài)、子程序號組成,用有效元素替代子集合中的鍵符,按狀態(tài)順序集合各子集,子程序的地址在地址表中按子程序號順序存放,每個子集的最后放一個空元素OFFH,用以過濾無效鍵。把各子集的首地址按狀態(tài)順序組成一地址表,這樣系統(tǒng)得到3張表:各子集首地址表、所有有效元素表、各子程序地址表,監(jiān)控程序的任務(wù)是在按鍵的驅(qū)動下,按序查找各表,在鍵有效的情況下,把現(xiàn)態(tài)作為多入口子程序的入口,元素的次態(tài)作為現(xiàn)態(tài),之后轉(zhuǎn)入子程序。
  該模塊執(zhí)行對系統(tǒng)資源的自檢,單片機自身狀態(tài)的設(shè)定,各接口芯片的初始化編程,系統(tǒng)狀態(tài)和工作參數(shù)的設(shè)定等,根據(jù)按鍵控制程序的執(zhí)行流向。
  控制模塊:本模塊執(zhí)行電磁鐵的吸放功能。在輸入信號S1的下降沿驅(qū)動下檢測電磁鐵,檢查花紋數(shù)據(jù)指針范圍,辨別織機方向,根據(jù)當(dāng)前指針輸出一緯數(shù)據(jù)(即吸合),并修改指針。在S1的上升沿關(guān)電磁鐵(即釋放)。
  編輯模塊:該模塊可實現(xiàn)對新、老花紋數(shù)據(jù)進行輸入、編輯、修改、存儲、上下瀏覽等操作,可按緯數(shù)快速定位需編輯修改的內(nèi)容,有緯的插入、刪除,在對塊定義后,還可進行塊的插入、刪除。
  通信模塊:系統(tǒng)處從機地位,通信程序根據(jù)主機(編程器)發(fā)送的命令,可進行花紋數(shù)據(jù)的雙向傳送。
  功能切換模塊:系統(tǒng)有控制、編輯、通信、調(diào)試4大功能,該模塊可實現(xiàn)系統(tǒng)功能的選擇。
  花樣切換模塊:本模塊用來選擇當(dāng)前操作的花紋號。
  啟動模塊:該模塊是一個多入口的子程序,根據(jù)所選功能執(zhí)行相應(yīng)的操作。
  停止模塊:該模塊是一個多入口的子程序,它根據(jù)當(dāng)前所處狀態(tài)和執(zhí)行的功能.完成停止時相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理過程,統(tǒng)一退到上電復(fù)位狀態(tài)。
  6 結(jié)束語
  本控制器功能完善、結(jié)構(gòu)合理、可靠性高、使用方便,實際運行結(jié)果表明,該控制器工作穩(wěn)定、性能可靠、數(shù)據(jù)安全性好,達到了產(chǎn)品化的設(shè)計要求。

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