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。 |
