您所在的位置：
0引言
紅外光電探邊儀廣泛應(yīng)用在紡織、印染、輕工和化工等行業(yè)中。在紡織、印染等實(shí)際應(yīng)用中,很多道工序需要精確地鎖定布的位置才能進(jìn)行后續(xù)處理,如印花、染色、整形等。布匹在印花機(jī)、熱定型機(jī)等設(shè)備的導(dǎo)軌上高速移動,要鎖定布邊的位置,一般是在進(jìn)入這些設(shè)備之前用機(jī)械裝置(布鋏或針板)卡住布邊,由于布邊在運(yùn)動中是左右擺動的,紅外探邊裝置能自動精確地跟蹤住布邊的位置,再利用機(jī)械機(jī)構(gòu)鎖住布邊,從而保證布邊正確地納入針板,使加工織物布邊的上針寬度保持一致,并在終端將其整齊地卷成布卷的過程,然后進(jìn)入后續(xù)的處理工序。該系統(tǒng)利用MCU高控功能和伺服電機(jī)速度模式的精密控速技術(shù)的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)紅外探邊儀的快速跟蹤、高速調(diào)整等功能,從而提高布卷的質(zhì)量。
1紅外光電探邊設(shè)計(jì)原理
紅外光電探邊儀主要由探測裝置(紅外探頭)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電機(jī)調(diào)速系統(tǒng))2部分組成。
1·1紅外探頭
紅外探頭即檢測機(jī)構(gòu),采用一組紅外發(fā)射和接收對管器件,紅外發(fā)光管向布發(fā)射紅外光,布反射的紅外光被正對著的紅外接收管檢測到,由于接收管和布位置很近,而且裝在導(dǎo)光孔中,因而只有布正上方的接收管才能接收到反射光,而旁邊正下方?jīng)]有布的接收管則接收不到反射光。該系統(tǒng)采用4個紅外發(fā)射管和10個紅外接收管如圖1所示,紅外接收管交錯排列,這樣能減少接收信號誤差以及提高整個系統(tǒng)的精度。接收管接收的信號經(jīng)濾波、比較電路后變?yōu)檫m合單片機(jī)的信號,再經(jīng)過抗干擾處理,將其反映信號轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的給定信號,經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后輸出到驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
1·2執(zhí)行電機(jī)
早期的紅外探邊儀電控系統(tǒng)一般采用進(jìn)口的電機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),直流調(diào)速具有控制簡單、起動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn),但同時也有電機(jī)成本高、換向電路不可靠、不利于工作在惡劣的工作環(huán)境等缺點(diǎn)。因此在本系統(tǒng)中,執(zhí)行電機(jī)采用ASDA-B系列交流伺服電機(jī),ASDA-B系列為一開放型(Open Type)伺服驅(qū)動器,本驅(qū)動器利用精密的回授控制
2硬件設(shè)計(jì)
2·1MCU
基于C8051F020的紅外光電探邊儀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)如電路結(jié)構(gòu)圖2所示。MCU采用C8051F020八位微控制器。以CIP51微處理器為內(nèi)核的C8051F020是高集成度的混合信號系統(tǒng)芯片,它符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn),支持JTAG接口進(jìn)行片內(nèi)的調(diào)試和邊界掃描,便于在線調(diào)試和運(yùn)行程序。它獨(dú)有的海量FLASH程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,可在線多次重復(fù)編程,使程序和數(shù)據(jù)的存儲更加方便。與標(biāo)準(zhǔn)8051相比,它豐富的1/O接口、大量的特殊功能寄存器使編程的工作更加輕松。所有這些資源非常適合于把紅外光的檢測、控制、顯示集中在一個嵌入式系統(tǒng)中,運(yùn)行可靠、穩(wěn)定、快速、維護(hù)方便,經(jīng)濟(jì)上節(jié)省。因此不僅簡化了硬件和相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作,縮短了開發(fā)周期,更重要的是使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性顯著提高。
2·2控制方法
伺服驅(qū)動器提供位置、速度、扭矩3種基本操作模式,可使用單一控制模式,即固定在一種模式控制,也可選擇用混合模式來進(jìn)行控制。在該設(shè)計(jì)里選擇速度模式,在最先考慮時,選擇了位置控制模式,即MCU采用發(fā)脈沖的方式來控制執(zhí)行電機(jī)以及減速裝置來調(diào)整布邊的偏移,當(dāng)布邊偏移距離較大時,則發(fā)射更多的脈沖來控制裝置調(diào)整偏移,反之則發(fā)射少量脈沖來調(diào)整布邊偏移。采用速度模式時,即為模擬控制模式,把從接收管接收到的信號經(jīng)過處理后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換輸出到驅(qū)動機(jī)構(gòu),當(dāng)布邊偏移距離比較大的時候,則執(zhí)行電機(jī)以較大的速度來調(diào)整布邊,反之以較小的速度來調(diào)整布邊偏移,而且執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速能通過串口通信來設(shè)置,這樣速度操作模式比位置操作模式更加靈活且調(diào)整偏移時更具有連
速度操作模式里有2種命令輸入模式:模擬輸入與寄存器輸入,該裝置采用模擬輸入驅(qū)動模式,由MCU輸出電壓來操縱馬達(dá)的轉(zhuǎn)速,根據(jù)設(shè)計(jì)需要,在預(yù)設(shè)DI/DO信號線選擇了SRDY、SON、ALARM、ARST、CWL、CCWL跟MCU進(jìn)行連接,如圖2所示,即P20~P26為伺服電機(jī)與MCU之間的握手信號,能滿足設(shè)計(jì)要求。
2·3硬件電路設(shè)計(jì)原理
該電路中設(shè)置內(nèi)部T0定時器工作在方式2,TL0、TH0寄存器的初值設(shè)置為0x48,同時可設(shè)置P34引腳輸出5KB的方波作為M1-M4所發(fā)射紅外光的調(diào)制信號。L1-L10檢測到有效信號時,經(jīng)過信號處理電路傳輸給單片機(jī)P1、P36、P37引腳。如果布在傳輸?shù)倪^程中發(fā)生了偏移,P2、P32、P33引腳指示燈顯示接收管狀態(tài)來判斷偏移程度,而主程序根據(jù)接收管狀態(tài)控制P7口引腳發(fā)出對應(yīng)的信號,經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為±10 V之間的電壓控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向。當(dāng)布的偏移程度較小時,則輸給電機(jī)的電壓最小,控制電機(jī)轉(zhuǎn)速最低。布的偏移較大時,則單片機(jī)控制輸給電機(jī)的電壓最高,控制電機(jī)轉(zhuǎn)速最高。
在手動模式下,根據(jù)外部指示燈的狀態(tài)來判斷布的偏移方向以及布的偏移程度,把手動調(diào)節(jié)按鈕設(shè)為3檔,即把電機(jī)分為左右轉(zhuǎn)動以及停止?fàn)顟B(tài),由操縱人員來調(diào)整布的偏移。圖中的P10、P11引腳為串行口預(yù)留接口,單片機(jī)和伺服電機(jī)可以采用串行口通信模式;也可以用于在線程序更新以及產(chǎn)品升級等。
3軟件設(shè)計(jì)
該程序主要功能是:MCU根據(jù)采集到的紅外接收管信號進(jìn)行判別布在被傳送的過程中是否發(fā)生了偏移,再根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)發(fā)送模擬電壓給伺服電機(jī)來調(diào)整布的偏移,在數(shù)據(jù)采集過程中,由于布的表面并非純平面,會引起對接收信號的干擾,主程序中設(shè)計(jì)了軟件抗干擾,并在出現(xiàn)干擾時做出標(biāo)記,供主程序分析時采用。
主程序中還可以進(jìn)行手動/自動調(diào)節(jié)選擇,當(dāng)布偏移距離較大時,操縱人
系統(tǒng)軟件用C語言編寫,開發(fā)工具使用KEIL。系統(tǒng)軟件主要完成紅外二極管的發(fā)射與接收、手動與自動調(diào)節(jié)選擇、外部事件中斷控制、抗干擾算法等功能。軟件總體框圖如圖3所示。
紅外光電探邊電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以微處理器為核心和以電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)的微機(jī)控制系統(tǒng),在不同的應(yīng)用場合受到的干擾也不同,當(dāng)紅外探邊儀在運(yùn)行時所受到的干擾超過一定限度時就會嚴(yán)重影響它的可靠性,甚至影響整個生產(chǎn)現(xiàn)場,因此在設(shè)計(jì)中采用了硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)來提高整機(jī)系統(tǒng)的可靠性。
4·1硬件抗干擾
根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及所需達(dá)到的系統(tǒng)性能,在硬件設(shè)計(jì)電路中,如微處理器和電機(jī)信號的傳遞采用了隔離技術(shù)等,因此整個系統(tǒng)采用了隔離抗干擾、接地抗干擾、濾波抗干擾、去耦抗干擾等方法。
4·2軟件抗干擾
在最初的軟件調(diào)試過程中,發(fā)現(xiàn)即使布發(fā)生了不同程度的偏移,而電機(jī)卻沒有帶動機(jī)械裝置對偏移的布進(jìn)行及時調(diào)整,由于在開始的程序設(shè)計(jì)中,只考慮理想化了的10種接收燈的狀態(tài),也有可能由于布的漫反射以及外界光的干擾造成了接收燈的一些誤碼狀態(tài),根據(jù)調(diào)試過程中的狀態(tài)以及總結(jié),編寫了軟件抗干擾函數(shù),濾除了干擾在有用信號中的影響如圖4所示,另外還采取了軟件陷阱、指令冗余等常用抗干擾方法。
5結(jié)束語
采用一組紅外光發(fā)射與接收管做成的紅外探測頭、C8051F020作為控制芯片、采用ASDA-B交流伺服電機(jī)速度模式下的模擬控制方式做成的紅外探邊系統(tǒng)。經(jīng)測試表明:該系統(tǒng)跟蹤速度快、定位精度高,產(chǎn)品具有工作可靠、適用范圍廣、壽命長、維護(hù)簡單、操縱簡單方便,還具有手動和自動調(diào)節(jié)選擇等一系列優(yōu)點(diǎn),滿足了紅外探邊儀的應(yīng)用要求。
編.gif)
