AT89C52單片機在捻度測量中的應用

發(fā)布時(shí)間:2010-7-26 14:37    發(fā)布者:lavida
關(guān)鍵詞: AT89C52 , 單片機 , 捻度測量
紗線(xiàn)捻度測量是紡織生產(chǎn)中重要的環(huán)節。目前紗線(xiàn)捻度普遍采用機械式和半電子化測量。該測量方法精度低、操作人員勞動(dòng)強度大、易出現錯誤操作。為適應市場(chǎng)需求和社會(huì )發(fā)展,開(kāi)發(fā)了以單片機為核心捻度測量裝置,實(shí)現捻度測量的自動(dòng)化、微型化、數字化,從而大大提高了測試精度。

1 系統原理

本裝置如圖所1示。單片機將測量的電機轉速與鍵盤(pán)設置的工作方式和初始值進(jìn)行比較判斷,調整輸出脈沖的高電平,控制直流電機的速度和啟動(dòng)停止。同時(shí)將單片機計算的電機轉速和旋轉數(捻數)通過(guò)串行方式輸出顯示。




2 系統的硬件組成

系統的硬件基本上分為三個(gè)部分:即PWM脈沖轉換電路、速度測量電路和單片機電路組成。

1)速度測量電路

本裝置中電機的轉速比較低,采用霍爾元件作為傳感器。將磁芯固定在電機的轉子上,感應部分固定在電機外殼。當轉子旋轉,磁芯接近或遠離感應器,不同的磁感應強度使感應器產(chǎn)生微小的電壓差。差分放大器將電壓差放大后送給施密特觸發(fā)器整形為脈沖信號,經(jīng)過(guò)三極管驅動(dòng)取反后作為單片機INT1的中斷源。電路如圖2所示。



T1定時(shí)/計數器設為定時(shí)方式,與軟件配合組成脈沖周期測量。外部中斷INT1產(chǎn)生時(shí),單片機讀取兩次中斷之間的時(shí)間,計算成速度和捻度輸出顯示。

2)PWM脈沖轉換電路

PWM控制系統是通過(guò)改變直流電機電樞上脈動(dòng)直流電的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小,從而控制電機的轉速。電樞電壓的平均值為:Umg= .Vcc=ρVcc, ρ= 稱(chēng)為占空比,其值由固定頻率調節脈沖寬度的方法來(lái)調節。本裝置采用H型單極受控可逆式PWM的功率轉換電路,如圖3所示。

它由四個(gè)大功率的場(chǎng)效應管和四個(gè)續流二極管組成。四個(gè)大功率的場(chǎng)效應管分為兩組,MOS1和MOS4為一組,MOS2和MOS3為一組。當MOS2、MOS3導通,MOS1、MOS4關(guān)斷,電樞電壓Umg=Vcc,電樞電流img沿方向1流通,電動(dòng)機正轉;當MOS1、MOS4導通,MOS2、MOS3關(guān)斷,電樞電壓Umg=-Vcc,電樞電流img沿方向2流通,電動(dòng)機反轉;當MOS1、MOS2關(guān)斷,MOS3、MOS4導通,Vmg=0,電樞電流img按原先方向沿3構成續流回路。圖3中場(chǎng)效應管輸入端分別與單片機的P1.6、P1.7、P0.0和P0.1連接;為了更好的續流,獲得較大的轉距,應在場(chǎng)效應管柵極加入如圖4所示的電壓波形。圖4所示的柵極電壓波形由軟件產(chǎn)生,控制電機的啟停、轉動(dòng)方向和轉速。



3)單片機和鍵盤(pán)顯示電路

本裝置采用AT89C52單片機,其性能價(jià)格比高,內部具有3個(gè)16位定時(shí)/計數器、一個(gè)串行口、8K Flash存儲器和256個(gè)字節的RAM及兩個(gè)外部中斷源,32個(gè)I/O線(xiàn),完全滿(mǎn)足系統的要求。根據系統要求,設計出如圖5所示的電路,為了提高裝置的可靠性,通過(guò)光藕將PWM功率轉換電路和單片機鍵盤(pán)顯示電路隔離,并采用兩組電源供電。為防止死機現象,外加了定時(shí)看門(mén)狗(watchdog),在程序出現“死機”或“飛逸”時(shí),系統能夠自動(dòng)進(jìn)行復位;同時(shí)定時(shí)看門(mén)狗內部的存儲器用來(lái)存儲鍵盤(pán)設置的工作方式和其他的基準值。

因為直流電機轉速都比較低,用兩個(gè)4位LED就可以滿(mǎn)足顯示的要求。顯示采用動(dòng)態(tài)工作方式,P1.0、P1.1和P1.3作為顯示端口,外接兩片CD4094進(jìn)行捻度和速度七段碼的串并轉換,經(jīng)過(guò)兩片2003驅動(dòng)送給數碼顯示器和狀態(tài)指示燈。P3.4和P3.5為鍵盤(pán)數據輸入端,P2口連接74LS138作為鍵盤(pán)和顯示器的掃描端口。



3 系統的軟件設計

軟件是配合硬件完成脈沖計數、速度與捻度顯示、鍵盤(pán)處理和轉速控制。主程序完成鍵盤(pán)處理,速度、捻度及狀態(tài)顯示。在外部中斷子程序中讀取定時(shí)/計數器T1和相關(guān)變量的值計算當前電機轉速,按一定算法調整PWM信號高電平寬度,同時(shí)根據設定的工作方式計算紗線(xiàn)捻數。在本裝置中關(guān)鍵是如何產(chǎn)生如圖4所示的PWM電壓波形,以確保電路和電機正常工作。

定時(shí)/計數器T2和T0用作PWM信號的產(chǎn)生,T2決定工作脈沖的基準周期T,T0控制工作脈沖高電平的寬度Ton,低電平寬度Toff為T(mén)2定時(shí)減去T0定時(shí)。圖3中跨接在直流電源Vcc兩端的上下兩個(gè)場(chǎng)效應管交替工作,由于場(chǎng)效應管不能立即關(guān)斷,因此,當一個(gè)場(chǎng)效應管關(guān)斷后,另一個(gè)場(chǎng)效應開(kāi)啟之前必須延時(shí)一段時(shí)間,以避免上下兩個(gè)場(chǎng)效應直通,造成短路。故對于圖4所示波形,在續流和方向改變的兩個(gè)場(chǎng)效應管交替時(shí),通過(guò)軟件定時(shí)延時(shí)t時(shí)刻。軟件代碼如下:

;T2中斷服務(wù)子程序
;T2工作于16位常數自動(dòng)重新裝入方式,決定PWM工作周期
T2_INT:JB DIRECT_FLAG,T2_BACK ;判斷正反轉
CLR P1.7 ;無(wú)反轉輸出
CLR P0.1
NOP
NOP
SETB P1.6 ;正轉輸出高電平
SETB P0.0
SJMP T2_QUIT
T2_BACK:CLR P1.6
CLR P0.0
NOP
NOP
SETB P1.7
SETB P0.1
;T0置初值,啟動(dòng)
T2_QUIT: MOV TH0, SPEEDRAMH ;T0初值由預置速度和實(shí)際測量
MOV TL0,SPEEDRAML ;速度比較后決定
SETB TR0
SETB ET0
RETI
;定時(shí)/計數器T0中斷服務(wù)子程序
;T0工作于方式1,決定PWM信號的高電平
T0_INT: JB DIRECT_FLAG,T0_BACK
CLR P1.6 ;正轉輸出低電平
NOP
NOP
SETB P0.1 ;更好的續流,獲得較大轉距
SJMP T0_QUIT
T0_BACK:CLR P1.7
NOP
NOP
SETB P0.0
T0_QUIT:CLR TR0
RETI

4 結論

本裝置的硬件電路體積小、功耗低,抗干擾能力強,具有較好的穩定性和可靠性。采用結構化的軟件設計方法;用平滑濾波算法解決速度測量的干擾問(wèn)題,實(shí)現速度平穩調節;用PWM實(shí)現較寬范圍的直流調速;采用冗余技術(shù)保證系統長(cháng)時(shí)間正常運行。經(jīng)用戶(hù)投產(chǎn)運行表明,操作方便,經(jīng)濟效益顯著(zhù),具有較強的市場(chǎng)競爭力。
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