http://cnbpq.com　　紗線捻度測量是紡織生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)。目前紗線捻度普遍采用機(jī)械式和半電子化測量。該測量方法精度低、操作人員勞動強(qiáng)度大、易出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。為適應(yīng)市場需求和社會發(fā)展，開發(fā)了以單片機(jī)為核心捻度測量裝置，實(shí)現(xiàn)捻度測量的自動化、微型化、數(shù)字化，從而大大提高了測試精度。
　　
　　1 系統(tǒng)原理
　　本裝置如圖所1示。單片機(jī)將測量的電機(jī)轉(zhuǎn)速與鍵盤設(shè)置的工作方式和初始值進(jìn)行比較判斷，調(diào)整輸出脈沖的高電平，控制直流電機(jī)的速度和啟動停止。同時(shí)將單片機(jī)計(jì)算的電機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)數(shù)（捻數(shù)）通過串行方式輸出顯示。
　　

　　
　　2 系統(tǒng)的硬件組成
　　系統(tǒng)的硬件基本上分為三個(gè)部分：即pwm脈沖轉(zhuǎn)換電路、速度測量電路和單片機(jī)電路組成。
　　1）速度測量電路
　　本裝置中電機(jī)的轉(zhuǎn)速比較低，采用霍爾元件作為傳感器。將磁芯固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，感應(yīng)部分固定在電機(jī)外殼。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁芯接近或遠(yuǎn)離感應(yīng)器，不同的磁感應(yīng)強(qiáng)度使感應(yīng)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)過三極管驅(qū)動取反后作為單片機(jī)int1的中斷源。電路如圖2所示。
　　

　　t1定時(shí)/計(jì)數(shù)器設(shè)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(jī)讀取兩次中斷之間的時(shí)間，計(jì)算成速度和捻度輸出顯示。
　　
　　2）pwm脈沖轉(zhuǎn)換電路
　　pwm控制系統(tǒng)是通過改變直流電機(jī)電樞上脈動直流電的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電樞電壓的平均值為：umg= .vcc=ρvcc, ρ= 稱為占空比，其值由固定頻率調(diào)節(jié)脈沖寬度的方法來調(diào)節(jié)。本裝置采用h型單極受控可逆式pwm的功率轉(zhuǎn)換電路，如圖3所示。
　　它由四個(gè)大功率的場效應(yīng)管和四個(gè)續(xù)流二極管組成。四個(gè)大功率的場效應(yīng)管分為兩組，mos1和mos4為一組，mos2和mos3為一組。當(dāng)mos2、mos3導(dǎo)通，mos1、mos4關(guān)斷，電樞電壓umg=vcc，電樞電流img沿方向1流通，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)mos1、mos4導(dǎo)通，mos2、mos3關(guān)斷，電樞電壓umg=-vcc，電樞電流img沿方向2流通，電動機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)mos1、mos2關(guān)斷，mos3、mos4導(dǎo)通，vmg=0，電樞電流img按原先方向沿3構(gòu)成續(xù)流回路。圖3中場效應(yīng)管輸入端分別與單片機(jī)的p1.6、p1.7、p0.0和p0.1連接；為了更好的續(xù)流，獲得較大的轉(zhuǎn)距，應(yīng)在場效應(yīng)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(jī)的啟停、轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。
　　

　　
　　3）單片機(jī)和鍵盤顯示電路
　　本裝置采用at89c52單片機(jī)，其性能價(jià)格比高，內(nèi)部具有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)串行口、8k flash存儲器和256個(gè)字節(jié)的ram及兩個(gè)外部中斷源，32個(gè)i/o線，完全滿足系統(tǒng)的要求。根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出如圖5所示的電路，為了提高裝置的可靠性，通過光藕將pwm功率轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)鍵盤顯示電路隔離，并采用兩組電源供電。為防止死機(jī)現(xiàn)象，外加了定時(shí)看門狗(watchdog)，在程序出現(xiàn)“死機(jī)”或“飛逸”時(shí)，系統(tǒng)能夠自動進(jìn)行復(fù)位；同時(shí)定時(shí)看門狗內(nèi)部的存儲器用來存儲鍵盤設(shè)置的工作方式和其他的基準(zhǔn)值。
　　因?yàn)橹绷麟姍C(jī)轉(zhuǎn)速都比較低，用兩個(gè)4位led就可以滿足顯示的要求。顯示采用動態(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(zhuǎn)換，經(jīng)過兩片2003驅(qū)動送給數(shù)碼顯示器和狀態(tài)指示燈。p3.4和p3.5為鍵盤數(shù)據(jù)輸入端，p2口連接74ls138作為鍵盤和顯示器的掃描端口。
　　

　　
　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　軟件是配合硬件完成脈沖計(jì)數(shù)、速度與捻度顯示、鍵盤處理和轉(zhuǎn)速控制。主程序完成鍵盤處理，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(jì)數(shù)器t1和相關(guān)變量的值計(jì)算當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，按一定算法調(diào)整pwm信號高電平寬度，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的工作方式計(jì)算紗線捻數(shù)。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(jī)正常工作。
　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器t2和t0用作pwm信號的產(chǎn)生，t2決定工作脈沖的基準(zhǔn)周期t，t0控制工作脈沖高電平的寬度ton，低電平寬度toff為t2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)場效應(yīng)管交替工作，由于場效應(yīng)管不能立即關(guān)斷，因此，當(dāng)一個(gè)場效應(yīng)管關(guān)斷后，另一個(gè)場效應(yīng)開啟之前必須延時(shí)一段時(shí)間，以避免上下兩個(gè)場效應(yīng)直通，造成短路。故對于圖4所示波形，在續(xù)流和方向改變的兩個(gè)場效應(yīng)管交替時(shí)，通過軟件定時(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(shù)自動重新裝入方式，決定pwm工作周期
　　t2_int：jb direct_flag,t2