尤菲菲王慧玲尚晓丽孙珊珊李　欣（.绥化学院信息工程学院　黑龙江绥化　506；.阜阳师范学院　安徽阜阳　3603）



基于AT89S52的纱线张力检测与控制

尤菲菲1王慧玲2尚晓丽1孙珊珊1李欣1
（1.绥化学院信息工程学院黑龙江绥化152061；2.阜阳师范学院安徽阜阳236032）

摘要：以Atmel公司的AT89S52为控制器，在分析织机基本工作原理的基础上，建立织机纱线张力仿真模型能够很好的掌握织机性能；论文利用Proteus软件平台，将采集到的结果经A/D模块转换信号编码，实现LED实时显示；并针对传统织机纱线张力检测精度低、响应慢等缺点，准确且自由地设置上、下限纱线张力；当纱线张力值超范围时，采取声光报警。设置张力自动回归算法，通过PWM信号控制电机，拉回张力至正常状态。仿真分析结果证明，此种检控技术有良好的预期效果。

关键词：AT89S52；纱线张力；实时；仿真

纺机品的模块化生产差异化发展，纺织机的节能与减排，以及各纺织企业内部技术改造[1-2]，其中必不可少的环节就是分析纱线张力、控制速度，从而更好地提高生产效率，升级纺织品档次，强化纺织品质量，促进后续加工与操作过程的顺利进行与完善[3-5]。事实证明，对纱线张力的研究与控制和对系统的速度的检测与分析，是纺织业一直探讨与不断深入研究的问题，是纺织机国产化进程中的里程碑。

一、总体设计方案

以AT89S52单片机为核心，主要模块，包括：控制器模块（CTRL），纱线张力采集模块（ARSS）和A/D转换模块(ADRR)，液晶显示模块(LCDR)，按键检测模块(KEYS)和电机驱动控制模块(DADS)，电源模块(SARS)。利用霍尔传感器，对纱线张力进行实时变化的信息采集，控制电机，保证纱线张力为正常范围值，保障纱线张力能够实时保持在正常工作状态下。

若采集到纱线张力有变化，则通过ADR模块，转换模电信号为数电信号，再和纱线张力标准值对比，超过正常范围时，对电机进行远程控制，使纱线张力实时处在正常范围值内。其中，运行、复位、张力显示等功能均由控制器键盘直接控制，并通过张力调节模块输出PWM信号来调节张力。

（一）控制器模块（CTRL）。使用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器，该控制器的最大优点在于它电压小，功耗低，价格便宜，在各类小型控制应用系统中应用广泛。本系统采用AT89S52的原因在于，相比于其他的微控制器，它体积小，性能较高，易于学习、操作与使用。而且它具有较强信息处理能力，8位的CPU和8k的Flash存储器，支持33MHZ以下频率。其中，最小系统工作原理如图1所示。

图1　单片机最小系统原理图

（二）液晶显示模块（LCDR）。张力结果显示，采用LCD液晶显示器完成。LCDR模块占用大量Input/Output端口，其控制起来较复杂，但功能相对而言则较强大。控制数据端口为P0，它能够完成命令传输，显示大量信息，且显示清晰，有操作提示，语句丰富，在人性化方面，大大提高系统的设计水平。模块还设有蜂鸣报警功能，它是采用方波形式完成，设计中利用三极管对蜂鸣器有效驱动，用红、绿色LED灯对电路进行指示操作。

（三）纱线张力采集模块（ARSS）和A/D转换模块(ADRR)。

1.纱线张力采集模块（ARSS）。根据霍尔效应，制作磁场传感器实现纱线张力采集。这里的霍尔效应，指的是一种半导体材料的性能研究方法。模块内的霍尔元件，能够输出一个较小的毫伏级霍尔电势，在系统设计中，为元件的Output端口再次接入相关放大测量电路，从而保证系统正常工作。

2.A/D转换模块(ADRR)。A/D转换器采用ADC0809，它的优点在于ADC0809为8位，由多部分组成：包括：输出（三态）锁存器，模拟8路电路开关、译码器（地址锁存）、A/D转换器。其中，多路开关为8路，能够选通的模拟通道有8个，因此它允许小于等于8处的模拟量进行分时输入，并通过A/D转换器以共用方式转换。

（四）电机驱动控制模块(DADS)和按键检测模块(KEYS)。DADS模块用采直流减速电机驱动，有效调整整个系统的纱线张力，电机驱动控制模块的核心芯片为L298N。按键设置与控制，运用独立键盘，扫描Input/Outpu口状态，对每个状态合理判断，通过程序代码实现消抖处理。其中，按键A：检测纱线张力,调整纱线张力，设置纱线张力报警最大、最小值。按键B：用于设置增加纱线张力控制范围的数值，可实现递增操作。按键C：用于设置减小纱线张力控制范围的数值，可实现递减操作。

（五）电源模块(SARS)。电源模块中，把工作电压设定为24V，作为安全电压值，稳压模块两端设置电容多个，使系统工作能够更加安全、稳定。同时由LM7805提供另一个临时稳压电压。LM7805的工作电源为5V，用于确保在突发事件时，电源有效工作，不影响纺机工作。

二、测试与仿真

（一）系统测试。根据工作原理，进行PROTEUS仿真实验，编写仿真设计代码，完成相关的测试。执行测试时，在系统的LED液晶上显示出纱线张力，读取现场纱线张力，实时判断，监控纱线张力，分析结果，测试数据显示结论如表1所示。

表1　测试数据显示结果

（二）系统仿真。由于是软件模拟仿真，采用PROTEUS软件所模拟压力传感器张力为模拟量，由A/D模数转换，与单片机实时通信并实现实时液晶显示。通过软件模拟按键，设置纱线张力的工作上、下限值，并模拟调节纱线张力。一旦纱线张力超出上限值，远程或现场控制电机左转，降低张力值；低于下限值，控制电机右转，提高张力值。整体仿真结果如图2所示。

图2　系统仿真原理图

仿真过程中的误差率如图3所示。

图3　系统仿真误差率

三、结论

系统以Atmel公司的AT89S52为控制器，以纱线张力为研究对象，将采集到的纱线张力检测信号经A/D模块转换，并进行LED实时显示；方案针对小型纱机改进，能够准确且自由地设置上、下限纱线张力；当纱线张力值超范围时，实现蜂鸣功能，进行声光报警；同时，系统可以通过PWM信号控制电机，拉回张力至正常状态。结果表明，系统设计与检测方案简单，可行性较高，成本较低。

参考文献：

[1]林邓伟，邢文生.光电鼠标芯片组在无接触检测运动物体中的应用[J].微计算机信息，2006，22(7-2):131-134.

[2]陈智博，林永忠，蔡钟山，等.光电鼠标传感器的精密测量与控制系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2009，(2):57-59.

[3]刘冬冬，姜炜，张天宏.基于光学鼠标传感器的转速测量方法研究[J].传感器与微系统，2008，27(9):21-24.

[4]刘行，缪旭红，赵帅权.纱线张力测试方法研究进展[J].棉纺织技术，2005，（1）:79-81.

[5]任泉，李伟，葛松林．光纤bragg光栅应变传感器在纱线张力测量中的应用[J]．纺织机械，2011，(1)：36-39．

[责任编辑郑丽娟]

基金项目：绥化学院科学技术研究项目（K1402007）。

作者简介：尤菲菲（1981-），女，黑龙江绥化人，绥化学院信息工程学院讲师，硕士，研究方向：计算机科学技术。

收稿日期：2015-09-29

中图分类号：TP368.1

文献标识码：A

文章编号：2095-0438（2016）2-0148-03