裝配圖高速噴水織布機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計
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南京工程學(xué)院
自動化學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題目：高速噴水織布機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計
專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術(shù)）
班 級： 學(xué) 號：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
起迄日期：
設(shè)計地點(diǎn)：
Graduation Design (Thesis)
Design of Singlechip Control System For the
High-speed Water Jet Loom
By
Qian Aijing
Supervised by
Associate Rrof.HUA Maofa
School of Automation
Nanjing Institute of Technology
June,2008
南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘 要
本文主要介紹了高速噴水織布機(jī)的工作原理及設(shè)計要求，敘述了噴水織布機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計過程，包括硬件電路和軟件編程，以及用Protel DXP軟件繪制電路原理圖和PCB圖的方法及步驟。
噴水織布機(jī)的硬件控制電路包括：主控電路、故障檢測電路、電磁剎車電路、整流電路及強(qiáng)電電路等。其中主控電路利用89C51單片機(jī)來控制主電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動以及風(fēng)機(jī)的啟動；故障檢測電路主要控制斷緯、左右捻邊紗斷紗、電機(jī)過熱、卷布筒張力過大等五項故障自停以及計長停車；電磁剎車電路控制織布機(jī)剎車裝置和高、低剎車電壓的轉(zhuǎn)換；整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；強(qiáng)電電路控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、兩個風(fēng)機(jī)的啟動以及星/三角啟動的轉(zhuǎn)換。
軟件控制程序包括主程序，以及中斷子程序和延時子程序。
本設(shè)計采用單片機(jī)來控制織布機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)編程對故障檢測精確度高，可隨時停機(jī)排除故障，這樣可以提高織物品質(zhì)，并且單片機(jī)控制靈活性大，操作人性化，可靠性高，價格低廉，維修方便?？蓮V泛投入市場使用。
關(guān)鍵詞：高速噴水織布機(jī)；單片機(jī)控制；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計
ABSTRACT
This paper presents the work principle and the design of the high-speed water jet loom and the design process of the control system,including the dardware and the software,and how to protract the circuit principle fig and PCB.
The hardware control circuit of the water jet loom include:the main control circuit,the malfunction check circuit,the electromagnetism brake circuit,the commute circuit,and the strong electricity circuit.The main control circuit impose the 89C51 singlechip to control the positive and negative reversal of the direct electromotor,wiht point reversal,and the start and stop of two fans. The malfunction check circuit is used to examine the break of the latitude, left and right side to twist the break yarn, the high temperature of the electrical engineering, the powerful strain of the sari tube and so on. The electromagnetism brake circuit controls the braking movement of the loom’s brake installation and the conversion of the high and low brake voltage.The commute circuit would conversion AC to DC.The strong electricity circuit control the positive and negative reversal of the direct electromotor and the conversion of the startup mode ,which can choose Y or △.
The software control classify main program ,intermit subprogram and time-lapse subprogram.
This design adopt the singlechip to control the high-speed water jet loom,which has a strong agility charanter,a human operation,a high dependability.It's so cheap and has a convenient maintain.So it can be dived into agora greatly.
Keywords：high-speed water jet loom; singlechip control; hardware design; software design
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 織布機(jī)的發(fā)展 1
1.2 織布機(jī)的控制 1
1.3 織布機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 2
1.4 本文的結(jié)構(gòu) 3
第二章 織布機(jī)概述與設(shè)計要求 4
2.1 織布機(jī)概述 4
2.1.1 噴水織布機(jī)簡介 4
2.1.2 噴水織布機(jī)噴紗原理 4
2.2 檢測的內(nèi)容與要求 4
2.3 織布機(jī)的控制要求 4
2.3.1 電機(jī)的控制 4
2.3.2 剎車的控制 6
2.3.3 指示燈要求 6
2.3.4 直流電源要求 6
第三章 織布機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計 8
3.1 設(shè)計方案的擬定 8
3.2 主控電路的設(shè)計 8
3.2.1 主控電路中單片機(jī)89C51的應(yīng)用 8
3.2.2 主控電路中光電耦合器接口電路 12
3.2.3 主控電路中固態(tài)繼電器接口電路 12
3.3 六項自停電路設(shè)計 14
3.4 電磁剎車電路設(shè)計 14
3.4.1 剎車電路中的電氣元件 14
3.4.2 剎車電路工作原理 15
3.5 強(qiáng)電控制電路設(shè)計 17
3.6 整流電路設(shè)計 18
第四章 織布機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 20
4.1 主程序設(shè)計 20
4.2 子程序設(shè)計 28
第五章 原理圖與PCB圖的繪制 34
5.1 Protel DXP的簡介 34
5.2 如何用Protel畫原理圖 34
5.2.1 原理圖的設(shè)計步驟 34
5.2.2 畫原理圖 35
5.3 織布機(jī)控制系統(tǒng)總原理圖 36
5.4 如何用protel 畫PCB圖 36
5.4.1 自動布線法畫PCB圖 37
5.4.2 部分元件的封裝說明 38
5.5 織布機(jī)控制系統(tǒng)PCB圖 39
第六章 結(jié)論 40
致謝 42
參考文獻(xiàn) 43
附錄A：英文資料 44
附錄B：英文資料翻譯 57
附錄C：硬件設(shè)計原理圖與PCB圖 63
附件： 畢業(yè)論文光盤資料
46
南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
第一章 緒 論
1.1 織布機(jī)的發(fā)展
噴水織機(jī)(如圖1.1所示)是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的一種新型無梭織機(jī)，它由捷克斯洛伐克人V.S vaty發(fā)明，1955年在布魯塞爾國際紡織機(jī)械展覽會上展出了世界上最早的一臺噴水織機(jī)樣機(jī)。1959年捷克斯洛伐克生產(chǎn)的噴水織機(jī)，扣幅只有1050mm一種，最高車速僅有400r/min。我國從本世紀(jì)70年代開始研制噴水織機(jī)。1980年，上 圖1.1 噴水織布機(jī)
海第十五絲織廠在全國首家引進(jìn)日本津田駒ZW型噴水絲織機(jī)52臺，因其具有車速高、質(zhì)量優(yōu)、看臺多、故障少、電子化顯示生產(chǎn)情況等特點(diǎn)，立即在國內(nèi)紡織界引起哄動，在絲綢行業(yè)刮起了一股噴水織機(jī)引進(jìn)風(fēng)，至1992年，全國絲織廠共引進(jìn)日本日產(chǎn)LW型噴水織機(jī)2190臺，日本津田駒ZW型噴水織機(jī)1842臺，意大利JH-1000型噴水織機(jī)120臺，捷克H175U型噴水織機(jī)20臺，噴水織機(jī)成為絲織行業(yè)引進(jìn)最多的無梭織機(jī)機(jī)種。同時，我國國產(chǎn)噴水織機(jī)銷勢也漸好，外資、民營均有，有引進(jìn)技術(shù)的，也有仿制改進(jìn)的，噴水織機(jī)在全國遍地開花。
隨著人民生活的提高，仿真絲、化纖紡絲、仿麻，仿皮的高檔服飾面料需求量大幅上升。纖織物的需求快速增長，這不但為噴水織機(jī)提供了快速發(fā)展的空間，而且因?yàn)槔w維原料和織物品種的不斷更新，人們對織造技術(shù)效率不斷提出新的要求，促使噴水織機(jī)及噴水織造技術(shù)逐步提高。經(jīng)過十多年的發(fā)展，噴水織造的技術(shù)水平出現(xiàn)了新面貌。常規(guī)大批量投產(chǎn)的織機(jī)速度已由最初的400r/min提高到1000r/min以上。
1.2 織布機(jī)的控制
為了保證織機(jī)高速、高效的生產(chǎn)各種高質(zhì)擻的產(chǎn)品，降低勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，除具備先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計與精密的機(jī)加工技術(shù)之外，完備的織機(jī)電控系統(tǒng)也是其中一個重要方面。進(jìn)入80年代后期之后，隨著微型計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，各種無梭織機(jī)的電控系統(tǒng)更加成熟與完善，以至當(dāng)前任何一臺先進(jìn)的織機(jī)都體現(xiàn)了機(jī)電一體化的完美結(jié)合。
新型織機(jī)的電控系統(tǒng)具備了下列主要功能:
1）織機(jī)工作狀態(tài)的調(diào)整、監(jiān)控及生產(chǎn)管理功能，如織機(jī)參數(shù)的設(shè)置、工藝參數(shù)的設(shè)定、織機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)測、生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、織機(jī)信息顯示等操作臺式中央計算機(jī)的鍵盤功能。
2）提高織機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量及品種適應(yīng)性的功能，如電子多臂、電子提花、電子選色、電子卷取、電子送經(jīng)、自動找梭口及防開車檔、引緯張力程控、緯紗定長及時間控制、開車補(bǔ)償、自動修緯、自動修經(jīng)等。
3）方便織機(jī)的操作與維修功能和織機(jī)的安全保護(hù)勸能等?？棛C(jī)的電氣控制系統(tǒng)是織機(jī)全部電控系統(tǒng)的強(qiáng)電部分，是織機(jī)電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)，有時織機(jī)機(jī)械控制系統(tǒng)的動力來源于控制設(shè)備，它由主電路及其控制電路組成?？棛C(jī)的電子控制系統(tǒng)是全部織機(jī)電控系統(tǒng)的弱電部分，也是其核心部分，織機(jī)各種功能的完備與否，與該機(jī)電控制技術(shù)的先進(jìn)程度密切相關(guān)。
1.3 織布機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展
織機(jī)控制技術(shù)發(fā)展到今天，經(jīng)歷了純?nèi)斯た刂啤⒓儥C(jī)械控制、機(jī)電(或機(jī)電液)控制、機(jī)電一體化、單臺計算機(jī)的集中控制、多臺微機(jī)的分級和分層控制等幾個階段。無梭織機(jī)的控制最主要的特征體現(xiàn)在新型引緯方面，且其他方面也采用了許多新技術(shù)，所以又稱為新型織機(jī)。
隨著電子控制技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，織機(jī)控制技術(shù)進(jìn)入了新的迅速發(fā)展的階段，為研制低價格、高性能的織機(jī)控制提供了可能性，為不斷提高織物質(zhì)量創(chuàng)造了條件。計算機(jī)控制技術(shù)在織機(jī)中的應(yīng)用日趨廣泛和成熟，它代表了當(dāng)今織機(jī)發(fā)展的最新水平。計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用提高了織造的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，大大降低了勞動強(qiáng)度，節(jié)省勞力，實(shí)現(xiàn)了織造工廠自動化。
織機(jī)的計算機(jī)控制技術(shù)的特點(diǎn)是利用微電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動控制，利用微機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng)完成織造參數(shù)設(shè)定、修改、現(xiàn)實(shí)、檢測、控制，使織造生產(chǎn)的管理自動化。國產(chǎn)紡織設(shè)備的機(jī)電一體化起步較晚，我國織機(jī)生產(chǎn)廠家從90年代后期，開始涉足噴水織機(jī)控制系統(tǒng)的研究開發(fā)領(lǐng)域，走技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)消化吸收、獨(dú)立開發(fā)的道路。經(jīng)過十幾年的努力，取得了一定的成績，研發(fā)出了多款噴水織機(jī)控制系統(tǒng)。與進(jìn)口噴水織機(jī)相比，在織機(jī)性能和織造織物的品種適應(yīng)性等方面還存在很大差距。從理論上研究高速噴水織機(jī)的控制系統(tǒng)，對提高國內(nèi)噴水織機(jī)的制造水平，滿足日益增長的市場要求，有重要的理論意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
織布機(jī)一般有硬件和軟件兩種控制方式。硬件控制成本雖低，但靈活性也低，機(jī)器的使用壽命也不長，維修不方便。而軟件控制，成本雖高，但可靠性也高，穩(wěn)定性也好，維修簡單，并且節(jié)省勞動力，現(xiàn)在被廣泛使用。本課題中，采用了單片機(jī)控制織布機(jī)，通過改變軟件程序就可以實(shí)現(xiàn)織布機(jī)所要求的不同功能，大大增強(qiáng)了靈活性和工作效率。
1.4 本文的結(jié)構(gòu)
本文圍繞高速噴水織布機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，介紹了織布機(jī)的發(fā)展概況，噴水織布機(jī)的工作原理，控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計，軟件流程圖的繪制與程序的編寫，并介紹了如何使用Protel DXP繪制原理圖和PCB圖。全文分六章，各章內(nèi)容如下：
第一章為緒論，主要介紹織布機(jī)的發(fā)展及其控制技術(shù)；
第二章為織布機(jī)概述與設(shè)計要求，主要介紹了織布機(jī)工作原理與檢測要求，以及對織布機(jī)的控制要求進(jìn)行闡述；
第三章為控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計部分，詳細(xì)說明了硬件部分的設(shè)計情況，包括設(shè)計方案的確定，主控制電路、整流電路及強(qiáng)電控制電路部分的設(shè)計與分析；
第四章為控制系統(tǒng)軟件設(shè)計部分，包括主程序、子程序流程圖的繪制，主程序、中斷子程序、延時子程序的編寫；
第五章為Protel DXP的應(yīng)用，介紹了Protel DXP，以及如何應(yīng)用Protel DXP繪制系統(tǒng)原理圖及PCB圖；
第六章主要是結(jié)論，對論文的總結(jié)以及做畢業(yè)設(shè)計的感想。
第二章 織布機(jī)概述與設(shè)計要求
2.1 噴水織布機(jī)概述
2.1.1 噴水織布機(jī)簡介
織布機(jī)分梭織機(jī)、噴水織機(jī)和噴氣織機(jī)，由于梭織慣性大、效率低，基本已淘汰，目前織布機(jī)多為噴水織機(jī)和噴氣織機(jī)，兩者工作原理基本相同。
2.1.2 噴水織布機(jī)噴紗原理
噴水織機(jī)是利用高壓水與緯紗之間的摩擦力，拉動緯紗穿過交錯排列好的上下交替運(yùn)動的一根根經(jīng)紗，交織過程中，經(jīng)紗邊交替上下運(yùn)動邊向前移動，每上下交替運(yùn)動一次，高壓水噴出一根緯紗，經(jīng)紗和緯紗繞在各自紗臺上，自動放紗，每噴出一根緯紗，剪紗刀自動將其剪斷，為使緯紗排緊，每噴一根緯紗，緊紗裝置緊紗一次，使緯紗排列緊密?？棾傻牟冀?jīng)吸水裝置吸水后，卷到前方卷布筒上。如圖2.1所示。
2.2 檢測的內(nèi)容與要求
在織布過程中，遇到故障必須立即停車，需檢測到故障有：
1）斷緯。如圖2.2所示。在正常工作中，每噴水一次，由接近開關(guān)產(chǎn)生一信號，同時探緯傳感器也相應(yīng)產(chǎn)生一信號，兩信號同時送到探緯器，若探緯器只收到接近開關(guān)信號，沒有收到探緯傳感器信號，說明已經(jīng)斷緯，此時探緯器立即發(fā)出停車信號，切斷主電機(jī)電源，隨后發(fā)出剎車信號，剎住織布機(jī)，停止運(yùn)動，以免經(jīng)紗繼續(xù)向前移動，造成排除故障重新開機(jī)后緯紗不連續(xù)，出現(xiàn)次品。
2）電機(jī)過熱。當(dāng)電機(jī)工作溫度過高，電機(jī)內(nèi)部的過熱保護(hù)裝置發(fā)出信號，電機(jī)須停機(jī)并立即剎車。
3）左右捻邊紗、纏緯紗斷紗、卷布筒張力過大，需停止、剎車。
除了上述故障發(fā)生的需要停車外，當(dāng)織布長度達(dá)到設(shè)定長度的也要立即停車。
2.3 織布機(jī)的控制要求
2.3.1 電機(jī)的控制
織布機(jī)共有三臺電機(jī)：
1）主電機(jī)。主要為織布機(jī)運(yùn)動裝置提供運(yùn)動以及動力。起動時，有兩種
圖2.1高速噴水織布機(jī)工作原理
方式：①Y型起動，正常工作時也為Y型；②△－Y型起動，△型起動（起動快），經(jīng)延時后切換成Y型正常運(yùn)轉(zhuǎn)，起動方式可由操作者選擇。
2）風(fēng)機(jī)電機(jī)。共兩臺，一只吹風(fēng)，一只吸風(fēng)，將吹風(fēng)機(jī)吹出的水汽吸走。
調(diào)整織布機(jī)各個運(yùn)動機(jī)構(gòu)位置時，可正、反點(diǎn)動主電機(jī)，此時，風(fēng)機(jī)電機(jī)不需起動?？棽紩r，要先啟動風(fēng)機(jī)電機(jī)，后啟動主電機(jī)，否則主電機(jī)不起動。（另外，調(diào)整織布機(jī)，剎車裝置要松開，否則不能點(diǎn)動。織布時，剎車裝置處在松開的有效狀態(tài)。）
圖2.2 壓水及斷緯故障檢測示意圖
2.3.2 剎車的控制
剎車裝置為電磁鐵，啟動主電機(jī)織布時，剎車裝置必須處于有效狀態(tài)，即遇到故障的停車能立即剎車，當(dāng)剎車裝置處于無效狀態(tài)時，主電機(jī)不能啟動。點(diǎn)動調(diào)整織布機(jī)時，剎車也應(yīng)處于有效狀態(tài)，松開點(diǎn)動按鈕后，能立即剎住織布機(jī)。當(dāng)剎車裝置處于無效狀態(tài)時，可用于手工盤動織布機(jī)，以調(diào)整織布機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)裝置。
2.3.3 指示燈要求
織布機(jī)由四只指示燈，紅色作電源指示，接通電源后，該燈亮；黃色作織布指示，正常工作時，該燈不停閃爍，斷緯停車后，該燈只亮不閃爍；綠色作電機(jī)過熱、捻邊紗、纏緯紗斷紗指示，故障發(fā)生后停車時，該燈亮，故障不發(fā)生不亮；藍(lán)色作計長指示，設(shè)定長度達(dá)到后停車時指示，長度未到，不停車，燈不亮。
2.3.4 直流電源要求
控制系統(tǒng)所需要電源由四種直流電源：單片機(jī)工作電壓5V，探緯器工作電壓12V，控制按鈕工作電壓12V，剎車裝置直流電壓110V。上述四種直流電壓經(jīng)變壓器、整流后獲得。剎車時，加在電磁鐵上的電壓為110V，停車后，降為24V，這是通過控制系統(tǒng)軟件，使電磁鐵線圈處于通－斷－通－斷……工作狀態(tài)，靠改變通、斷時間以使線圈的平均電壓為24V。如圖2.3所示。
圖2.3剎車電壓
第三章 織布機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計
3.1 設(shè)計方案的擬定
根據(jù)任務(wù)書要求，對織布機(jī)控制系統(tǒng)電路進(jìn)行設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)電路分三個電路：主控電路、強(qiáng)電電路和整流電路。主控電路利用CPU為89C51的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、正反點(diǎn)動、風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、電磁剎車、故障檢測自停，以光電耦合器作為隔離單片機(jī)系統(tǒng)與輸入輸出部分的控制元件?？刂葡到y(tǒng)輸出口與強(qiáng)電電路接口為固態(tài)繼電器。整流電路主要由變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓器等組成，用來實(shí)現(xiàn)三相交流電到5v（單片機(jī)工作電壓），12v（探緯器工作電壓），12v（控制按鈕工作電壓），110v（剎車裝置直流電壓）的轉(zhuǎn)換。強(qiáng)電部分主要利用電氣控制原理實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，包括電氣保護(hù)元件、接觸器開關(guān)、電機(jī)等。
3.2 主控電路的設(shè)計
主控電路主要利用89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)主電機(jī)正反轉(zhuǎn)、正反點(diǎn)動、風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、電磁剎車、故障檢測自停，以光電耦合器作為隔離單片機(jī)系統(tǒng)與輸入輸出部分的控制元件，并在電機(jī)控制信號輸出電路當(dāng)中采用了固態(tài)繼電器與電機(jī)控制強(qiáng)電電路進(jìn)行連接。主控電路如圖3.1所示。
3.2.1 主控電路中單片機(jī)89C51的應(yīng)用
AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的程序存儲器和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容MCS－51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[1]。
如圖3.2所示，89C51共有40條引腳。其引腳的說明如下：
1.電源引腳VCC和GND（共2根）
VCC （40腳）：接＋5V電壓。
GND（20腳）：接地。
2.外接晶體引腳XTAL1和XTAL2（共2根）
XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接連到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。原理圖中，XTAL2接振蕩信號，
圖3.1主控電路圖
XTAL1接地。其使用了12MHz晶振，則根據(jù)單片機(jī)CPU的工作時序，其4個周期的具體值計算如下：
振蕩周期=；
時鐘周期=；
機(jī)器周期=；
指令周期=。
3.控制和復(fù)位引腳ALE、、和RST（共4根）
ALE（30腳）：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。
圖3.2 89C51引腳圖
（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。
（31腳）：外部訪問允許。
RST （9腳）：復(fù)位信號輸入端（高電平有效）。
4. I/O口引腳P0、P1、P2、P3
P0口：P0口是一組8位漏極開路輸出型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8?個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”時，又可作高阻抗輸入端用。
P1口：P1口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。
P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器時或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX?@DPTR，A）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行?MOVX?@R1，A）時，P2口線上的內(nèi)容（特殊功能寄存器SFR區(qū)中的R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。
P3口：P3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。
根據(jù)任務(wù)書要求，本設(shè)計所應(yīng)用引腳功能見表3.1：
表3.1 引腳功能說明
端口引腳
功能說明
端口引腳
功能說明
VCC
工作電壓＋5V
P1.5
控制左絞故障自停
GND
接地
P1.6
控制纏緯故障自停
P0.0
控制計長指示燈
P1.7
控制張力過大自停
P0.1
控制五項自停指示燈
P2.0
控制高壓剎車
P0.2
控制探緯指示燈
P2.1
控制低壓剎車
P0.3
控制電源指示燈
P2.2
控制繼電器YKM輸出電路
P0.4
控制繼電器KM0輸出電路
P3.1
控制主電機(jī)反轉(zhuǎn)點(diǎn)動
P0.5
控制繼電器FKM輸出電路
P3.2
控制系統(tǒng)停車
P0.6
控制繼電器ZKM輸出電路
P3.3
控制主電機(jī)正轉(zhuǎn)點(diǎn)動
P0.7
控制繼電器ΔKM輸出電路
P3.4
接近開關(guān)信號
RST
控制系統(tǒng)復(fù)位
P3.5
控制風(fēng)機(jī)啟動
P1.0
手動控制六項自停
P3.6
剎車開關(guān)信號
P1.1
手動控制主電機(jī)Y-Δ啟動
P3.7
控制系統(tǒng)停止
P1.2
控制計長自停
XTAL1
接振蕩器
P1.3
控制電機(jī)過熱自停
XTAL2
接振蕩器
P1.4
控制右絞故障自停
3.2.2 主控電路中光電耦合接口電路
1. 光電耦合器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)
圖3.3 光電耦合器的結(jié)構(gòu)和符號
光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。如圖3.3所示。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。
2.光電耦合器接口電路
當(dāng)用微處理器輸出去控制大功率電器時，要將強(qiáng)電與弱電隔離，一般由光隔離和磁隔離兩種。本設(shè)計中采用光電隔離。由光電耦合器組成的光電耦合電路應(yīng)用（以控制風(fēng)機(jī)啟動為例）如圖3.4所示圖中光耦為晶體管輸出型光電耦合器。光電晶體管以光取代基極電流，作為晶體管的輸入，當(dāng)光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光時，光電晶體管受光的影響在cb和ce間會有電流流過，電流受光照強(qiáng)度控制。光電耦合器將單片機(jī)89C51系統(tǒng)與控制開關(guān)隔離，使兩部分的電流相互獨(dú)立。由于光電耦合器是電流型輸出，不受輸出端工作電壓的影響，因此可以用于不同電平的轉(zhuǎn)換。
圖中，當(dāng)開關(guān)閉合時，發(fā)光二極管通電發(fā)光，受光部分受光導(dǎo)通，P3.5低電平有效；當(dāng)開關(guān)斷開，光耦輸入端電流為0，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，輸出相當(dāng)于開門，P3.5為高電平。電阻RI1起限流保護(hù)作用。
3.2.3 主控電路中固態(tài)繼電器接口電路
固態(tài)繼電器是一種新型無觸電繼電器。它是隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展產(chǎn)生的以弱控強(qiáng)新型電子器件。同時又為強(qiáng)、弱之間提供良好的隔離，從而確保
圖3.4控制系統(tǒng)電路中的光耦接口電路
電子電路和人身的安全。
固態(tài)繼電器利用電子元器件的電磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應(yīng)管，單項可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花地接通和斷開被控電路。固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。其輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。
固態(tài)繼電器接口電路如圖3.5所示。
繼電器的輸入為單片機(jī)的邏輯電平，信號經(jīng)光電耦合器耦合后，經(jīng)驅(qū)動三極管進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使輸出的驅(qū)動電壓能夠適應(yīng)繼電器線圈的要求。圖中PNP三極管為固態(tài)繼電器的驅(qū)動管。當(dāng)89C51的P0.4口為低電平時，經(jīng)光耦耦合，加在PNP基極的電位低于發(fā)射極，三極管導(dǎo)通，固態(tài)繼電器導(dǎo)通，接觸器KM0線圈得電，KM0常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)運(yùn)行。繼電器動作時，對電源有一定的干擾，為了提高單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性，在單片機(jī)和繼電器之間用光耦隔離，使兩部分的電源相互獨(dú)立。避免輸出部分電源變化對單片機(jī)電源的影響，減少系統(tǒng)所受干擾，提高系統(tǒng)可靠性。
圖3.5固態(tài)繼電器接口電路
3.3 六項自停電路設(shè)計
六項自停電路是用于在系統(tǒng)織布過程中，發(fā)生故障時，使系統(tǒng)停車并剎車。該電路主要檢測故障包括：斷緯、電機(jī)過熱、左、右捻邊紗、纏緯紗斷紗、卷布筒張力過大以及計長信號等。電路如圖3.6所示。
圖中，P1.0為手動控制六項自停電路。當(dāng)故障檢測需要停車時，開關(guān)S0閉合；不需要停車時，開關(guān)S0打開。P1.2-P1.7口為自動控制六項自停電路，分別為計長、電機(jī)過熱、右絞故障、左絞故障、纏緯故障、張力過大自停。其中，有3只指示燈，探緯指示、五項自停指示、計長指示來指示故障?？棽紮C(jī)運(yùn)行時，將P1.0常開開關(guān)S0閉合，當(dāng)發(fā)生故障時，相應(yīng)的保護(hù)開關(guān)S1-S6開關(guān)閉合，使自停電路導(dǎo)通，切斷主電機(jī)電源，隨后發(fā)出剎車信號，剎住織布機(jī)。
3.4 電磁剎車電路設(shè)計
如圖3.7所示，為電磁剎車電路，電路主要由比較器、三極管、光耦、VMOS管、電磁鐵線圈、續(xù)流二極管、電阻電容等器件構(gòu)成。
P2.1為控制剎車開關(guān)，開剎車時，P2.1置1，關(guān)剎車時，將P2.1置0；P2.0為高低壓剎車轉(zhuǎn)換。兩引腳發(fā)出的信號，經(jīng)比較放大后，控制VMOS驅(qū)動管的導(dǎo)通與截止，以實(shí)現(xiàn)電磁剎車的打開或關(guān)閉。
3.4.1 剎車電路中的電氣元件
（1） 反向器 圖3.7中反向器74HC00為雙列14腳與非門，其中兩對作為與非門使用，為了節(jié)省資源，將剩余兩對作為非門使用。
圖3.6六項自停電路
（2）續(xù)流二極管 與電磁鐵線圈并聯(lián)的二極管起續(xù)流保護(hù)作用，電磁鐵線圈斷電時會產(chǎn)生很大的反向電動勢，會擊穿電磁鐵驅(qū)動VMOS管，加上續(xù)流二極管，電路斷路時，線圈產(chǎn)生的反向電動勢使二極管處于正向?qū)顟B(tài)，構(gòu)成回路，大大減小了線圈兩端的反向電動勢，保護(hù)VMOS管。
（3）電位器 電位器的可調(diào)，使織布機(jī)能夠準(zhǔn)確停止在某個位置。
3.4.2 剎車電路工作原理
剎車裝置為電磁鐵，啟動主電機(jī)織布時，剎車裝置必須處于有效狀態(tài)，即遇到故障的停車能立即剎車，當(dāng)剎車裝置處于無效狀態(tài)時，主電機(jī)不能啟動。點(diǎn)動調(diào)整織布機(jī)時，剎車也應(yīng)處于有效狀態(tài)，松開點(diǎn)動按鈕后，能立即剎住織布機(jī)。當(dāng)剎車裝置處于無效狀態(tài)時，可用于手工盤動織布機(jī)，以調(diào)整織布機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)裝置。
圖3.7電磁剎車電路
圖3.7所示電磁剎車電路中，P2.1控制剎車開關(guān)，P2.1控制剎車高低壓轉(zhuǎn)換。若流過兩比較器的電平均為高電平，經(jīng)過與非門輸出低電平，經(jīng)過反相器為高，則光電耦合器不導(dǎo)通，VMOS管基極為高電平，VMOS管導(dǎo)通，電磁鐵線圈通電，系統(tǒng)剎車。剎車時，通過改變P2.0的高低來實(shí)現(xiàn)電磁鐵線圈的通電、斷電，使電磁鐵線圈處于通－斷－通－斷……工作狀態(tài)，靠改變通、斷時間比使線圈的平均電壓為24V。電磁鐵導(dǎo)通情況見表3.2。
表3.2 電磁鐵導(dǎo)通情況
剎車開關(guān)
A
B
Z
剎車
開（分）
1
1
1
開
關(guān)（合）
1
0
0
關(guān)
開
0
1
0
關(guān)
關(guān)
0
0
0
關(guān)
3.5 強(qiáng)電控制電路設(shè)計
強(qiáng)電控制電路設(shè)計如圖3.8所示，主要包括空開、熱繼電器、接觸器開關(guān)、電機(jī)等，實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)機(jī)啟動，控制主電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，星/三角啟動，為直流電源提供交流電壓。
圖3.8 強(qiáng)電控制電路
1）QF為低壓斷路器俗稱自動開關(guān)，是低壓配電系統(tǒng)和電力拖動系統(tǒng)中的重要器件。它相當(dāng)于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合，集控制與多種保護(hù)于一身，具有操作安全、使用方便、工作可靠、安裝簡單、分?jǐn)嗄芰Ω叩葍?yōu)點(diǎn)[2]。
2）FR為熱繼電器，是利用電流熱效應(yīng)原理來切斷電路的保護(hù)器件。專門用來對連續(xù)運(yùn)行的電動機(jī)實(shí)現(xiàn)過載及斷相保護(hù)，以防電動機(jī)因過熱而燒毀[2]。
3）開關(guān)KM0、ZKM、FKM、YKM、ΔKM 都是接觸器的常開觸點(diǎn)，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。接觸器KM0線圈得電，KM0的常開觸點(diǎn)閉合，風(fēng)機(jī)運(yùn)行。接觸器ZKM、YKM線圈得電，ZKM、YKM的常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)并星形啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。接觸器ZKM、ΔKM線圈得電，ZKM、ΔKM的常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)并三角形啟動?？梢酝ㄟ^單片機(jī)或手動來選擇主電機(jī)啟動方式。
3.6 整流電路設(shè)計
整流電路如圖3.9所示，交流電先經(jīng)過變壓器，然后通過整流橋和穩(wěn)壓塊等得到工作需要的直流電?？刂葡到y(tǒng)需要四種直流電源：單片機(jī)工作電壓5V，
探緯器工作電壓12V，控制按鈕工作電壓12V，剎車裝置直流電壓110V。
圖3.9 整流電路
整流橋由4個二極管組成，對經(jīng)過整流變壓器變壓的交流電整流，在交流電壓的正、負(fù)半周，二極管兩兩導(dǎo)通，將交流電壓轉(zhuǎn)換成兩個同極性的單向脈動性直流電壓。
兩個電容并聯(lián)組成濾波電路，濾去整流輸出電壓中的紋波，由于電容在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器在電源電壓升高時，能把部分能量儲存起來，當(dāng)電源電壓降低時，就能把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容具有平波的作用。電路中的V5、V6是穩(wěn)壓塊，作用是使輸出的電壓不受負(fù)載變化和電網(wǎng)電壓波動的干擾的影響而保持恒定不變。其后的電解電容也起到了減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低壓干擾。
第四章 織布機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
織布機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，是以89C51單片機(jī)為控制核心，主要運(yùn)用了芯片的并行I/O 口功能、定時器功能和中斷功能。
4.1 主程序設(shè)計
1. 主程序流程圖（如圖4.1所示）
圖4.1 主程序流程圖
2.初始化程序的編寫
程序初始化的編寫，主要包括以下幾個部分：
①設(shè)定I/O口的初始狀態(tài)
②設(shè)定定時器的工作方式
③選擇工作寄存器組
④開CPU中斷
⑤清有關(guān)標(biāo)志位
編寫程序清單如下：
ORG 0000H ；
AJMP MAIN ；復(fù)位入口轉(zhuǎn)到主程序
ORG 0003H ；
AJMP IN0 ；INT0中斷入口地址為0003H
ORG 000BH ；
AJMP TT0 ；定時器0(T0)中斷入口地址為000BH
ORG 001BH ；
AJMP TT1 ；定時器1(T1)中斷入口地址為001BH
ORG 0030H ；
MAIN: CLR P0.2 ；關(guān)探緯器指示燈
CLR P2.0 ；開低壓剎車
MOV TMOD, #10H ；定時器0模式0，定時器1模式1
SETB EA ；CPU開放中斷
CLR IT0 ；電平觸發(fā)
MOV A, #00H ；所有標(biāo)志位清零
MOV 21H, A ；
其中標(biāo)志位有四個： 08H為時間常數(shù)標(biāo)志位，09H為風(fēng)機(jī)標(biāo)志位，0AH為電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位，0BH為中斷發(fā)生標(biāo)志位，分別存放在以21H為地址的單元格內(nèi)。
確定定時器方式寄存器TMOD控制字及各控制位的值：
① 定時器方式寄存器TMOD控制字
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
0
0
1
0
0
0
0
T1方式字段 T0方式字段
即TMOD控制字為#10H
②置TRx=1，啟動計數(shù)。
③置ETx=1,允許定時器/計數(shù)器中斷。
④置EA=1，CPU開中斷。
⑤置IT0=0，電平觸發(fā)。
3.主程序清單
L1: SETB P2.1 ；剎車開關(guān)開？
JNB P2.1,L1 ；
MOV TL0,#18H ；開剎車，定時器0開
MOV TH0,#0F9H ；
SETB ET0 ；
SETB TR0 ；
L2: JNB P3.5,L8 ；風(fēng)機(jī)啟動？
JB P3.3,L4 ；正轉(zhuǎn)點(diǎn)動？
CLR TR0 ；
CLR ET0 ；關(guān)定時器0
SETB P2.0 ；關(guān)剎車
JNB P2.1,L1 ；剎車開關(guān)開？
LCALL T20M ；
CLR P0.6 ；ZC動作
CLR P2.2 ；CY動作
L3: JNB P3.3,L3 ；等按鈕釋放
SJMP L6 ；
L4: JB P3.1,L7 ；反轉(zhuǎn)點(diǎn)動？
CLR TR0 ；關(guān)定時器0
CLR ET0 ；
SETB P2.0 ；關(guān)剎車
JNB P2.1,L1 ；剎車開關(guān)開？
LCALL T20M ；
CLR P0.5 ；FC動作
CLR P2.2 ；CY動作
L5: JNB P3.1,L5 ；等按鈕釋放
L6: SETB P2.2 ；
SETB P0.6 ；關(guān)電機(jī)
SETB P0.5 ；
CLR P2.0 ；開高壓剎車
LCALL T500M ；
MOV TL0,#18H ；
MOV TH0,#0F9H ；開定時器0，低壓剎車
SETB ET0 ；
SETB TR0 ；
L7: JB P2.1,L2 ；剎車開關(guān)開？
CLR TR0 ；
CLR ET0 ；關(guān)剎車，關(guān)定時器0
SETB P2.0 ；
LJMP L1 ；
L8: CLR P0.4 ；啟動風(fēng)機(jī)
SETB 09H ；風(fēng)機(jī)標(biāo)志位置1
L9: CLR 0BH ；中斷發(fā)生標(biāo)志位清0
JNB 09H,L2 ；風(fēng)機(jī)標(biāo)志位1？
JB 0AH,L10 ；正轉(zhuǎn)標(biāo)志位1？
JB P2.1,L10 ；剎車開關(guān)開？
LJMP L17 ；
L10: JNB P3.3,L11 ；正轉(zhuǎn)按鈕按下？
LJMP L15 ；
L11: SETB 0AH ；正轉(zhuǎn)標(biāo)志位置1
CLR TR0 ；
CLR ET0 ；關(guān)剎車，關(guān)定時器0
SETB P2.0 ；
CLR P2.1 ；
JB P1.1,L12 ；Δ-Y？P1.1為高電平時，轉(zhuǎn)Δ動作
LCALL T20M ；延時20ms
CLR P0.6 ；ZC、CΔ動作
CLR P0.7 ；
LCALL T500M ；延時0.5s
MOV TL1,#0B0H ；探緯指示燈開
MOV TH1,#3CH ；
SETB ET1 ；開定時器1
SETB TR1 ；
SETB EX0 ；開INT0
LJMP L13 ；
L12: LCALL T20M ；
CLR P0.6 ；ZC動作
CLR P0.7 ；CΔ動作
LCALL T500M ；
MOV TL1,#0B0H ；探緯指示燈開
MOV TH1,#3CH ；
SETB ET1 ；開定時器1
SETB TR1 ；
SETB EX0 ；開INT0
LCALL T1S ；
LCALL T1S ；延時3S
LCALL T1S ；
JB 0BH,L13 ；中斷發(fā)生？
CLR EX0 ；關(guān)中斷
JB 0BH,L13 ；中斷發(fā)生？
SETB P0.7 ；關(guān)CΔ
CLR P2.2 ；開CY
SETB EX0 ；開IN0
L13: JB P3.7,L9 ；六項自停？;
CLR EX0 ；關(guān)中斷
JB 0BH,L9 ；中斷發(fā)生？
SETB P2.2 ；
SETB P0.7 ；關(guān)全部電機(jī)
SETB P0.6 ；
SETB P0.4 ；
L14: JNB P3.4,L14 ；等待接近開關(guān)信號
CLR P2.0 ；開高壓剎車
SETB P3.6 ；
CLR TR1 ；
CLR ET1 ；關(guān)定時器1中斷
CLR P0.2 ；關(guān)探緯燈
LCALL T500M ；
MOV TL0,#18H ；開定時器0，低壓剎車
MOV TH0,#0F9H ；
SETB ET0 ；
SETB TR0 ；
CLR 09H ；風(fēng)機(jī)標(biāo)志位清0
CLR 0AH ；正轉(zhuǎn)標(biāo)志位清0
LJMP L9 ；
L15: JB 0AH,L13 ；正轉(zhuǎn)標(biāo)志位1？
JB P3.7,L9 ；停止？
SETB P0.4 ；關(guān)風(fēng)機(jī)
CLR 09H ；風(fēng)機(jī)標(biāo)志位清0
L17: SETB P0.4 ；關(guān)風(fēng)機(jī)
CLR 09H ；風(fēng)機(jī)標(biāo)志位清0
CLR TR0 ；關(guān)定時器0
CLR ET0 ；
SETB P2.0 ；關(guān)剎車
LJMP L1 ；
4.2 子程序設(shè)計
1.INT0中斷子程序
INT0中斷子程序的流程如圖4.2所示，根據(jù)其流程
編寫的程序?yàn)椋?
IN0: JB 0BH,LIN02 ；中斷發(fā)生標(biāo)志位為1，
轉(zhuǎn)LIN02
SETB P2.2 ； 圖4.2 INTO中斷子程序
SETB P0.7 ；關(guān)所有電機(jī) 流程圖
SETB P0.6 ；
SETB P0.4 ；
LIN01: JNB P3.4,LIN01 ；等待接近開關(guān)信號
CLR P2.0 ；開高壓剎車
SETB P3.6 ；
CLR TR1 ；關(guān)定時器1
CLR
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