摘要：針對當前印染行業中對紅外探邊儀精度要求高、跟蹤速度快的要求,開發了一種基于MCU C8051F020的紅外探邊儀。采用MCU C8051F020控制功能以及伺服電機速度模式下的精密控速技術,實現了基于印染流水線的探邊儀的整機功能。測試表明:該探邊儀具有性能可靠、跟蹤速度快、控制精度高、調節方便等優點,具有較高的推廣價值。
關鍵詞：紅外;C8051F020單片機;印染;伺服電機
0 引言
紅外光電探邊儀廣泛應用在紡織、印染、輕工和化工等行 業中。在紡織、印染等實際應用中,很多道工序需要精確地鎖 定布的位置才能進行后續處理,如印花、染色、整形等。布匹在 印花機、熱定型機等設備的導軌上高速移動,要鎖定布邊的位 置,一般是在進入這些設備之前用機械裝置(布鋏或針板)卡住 布邊,由于布邊在運動中是左右擺動的,紅外探邊裝置能自動 精確地跟蹤住布邊的位置,再利用機械機構鎖住布邊,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,然后進入后續的處理工序。該系統利用MCU高控功能和伺服電機速度模式的精密控速技術的結合,實現紅外探邊儀的快速跟蹤、高速調整等功能,從而提高布卷的質量。
1 紅外光電探邊設計原理
紅外光電探邊儀主要由探測裝置(紅外探頭)、執行機構 (電機調速系統)2部分組成。
1·1 紅外探頭
紅外探頭即檢測機構,采用一組紅外發射和接收對管器件,紅外發光管向布發射紅外光,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 正下方沒有布的接收管則接收不到反射光。該系統采用4個紅外發射管和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的精度。接收管接收的信號經濾波、比較電路后變為適合單片機的信號, 再經過抗干擾處理,將其反映信號轉換為執行機構的給定信號,經過D /A轉換后輸出到驅動機構。
1·2 執行電機
早期的紅外探邊儀電控系統一般采用進口的電機直流調速系統作為執行機構,直流調速具有控制簡單、起動轉矩大、調速性能好等優點,但同時也有電機成本高、換向電路不可靠、不利于工作在惡劣的工作環境等缺點。因此在本系統中,執行電 機采用ASDA-B系列交流伺服電機,ASDA-B系列為一開放 型(Open Type)伺服驅動器,本驅動器利用精密的回授控制與結合高速運算能力的數位信號處理器(Digital Signal Processor, DSP),控制IGBT產生精確之電流輸出,用來驅動三相永磁式同步交流伺服馬達(PMSM)達到精確定位。因此,此電機為一款定位精確、響應迅速、性能/價格比高的伺服電機。
2 硬件設計
2·1 MCU
基于C8051F020的紅外光電探邊儀系統的硬件設計如電路結構圖2所示。MCU采用C8051F020八位微控制器。以 CIP51微處理器為內核的C8051F020是高集成度的混合信號系 統芯片,它符合IEEE1149. 1標準,支持JTAG接口進行片內的 調試和邊界掃描,便于在線調試和運行程序。它獨有的海量 FLASH程序存儲器和數據存儲器,可在線多次重復編程,使程 序和數據的存儲更加方便。與標準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 入式系統中,運行可靠、穩定、快速、維護方便,經濟上節省。因 此不僅簡化了硬件和相應軟件的設計和調試工作,縮短了開發 周期,更重要的是使系統的穩定性和抗干擾性顯著提高。
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