CN103149857B - 一种用于纱线粗细检测的信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纱线粗细检测的信号调理电路。目前用于纱线粗细检测的信号调理电路对不同纱线的自适应性较差。本发明电路包括数控电位器控制电路、直流调零电路、仪表放大器电路。数控电位器控制电路包括一个单片机和一个数控电位器；直流调零电路包括单片机、一个电阻和一个电容；仪表放大器电路包括三个运算放大器和七个电阻。本发明电路先对单片机输出的PWM信号进行RC滤波，然后与红外接收管输出信号一起作为一对差分信号，输入到增益可控的仪表放大器电路中，从而保证了信号调理电路具有智能调零和和增益自动调整的功能。

Description

一种用于纱线粗细检测的信号调理电路

技术领域

本发明属于电子技术应用领域，具体属于纺织电子技术，具体涉及一种用于纱线粗细检测的信号调理电路。

背景技术

电子清纱器是纺织工业上用于清除有害纱疵，控制纱线质量的电子设备。电子清纱器的应用既可以监督前道工序的工作状况，还可以极大地提高后道工序的成品质量和工作效率。根据不同的检测原理，电子清纱器可以分为光电式和电容式两类。与电容式电子清纱器相比，光电式电子清纱器具有对环境温度和湿度影响小的优点。传统的光电式电子清纱器中，红外接收管的输出信号主要采用固定增益放大器电路进行信号调理，这限制了纱线粗细的检测范围，并影响了检测精度。一方面，环境中的光照度的改变和纺机工作过程中的飞花和粉尘都会引起信号的零位漂移，导致电子清纱器使用一段时间后会频繁出现纱疵的漏切和多切。另一方面，电子清纱器需要适应不同支数、不同捻度的纱线的纱疵鉴别，固定增益的放大器电路无法实现纱线支数的自适应。用专用可编程放大器（PGA）电路虽然也能调节放大器的增益，但增益调节的精度较低，且PGA电路成本较高。另外，中国专利文献CN102677237是本发明最接近现有技术。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种用于纱线粗细检测的信号调理电路。

本发明电路包括数控电位器控制电路、直流调零信号发生电路、仪表放大器电路。

数控电位器控制电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4和数控电位器X9313WS芯片U5；单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O1口与数控电位器的U/D管脚连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O2口与数控电位器的INC管脚连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O3口与数控电位器的CS管脚连接。

直流调零信号发生电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4、第二电阻R2和第一电容C1；单片机STM8S105C6T6芯片U4的PWM口与第二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端与第二运算放大器U2的同相输入端和第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地；第二电阻R2与第一电容C1构成RC低通滤波电路。

仪表放大器电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8；第一运算放大器的同相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与红外接收管输出信号VI1连接；第一运算放大器U1的反相输入端与第三电阻R3的一端和数控电位器U5的RW端连接，第一运算放大器U1的输出端与第三电阻R3的另一端和第五电阻R5的一端连接；第二运算放大器U2的反相输入端与第四电阻R4的一端和数控电位器U5的RL端连接，第二运算放大器U2的输出端与第四电阻R4的另一端和第六电阻R6的一端连接；第三运算放大器U3的反相输入端与第五电阻R5的另一端和第八电阻R8的一端连接，第三运算放大器U3的同相输入端与第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的一端连接，第三运算放大器U3的输出端与第八电阻R8的另一端连接并作为整个信号调理电路的输出V03；第七电阻R7的另一端连接到地；

仪表放大器电路中的电阻阻值应满足的关系式为：

R3＝R4

R7/R6＝R8/R5

本发明电路用单片机产生一路PWM信号（PWM口输出），再对PWM信号进行RC滤波，产生一个电压值根据占空比可控的直流调零信号。单片机还通过控制数控电位器的电阻值来调节放大器的增益。当光电接收管因外界环境的影响产生电压漂移时，单片机可通过改变PWM信号的占空比，调节零位电压，从而补偿环境引起的误差。当纱线的支数改变时，单片机可以通过调节数控电位器的电阻值使放大器的增益适应当前支数纱线的测量。PWM的产生和数控电位器的控制对单片机来说是较容易实现的，从而保证了发明电路既解决零位漂移问题，又解决了纱线支数自适应的问题，提高了纱线检测精度。

本发明的有益效果：本发明电路能够实现智能调零和增益控制，通过智能调零能够克服因环境变化和器件老化引起的纱线粗细测量误差，通过增益控制能够使该电路适应不同支数的纱线测量，该电路还有性能稳定、编程简便的优点。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于纱线粗细检测的信号调理电路，包括数控电位器控制电路、直流调零信号发生电路、仪表放大器电路。

数控电位器控制电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4和数控电位器X9313WS芯片U5；单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O1口与数控电位器的U/D管脚连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O2口与数控电位器的INC管脚连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O3口与数控电位器的CS管脚连接。

直流调零信号发生电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4、第二电阻R2和第一电容C1；单片机STM8S105C6T6芯片U4的PWM口与第二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端与第二运算放大器U2的同相输入端和第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地；第二电阻R2与第一电容C1构成RC低通滤波电路。

仪表放大器电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8；第一运算放大器的同相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与红外接收管输出信号VI1连接；第一运算放大器U1的反相输入端与第三电阻R3的一端和数控电位器U5的RW端连接，第一运算放大器U1的输出端与第三电阻R3的另一端和第五电阻R5的一端连接；第二运算放大器U2的反相输入端与第四电阻R4的一端和数控电位器U5的RL端连接，第二运算放大器U2的输出端与第四电阻R4的另一端和第六电阻R6的一端连接；第三运算放大器U3的反相输入端与第五电阻R5的另一端和第八电阻R8的一端连接，第三运算放大器U3的同相输入端与第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的一端连接，第三运算放大器U3的输出端与第八电阻R8的另一端连接并作为整个信号调理电路的输出V03；第七电阻R7的另一端连接到地；本发明电路的工作原理如下：

红外接收管的输出信号VI1输入到仪表放大器一端，作为整个电路的输入信号。单片机U4、第二电阻R2和第一电容C1构成直流调零信号发生电路，单片机产生的PWM信号经过RC低通滤波后，变为一个直流电平信号VI2，该信号的电压值与单片机产生的PWM信号的占空比正比，通过单片机程序改变PWM信号的占空比可以调节VI2的大小。第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和数控电位器U5构成一个增益可调的仪表放大器；设第一运放U1输出端电压为VO1，设第二运放U2输出端电压为VO2，数控电位器U5的输出电阻值为RX，根据运算放大器的“虚短”和“虚断”，可得VO2、VO1与VI2、VI1的关系式：

第三运算放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻

$\mathrm{VO}2-\mathrm{VO}1=(\mathrm{VI}2-\mathrm{VI}1)(1+\frac{R3+R4}{\mathrm{RX}})$

R8组成一个差分放大器，设整个信号调理电路的输出信号为VO3，根据运算放大器的“虚短”和“虚断”，可得VO3与VO1、VO2的关系式：

根据前面的关系式可得该仪表放大器输出电压VO3与输入电压VI1、VI2的关系式：

$\mathrm{VO}3=\frac{R7}{R6}(\mathrm{VO}2-\mathrm{VO}1)$

$\mathrm{VO}3=\frac{R7}{R6}(1+\frac{2R3}{\mathrm{RX}})(\mathrm{VO}2-\mathrm{VO}1)$

通过单片机程序改变PWM信号的占空比从而改变VI2的值，实现输出信号的智能调零；通过单片机程序改变数控电位器U5的电阻值RX从而调整放大器的增益，使调理电路输出一个幅值最优的信号供后级电路处理，从而提高纱线检测的精度。

Claims (1)

1. 一种用于纱线粗细检测的信号调理电路，包括数控电位器控制电路、直流调零信号发生电路、仪表放大器电路，其特征在于：

所述的数控电位器控制电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4和数控电位器X9313WS芯片U5；单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O1口与数控电位器的U/D管脚连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O2口与数控电位器的INC管脚连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的I/O3口与数控电位器的CS管脚连接；

所述的直流调零信号发生电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4、第二电阻R2和第一电容C1；单片机STM8S105C6T6芯片U4的PWM口与第二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端与第二运算放大器U2的同相输入端和第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地；第二电阻R2与第一电容C1构成RC低通滤波电路；

所述的仪表放大器电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8；第一运算放大器的同相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与红外接收管输出信号VI1连接；第一运算放大器U1的反相输入端与第三电阻R3的一端和数控电位器U5的RW端连接，第一运算放大器U1的输出端与第三电阻R3的另一端和第五电阻R5的一端连接；第二运算放大器U2的反相输入端与第四电阻R4的一端和数控电位器U5的RL端连接，第二运算放大器U2的输出端与第四电阻R4的另一端和第六电阻R6的一端连接；第三运算放大器U3的反相输入端与第五电阻R5的另一端和第八电阻R8的一端连接，第三运算放大器U3的同相输入端与第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的一端连接，第三运算放大器U3的输出端与第八电阻R8的另一端连接并作为整个信号调理电路的输出V03；第七电阻R7的另一端连接到地。