CN105953761A - 一种用于纱线长度检测的信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纱线长度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、运算放大电路、电压跟随电路、高通滤波电路和滞回比较器电路。数控电位器控制电路包括一个单片机和一个数控电位器；运算放大电路包括一个运算放大器、一个数控电位器和两个电阻；电压跟随器包括一个运算放大器、一个电阻和一个单片机；高通滤波器电路包括一个运算放大器、四个电阻和三个电容；滞回比较器电路包含一个运算放大器和四个电阻。本发明电路能够实现放大器增益的自动控制，能够克服因环境变化和器件老化引起的纱线长度测量误差，提高环境的适应能力和器件的使用寿命，同时该电路还有性能稳定、编程简便的优点。

Description

一种用于纱线长度检测的信号调理电路

技术领域

本发明属于属于纺织电子技术邻域，具体涉及一种用于储纬器纱线长度检测的信号调理电路，主要用于电子储纬器中放出的纱线圈数信号的调理。

背景技术

储纬器是纺织工业上织布机完成引纬动作的关键设备之一，对织物的品质有重要的影响。电子储纬器主要完成存储纬纱，定长纬纱和平衡张力的功能。根据定长纬纱方式的不同，电子储纬器可以分为电子鼓式测长储纬器和具有自主功能的储纬器。与前者相比，后者不需要和织机保持同步，可以使用红外光电系统自主检测纱线长度，具有控制更加简单灵活的优点。传统的光电检测电路中，红外接收管的信号调理电路的放大器增益不可自动调整，对环境的适应能力差，对器件老化补偿能力差。红外发光管的老化使发光量减少和织机工作过程中的飞花和粉尘都会引起信号的零位漂移，导致储纬器使用一段之间之后会频繁出现长短纬异常，影响织物品质和生产效率。

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长度检测的信号调理电路。

本发明一种用于纱线长度检测的信号调理电路，包括数控电位器控制电路、运算放大器电路，电压跟随电路，高通滤波电路和滞回比较电路。

数控电位器控制电路包括单片机STM32F103VCT6芯片U1和数控电位器U2；单片机STM32F103VCT6芯片U1的I/O1口与数控电位器的CS管脚连接，单片机STM32F103VCT6芯片U1的SCK口与数控电位器的SCK管脚连接，单片机STM32F103VCT6芯片U1的DIN口与数控电位器的DIN管脚连接。

运算放大电路包括集成运算放大器U3、第一电阻R1和第二电阻R2；集成运算放大器U3的正向输入端与第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端相连； 第一电阻R1的另一端与5V电源连接；第二电阻R2的另一端与地连接；第一电阻R1和第二电阻R2构成分压电路；集成运算放大器U3的反向输入端与光电接收管输入端SENSOR_O和数控电位器U2的RL相连；集成运算放大器U3的输出端与数控电位器U2的RW端和集成运算放大器U4的正向输入端相连；

电压跟随电路包括一个运算放大器U4和第三电阻R3；运算放大器U4的反向输入端与单片机STM32F103VCT6芯片U1的ADC管脚和运算放大器U4的输出管脚相连；运算放大器U4的输出端和第三电阻R3的一端相连。

高通滤波电路包括集成运算放大器U5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7。第一电容C1的一端与第三电阻R3的另一端连接，第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端和第四电阻R4相连；第四电阻R4的另一端与地相连；第二电容C2的另一端与第七电阻R7的一端、集成运算放大器U5的输出端相连；集成运算放大器的反向输入端与第七电阻R7的另一端、第三电容C3的另一端连接；集成运算放大器U5的正向输入端与第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端相连；第五电阻R5的另一端与5V电源相连；第六电阻R6的另一端和地相连；第五电阻R5和第六电阻R6组成分压电路。

滞回比较器电路包括集成运算放大器U6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11；集成运算放大器U6的反向输入端和集成运算放大器U5的输出端相连；集成运算放大器的正向输入端与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端相连；第八电阻R9的另一端与5V电源相连；第九电阻R9的另一端与地相连；第十电阻R10的另一端与集成运算放大器U6的输出端和第十一电阻R11的一端相连；第十一电阻R11的另一端与单片机STM32F103VCT6芯片U1的I/O2管脚相连。

本发明电路用单片机的SPI接口来控制数控电位器，通过调节电位器的阻值来调节放大电路的放大增益。当发光管老化或者环境粉尘引起接收管光强度接收变化，在电位器阻值不变的情况下，单片机通过内部ADC检测运算放大电路的输出电压。当电压低于(或高于)目标阈值时，单片机可以通过SPI接口增大(或减小)数字电位器的阻值，提高(或降低)放大电路的增益，使放大电路的输出电压重新回到目标阈值之内。当纱线经过光电管时，接收管接收到的光强度减弱，所以会产生一个微小的电流跌落。运算放大电 路将光电接收管的电流信号转化为电压信号，该电压输入后极电压跟随电路来降低输出阻抗，提高驱动能力。由于电机运行时会产生反电动势，耦合到电路中会使电路会产生一个低频的干扰信号，高通滤波电路可以将该干扰信号有效的滤除，滤波之后只留下纱线信号。由于模拟信号不利于单片机处理，滞回比较电路可以将模拟信号转化为数字信号方便单片机处理。SPI接口控制数控电位器对单片机来说是较容易实现的，从而保证了发明电路提高了接收管对环境的自适应能力，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放大器增益的自动控制，能够克服因环境变化和器件老化引起的纱线长度测量误差，提高环境的适应能力和器件的使用寿命，同时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，

一种用于纱线长度检测的信号调理电路，包括数控电位器控制电路、运算放大器电路，电压跟随电路，高通滤波电路和滞回比较电路。

数控电位器控制电路包括单片机STM32F103VCT6芯片U1和数控电位器U2；单片机STM32F103VCT6芯片U1的I/O1口与数控电位器的CS管脚连接，单片机STM32F103VCT6芯片U1的SCK口与数控电位器的SCK管脚连接，单片机STM32F103VCT6芯片U1的DIN口与数控电位器的DIN管脚连接。

运算放大电路包括集成运算放大器U3、第一电阻R1和第二电阻R2；集成运算放大器U3的正向输入端与第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端相连；第一电阻R1的另一端与5V电源连接；第二电阻R2的另一端与地连接；第一电阻R1和第二电阻R2构成分压电路；集成运算放大器U3的反向输入端与光电接收管输入端SENSOR_O和数控电位器U2的RL相连；集成运算放大器U3的输出端与数控电位器U2的RW端和集成运算放大器U4的正向输入端相连；

电压跟随电路包括一个运算放大器U4和第三电阻R3；运算放大器U4的反向输入端与单片机STM32F103VCT6芯片U1的ADC管脚和运算放大器U4的输出管脚相连；运算放大器U4的输出端和第三电阻R3的一端相连。

高通滤波电路包括集成运算放大器U5、第一电容C1、第二电容C2、第三 电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7。第一电容C1的一端与第三电阻R3的另一端连接，第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端和第四电阻R4相连；第四电阻R4的另一端与地相连；第二电容C2的另一端与第七电阻R7的一端、集成运算放大器U5的输出端相连；集成运算放大器的反向输入端与第七电阻R7的另一端、第三电容C3的另一端连接；集成运算放大器U5的正向输入端与第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端相连；第五电阻R5的另一端与5V电源相连；第六电阻R6的另一端和地相连；第五电阻R5和第六电阻R6组成分压电路。

滞回比较器电路包括集成运算放大器U6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11；集成运算放大器U6的反向输入端和集成运算放大器U5的输出端相连；集成运算放大器的正向输入端与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端相连；第八电阻R9的另一端与5V电源相连；第九电阻R9的另一端与地相连；第十电阻R10的另一端与集成运算放大器U6的输出端和第十一电阻R11的一端相连；第十一电阻R11的另一端与单片机STM32F103VCT6芯片U1的I/O2管脚相连。

本发明电路的工作原理如下：

红外接收管由运算放大电路供电，根据运算放大器的“虚短”特性，供电电压为VO1。当储纬器上电时，单片机通过ADC管脚采集电压跟随电路的输出电压VO3，根据采集的电压调节数字电位器的阻值，使电压跟随电路的输出电压在一个合适的电位上，以利于后级电路对信号的处理。根据电压跟随器的特性，电压跟随器的输出电压VO3等于其输入电压VO2。当纱线掠过红外接收管时，接收管由于接收到的光线被纱线挡住而减弱，使流进接收管的电流下降，同时使流过数字电位器的电流减弱造成运算放大器输出端的电压VO2下降。VO2输入到电压跟随器输出VO3，电压保持不变。后级的高通滤波电路通过二阶滤波，将由于电机运行时产生反电动势耦合到电路中的低频信号滤除，留下纱线信号。后级的滞回比较器电路将高通滤波后的模拟信号转化为数字信号。比较器的阈值由第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10决定。

光电接收管的输入电压VO1为：

$VO1=5*\frac{R2}{R2+R1}$

VO3电压会耦合进电机转动产生的反电动势，相对于纱线信号，这时一个低频的干扰信号，所以VO3要经过高通滤波器滤除低频信号产生VO4，这时一个模拟量，由于驱动电机的斩波信号会耦合其中，所以要根据干扰信号的幅度和纱线信号的幅度，设计一个滞回比较器电路，当纱线信号幅度大于阈值时，滞回比较器电路输出一个下降沿给单片机，表示有一圈纱线被带出储纬器。单片机按照计算滞回比较器输出下降沿的数量来计算纱线带出的圈数，由此来检测纱线的长度，帮助实现纬纱定长的功能。

Claims (1)

1.一种用于纱线长度检测的信号调理电路，包括数控电位器控制电路、运算放大器电路，电压跟随电路，高通滤波电路和滞回比较电路。

其特征在于：数控电位器控制电路包括单片机STM32F103VCT6芯片U1和数控电位器U2；单片机STM32F103VCT6芯片U1的I/O1口与数控电位器的CS管脚连接，单片机STM32F103VCT6芯片U1的SCK口与数控电位器的SCK管脚连接，单片机STM32F103VCT6芯片U1的DIN口与数控电位器的DIN管脚连接。

运算放大电路包括集成运算放大器U3、第一电阻R1和第二电阻R2；集成运算放大器U3的正向输入端与第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端相连；第一电阻R1的另一端与5V电源连接；第二电阻R2的另一端与地连接；第一电阻R1和第二电阻R2构成分压电路；集成运算放大器U3的反向输入端与光电接收管输入端SENSOR_O和数控电位器U2的RL相连；集成运算放大器U3的输出端与数控电位器U2的RW端和集成运算放大器U4的正向输入端相连；

电压跟随电路包括一个运算放大器U4和第三电阻R3；运算放大器U4的反向输入端与单片机STM32F103VCT6芯片U1的ADC管脚和运算放大器U4的输出管脚相连；运算放大器U4的输出端和第三电阻R3的一端相连。

高通滤波电路包括集成运算放大器U5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7。第一电容C1的一端与第三电阻R3的另一端连接，第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端和第四电阻R4相连；第四电阻R4的另一端与地相连；第二电容C2的另一端与第七电阻R7的一端、集成运算放大器U5的输出端相连；集成运算放大器的反向输入端与第七电阻R7的另一端、第三电容C3的另一端连接；集成运算放大器U5的正向输入端与第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端相连；第五电阻R5的另一端与5V电源相连；第六电阻R6的另一端和地相连；第五电阻R5和第六电阻R6组成分压电路。

滞回比较器电路包括集成运算放大器U6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11；集成运算放大器U6的反向输入端和集成运算放大器U5的输出端相连；集成运算放大器的正向输入端与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端相连；第八电阻R9的另一端与5V电源相连；第九电阻R9的另一端与地相连；第十电阻R10的另一端与集成运算放大器U6的输出端和第十一电阻R11的一端相连；第十一电阻R11的另一端与单片机STM32F103VCT6芯片U1的I/O2管脚相连。