CN106939455B - 环锭细纱机断纱检测电路 - Google Patents

环锭细纱机断纱检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环锭细纱机断纱检测电路。本发明包括电源模块、微处理器模块、通讯模块、报警模块、信号检测模块和运算放大模块，当属于铁磁性物质的钢丝圈经过信号检测模块时，信号检测模块把钢丝圈引起的磁场的矢量变化转化为电信号传输给运算放大模块，运算放大模块对信号进行处理后传输给微处理器模块，微处理器模块对该信号进行解析得出钢丝圈是否正常转动；所述的钢丝圈由纱线牵引，并在钢领上旋转。本发明具有更高的抗干扰能力强、响应速度快、稳定性好、可靠性高、结构紧凑等优点。

Description

环锭细纱机断纱检测电路
技术领域
本发明属于纺织过程自动化的检测技术领域，涉及环锭细纱机中的一种断纱检测电路，主要用于设计环锭细纱机断纱在线智能检测传感系统。
背景技术
一直以来，传统环锭纺虽然不断受到转杯纺、喷气纺、涡流纺等新型纺纱技术的挑战，但由于环锭纺具有原料应用范围广、产品适纺性好、纺纱号数范围大的特点，目前仍占世界纺纱生产总量的80%以上。环锭纺之所以受到新型纺纱技术的冲击，主要原因在于单锭位产能低下，而环锭纺的产能主要受制于细纱机纺纱断头。细纱断纱后若不能及时有效处理，断纱产生的飞花不但造成原料浪费，还将影响相邻锭位成纱质量，亦有可能损坏纺纱器材，并增加能耗和用工量。
随着我国生活水平不断提高，人口红利逐步减少，劳动密集型的传统棉纺行业招工、用工困难，劳动力成本大幅上升，企业经济效益降低。因此，断头率是环锭细纱生产过程中质量控制的关键，其核心技术在于断纱的准确检测。现有断纱检测手段主要包括：钢丝圈运动光电扫描检测、钢丝圈电磁感应检测、倒纱钩摩擦热敏传感检测以及导纱钩纱条光路遮断检测等。光电扫描检测方案可通过采用调制脉冲光束，有效消除环境光的影响和干扰，但在实际应用中光束通道有可能被飞花阻挡，产生误报警；电磁感应检测方案，结构简单，不受环境因素的影响，抗干扰性好，但响应速度较低，微型化设计较难；热敏传感检测方案因热惰性大，检测灵敏度低，系统响应差，并受工况环境的影响较大；导纱钩纱条光路遮断检测方案由于采用通用的光电器件，没有专门设计光学系统，对于钢丝圈、纱条这类细小目标，其光电检测信号微弱，信噪比低，导致阈值比对电平小，影响了检测灵敏度和可靠性，对纺纱范围适应性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种环锭细纱机断纱检测电路。
本发明包括电源模块、微处理器模块、通讯模块、报警模块、信号检测模块和运算放大模块。
所述电源模块包括一个MP1584EN芯片、一个LM1117-3.3芯片；其中，外部提供的24V电源输入到MP1584EN芯片的7脚，经MP1584EN芯片的1脚连到IN5822二极管D1的一端，同时连接到功率电感L1的一端，功率电感L1的另一端再连接到电感L2的一端，电感L2的另一端和电容C5的一端连接，该连接点VCC_5V提供了由电感L2和电容C5构成的LC滤波器滤波后输出的稳定+5V电压，作为通讯模块、信号检测模块、运算放大模块以及报警模块的供电电源；VCC_5V又连接到LM1117-3.3芯片的1脚，经LM1117-3.3芯片的3脚即通过VCC_3.3V与微处理器模块连接，为微处理器模块提供3.3V的工作电源。
所述微处理器模块包括一个STM32F042芯片；STM32F042芯片的9脚、24脚、36脚以及48脚与电源模块的VCC_3.3V输出相连；STM32F042芯片的32脚和33脚分别连接通讯模块的TJA1050芯片的4脚和1脚，控制通讯模块的收发操作及收发内容；STM32F042芯片的10脚与运算放大模块的信号输出端AIN相连，采样并分析处理由运算放大模块所获取的信息；STM32F042芯片的21脚、22脚与报警模块相连，当出现断纱时，实现灯光闪烁报警。
所述通讯模块包括一个TJA1050芯片和一个电阻R9；TJA1050芯片的1脚与4脚分别与微处理器模块的33脚和32脚相连；TJA1050芯片的6脚和7脚连接外部通讯总线，电阻R9连接在TJA1050芯片的6脚与7脚之间。
所述报警模块包括一个双色发光二极管和两个9013三极管；两个9013三极管的基级分别与微处理器模块的控制引脚22脚、23脚相连；微处理器模块通过控制9013三极管的通断来控制双色发光二极管的工作状态。
所述信号检测模块包括两个磁敏电阻MR1和MR2；磁敏电阻MR1的一端接电源模块的VCC_5V输出，磁敏电阻MR1的另一端与磁敏电阻MR2的一端相连，磁敏电阻MR2的另一端接地；磁敏电阻MR1与磁敏电阻MR2连接处作为磁异信号的输出端Vout连接到运算放大模块。
所述运算放大模块包括一个LM358芯片；LM358芯片是一个双运放芯片，包括第一个运放和第二个运放；信号检测模块的磁异信号输出端Vout连接到第一个运放的2脚，信号放大后，由第一个运放的输出1脚经电阻R20连接到第二个运放的6脚，由第二个运放的输出7脚作为运算放大模块的输出端AIN连接到微处理器模块中STM32F042芯片的10脚。
本发明的工作原理：接通工作电源，信号检测模块与运算放大模块将为微处理器提供一个稳定的信号。当环锭细纱机细纱工作正常进行时，纱线将牵引钢丝圈在钢领上旋转。当属于铁磁性物质的钢丝圈经过信号检测模块时，信号检测模块会把钢丝圈引起的磁场的矢量变化转化为电信号传输给运算放大模块，运算放大模块对信号进行处理为易于微处理器模块处理的信号，微处理器模块对运算放大传输过来的信号进行解析得出钢丝圈是否正常转动。若纱线断头，则钢丝圈会处于静止状态，进而无法形成固定的磁异脉冲信号，从而得出环锭细纱机的细纱工作是否正常进行。
本发明提出的基于磁阻的断纱检测电路具有更高的抗干扰能力强、响应速度快、稳定性好、可靠性高、结构紧凑等优点。
附图说明
图1为本发明原理结构示意图；
图2为电源模块示意图；
图3为微处理器模块示意图；
图4为通讯模块示意图；
图5为报警模块示意图；
图6为信号检测模块示意图；
图7为运算放大模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，环锭细纱机断纱检测电路包括互联的电源模块1、微处理器模块2、通讯模块3、报警模块4、信号检测模块5、运算放大模块6。电源模块的24V输入由外部电源提供，通讯模块的CAN总线接口连接到外部总线。
如图2所示，电源模块1包括一个MP1584EN芯片、一个LM1117-3.3芯片。其中，外部24V电源分别与MP1584EN芯片的7脚、电容C3的一端和电阻R3的一端连接，电容C3的另一端和地线端连接，电阻R3的另一端与MP1584EN芯片的2脚、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端和地线端连接。MP1584EN芯片的6脚与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与地线端连接。MP1584EN芯片的5脚与地线端连接。MP1584EN芯片的3脚与电容C6的一端连接，电容C6的另一端与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与地线端连接。MP1584EN芯片的8脚与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与MP1584EN芯片的1脚、二极管IN5822的一端和电感L1的一端连接，二极管IN5822的另一端与接地端连接。电感L1的另一端与电容C4的一端、电阻R5的一端和电感L2的一端连接，电容C4的另一端与接地端连接，电阻R5的另一端与电阻R8的一端、MP1584EN芯片的4脚连接，电阻R8的另一端与接地端连接。电感L2的另一端与电容C5的一端、电源模块1的VCC_5V输出端和LM1117-3.3芯片的1脚连接，C5的另一端与接地端连接。LM1117-3.3V芯片的2脚与接地端连接。LM1117-3.3芯片的3脚是电源模块1的VCC_3.3V输出端。电源模块1的VCC_3.3V输出端为微处理器模块2提供3.3V电源，电源模块1的VCC_5V输出端为通讯模块3、报警模块4、信号检测模块5和运算放大模块6提供5V电源。
如图3所示，微处理器模块2包括1个STM32F042芯片。其中，STM32F042芯片的7脚与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与接地端连接。STM32F042芯片的8脚分别与电容C9的一端、电容C10的一端和接地端连接，STM32F042芯片的9脚分别与电容C9的另一端、电容C10的另一端和电源模块1的VCC_3.3V输出端连接。STM32F042芯片的10脚与运算放大模块6的输出端AIN连接。STM32F042芯片的21脚与报警模块4的一个控制端LED_R连接，STM32F042芯片的22脚与报警模块4的另一个控制端LED_G连接。STM32F042芯片的23脚分别与电容C13的一端、接地端连接，电容C13的另一端分别与STM32FO42芯片的24脚、电源模块1的VCC_3.3V输出端连接。STM32F042芯片的32脚与通讯模块3的CAN_RXD端连接，STM32F042芯片的33脚与通讯模块3的CAN_TXD端连接。STM32F042芯片的35脚与电容C7的一端、接地端连接，电容C7的另一端分别与STM32F042芯片的36脚、电源模块1的VCC_3.3V输出端连接。STM32F042芯片的44脚分别与电阻R1的一端、电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端与电源模块1的VCC_3.3V输出端连接，电阻R2的另一端与接地端连接。STM32F042芯片的47脚与电容C2的一端、接地端连接，STM32F042芯片的48脚与电容C2的另一端、电源模块1的VCC_3.3V输出端连接。
如图4所示，通讯模块3包括1个TJA1050芯片和一个电阻R9。其中，TJA1050芯片的1脚是通讯模块3的CAN_TXD端，连接微处理器模块2中STM32F042芯片的33脚。TJA1050芯片的4脚是通讯模块3的CAN_RXD端，连接微处理器模块2中STM32F042芯片的32脚。TJA1050芯片的2脚与接地端连接，TJA1050芯片的3脚与电源模块1的VCC_5V端连接。TJA1050芯片的6脚与电阻R9的一端、一个外部通讯端CAN_L连接，TJA1050芯片的7脚与电阻R9的另一端、另一个外部通讯端CAN_H连接。通讯模块3通过外部通讯端CAN_L、外部通讯端CAN_H连接到外部的通讯总线上。
如图5所示，报警模块4包括1个双色发光二极管D2、第一个9013三极管Q1和第二个9013三极管Q2。其中，报警模块4的一个控制端LED_R分别与电阻R12的一端、电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与接地端连接，电阻R12的另一端与第二个9013三极管Q2的1脚连接，第二个9013三极管Q2的2脚与接地端连接，第二个9013三极管Q2的3脚与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与双色发光二极管D2的3脚连接，双色发光二极管D2的2脚与电源模块1的VCC_5V端连接，双色发光二极管D2的1脚与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与第一个9013三极管Q1的3脚连接，第一个9013三极管Q1的2脚与接地端连接，第一个9013三极管Q1的1脚与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端分别与电阻R15的一端、报警模块4的另一个控制端LED_G连接，电阻R15的另一端与接地端连接。
如图6所示，信号检测模块5包括第一个磁敏电阻MR1和第二个磁敏电阻MR2。其中，第一个磁敏电阻MR1的一端与电源模块1的VCC_5V端连接，第一个磁敏电阻MR1的另一端分别与第二个磁敏电阻MR2的一端、信号检测模块5的输出端Vout连接。第二个磁敏电阻MR2的另一端与接地端连接。
如图7所示，运算放大模块6包括1个LM358芯片。芯片LM358是一个双运放芯片，包括第一个运算放大器U1A和第二个运算放大器U1B。电源模块1的VCC_5V端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端、电阻R18的一端、电阻R21的一端连接，电阻R16的另一端与接地端连接，电阻R18的另一端与第一个运算放大器U1A的3脚连接，电阻R21的另一端与第二个运算放大器U1B的5脚连接。信号检测模块5的输出端Vout与电容C10的一端连接，电容C10的另一端与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端分别与第一个运算放大器U1A的2脚、电容C11的一端、电阻R19的一端连接，电容C11的另一端分别与电阻R19的另一端、第一个运算放大器U1A的1脚、电容C13的一端连接，第一个运算放大器U1A的8脚分别与电源模块1的VCC_5V端、电容C12的一端连接，电容C12的另一端与接地端连接。电容C13的另一端与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端分别与第二个运算放大器U1B的6脚、电阻R22的一端、电容C14的一端连接，第二个运算放大器U1B的7脚分别与电阻R22的另一端、电容C14的另一端、运算放大模块6的输出端AIN连接，第二个运算放大器U1B的4脚与接地端连接。
本发明工作过程如下：接通工作电源，外部的24V电源输入到电源模块1，得到稳定的5V与3.3V电源为其他各模块供电。当环锭细纱机正常工作时，纱线将牵引钢丝圈在钢领上回转。当钢丝圈经过信号检测模块5时，原有稳定磁场发生变化，信号检测模块5将当前的磁场变化情况转化成电信号传送到运算放大模块6。运算放大模块6对信号进行放大，与微处理器模块2中的STM32F042芯片内置的AD采样范围相适配，微处理器模块2对运算放大的输出信号进行采样、分析和处理，得出钢丝圈是否正常转动以及钢丝圈的回转速度。当细纱过程出现断纱时，则钢丝圈会处于静止状态，此时信号检测模块5无法检出固定的磁异脉冲信号，微处理器模块2据此判断出环锭细纱机的细纱工作异常，即出现了断头。当环锭细纱机正常工作时，报警模块会亮绿灯，提示此时设备工作正常。若断纱发生，报警模块会亮红灯，并通过通讯模块发动通讯上报断头事件。

Claims (4)

1.环锭细纱机断纱检测电路，包括电源模块、微处理器模块、通讯模块、报警模块、信号检测模块和运算放大模块，其特征在于：当属于铁磁性物质的钢丝圈经过信号检测模块时，信号检测模块把钢丝圈引起的磁场的矢量变化转化为电信号传输给运算放大模块，运算放大模块对信号进行处理后传输给微处理器模块，微处理器模块对该信号进行解析得出钢丝圈是否正常转动；所述的钢丝圈由纱线牵引，并在钢领上旋转；
所述信号检测模块包括两个磁敏电阻MR1和MR2；磁敏电阻MR1的一端接电源模块的VCC_5V输出，磁敏电阻MR1的另一端与磁敏电阻MR2的一端相连，磁敏电阻MR2的另一端接地；磁敏电阻MR1与磁敏电阻MR2连接处作为磁异信号的输出端Vout连接到运算放大模块；
所述运算放大模块包括一个LM358芯片；LM358芯片是一个双运放芯片，包括第一个运放和第二个运放；信号检测模块的磁异信号输出端Vout连接到第一个运放的2脚，信号放大后，由第一个运放的输出1脚经电阻R20连接到第二个运放的6脚，由第二个运放的输出7脚作为运算放大模块的输出端AIN连接到微处理器模块中STM32F042芯片的10脚；
所述微处理器模块包括一个STM32F042芯片；STM32F042芯片的9脚、24脚、36脚以及48脚与电源模块的VCC_3.3V输出相连；STM32F042芯片的32脚和33脚分别连接通讯模块的TJA1050芯片的4脚和1脚，控制通讯模块的收发操作及收发内容；STM32F042芯片的10脚与运算放大模块的信号输出端AIN相连，采样并分析处理由运算放大模块所获取的信息；STM32F042芯片的21脚、22脚与报警模块相连，当出现断纱时，实现灯光闪烁报警。
2.根据权利要求1所述的环锭细纱机断纱检测电路，其特征在于：所述通讯模块包括一个TJA1050芯片和一个电阻R9；TJA1050芯片的1脚与4脚分别与微处理器模块的33脚和32脚相连；TJA1050芯片的6脚和7脚连接外部通讯总线，电阻R9连接在TJA1050芯片的6脚与7脚之间。
3.根据权利要求1所述的环锭细纱机断纱检测电路，其特征在于：所述报警模块包括一个双色发光二极管和两个9013三极管；两个9013三极管的基级分别与微处理器模块的控制引脚22脚、23脚相连；微处理器模块通过控制9013三极管的通断来控制双色发光二极管的工作状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的环锭细纱机断纱检测电路，其特征在于：所述电源模块包括一个MP1584EN芯片、一个LM1117-3.3芯片；其中，外部提供的24V电源输入到MP1584EN芯片的7脚，经MP1584EN芯片的1脚连到IN5822二极管D1的一端，同时连接到功率电感L1的一端，功率电感L1的另一端再连接到电感L2的一端，电感L2的另一端和电容C5的一端连接，该连接点VCC_5V提供了由电感L2和电容C5构成的LC滤波器滤波后输出的稳定+5V电压，作为通讯模块、信号检测模块、运算放大模块以及报警模块的供电电源；VCC_5V又连接到LM1117-3.3芯片的1脚，经LM1117-3.3芯片的3脚即通过VCC_3.3V与微处理器模块连接，为微处理器模块提供3.3V的工作电源。
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