CN109991908A - 一种基于stm32单片机的储纬器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于STM32单片机的储纬器控制系统，包括储纬器微处理器、与储纬器微处理器相连接的储纬电机和监测传感器；储纬器微处理器包括信号处理模块、通讯模块、电机驱动模块，所述信号处理模块包括STM32芯片及最小系统、储纬器开关电路和监测传感器接收电路；储纬器开关电路产生开关信号传送到储纬器微处理器的STM32芯片及最小系统，控制储纬电机的启停的同时控制储纬电机的正反转；监测传感器接收电路用于接收监测传感器的信号，并且将信号传输给储纬器微处理器的STM32芯片及最小系统进行处理，监测并且调整储纬器的工作状态；储纬电机为无刷直流电机，监测传感器包括圈数传感器、纬纱位置传感器和断纱传感器。该系统响应速度快、成本适中、性价比好。

Description

一种基于STM32单片机的储纬器控制系统

技术领域

本发明涉及剑杆织机的储纬器控制技术领域，具体涉及一种用于剑杆织机的储纬控制系统。

背景技术

剑杆织机是无梭织机的重要机种之一，而储纬器装置是剑杆织机的一个关键组成部分。在织机织造的过程中控制纬纱张力恒定对于提高织物质量尤为重要。随着剑杆织机的迅速发展和引纬速度水平的不断提高，纬纱张力控制的相关问题更为重要，储纬器的广泛使用便应运而生。如果纬纱从筒子上直接引出，由于引纬是间歇发生的，间断的纬纱退绕以及筒子退绕半径的不断减少会导致纬纱张力有较大的波动，以至于纬纱断头及各种由引纬造成的瑕疵品不断增加。而储纬器的主要功能有储存纬纱、均衡张力和定长纬纱。使用储纬器后，纬纱从筒子上退绕后，首先被卷绕到储纬器中储存，然后再通过引纬将纬纱从储纬器上退绕下来引入梭口。

国内剑杆织机储纬器在控制系统中大多数采用异步变频电机和伺服电机进行驱动，异步变频电机加减速度较慢，入纬率低，体积较大，安装较为麻烦，而伺服电机价格较贵，并且控制方式比较复杂。最终导致织机成本增高，效率降低。

中国专利申请号201210150852，名称为“一种定长储纬器控制系统及采用该控制系统的控制方法”，公开了一种以2808DSP芯片为核心，使用伺服电机驱动的储纬器控制系统方案。但是无论是2080DSP芯片还是伺服电机，价格都比较昂贵，并且功能较多，不仅会造成控制系统成本的增加，芯片性能过剩还会导致运算资源的浪费。

所以，一种性价比高，能够降低织机成本的，切实满足需求的储纬器控制系统亟待出现。

发明内容

为解决现有储纬器控制系统成本较高，资源浪费等问题，本发明公开了一种基于STM32单片机的储纬器控制系统，达到响应速度快，转速适合，体积小，便于安装，性价比好，成本适中的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于STM32单片机的储纬器控制系统，包括储纬器微处理器、与储纬器微处理器相连接的储纬电机和监测传感器；储纬器微处理器包括信号处理模块、通讯模块、电机驱动模块、下载电路模块，电机驱动模块的输出端连接储纬电机，电机驱动模块的输入端连接信号处理模块，信号处理模块同时连接通讯模块及下载电路模块、监测传感器，信号处理模块通过通讯模块与织机主控板连接；其特征在于，所述信号处理模块包括STM32芯片及最小系统、储纬器开关电路和监测传感器接收电路；

通讯模块的类型与织机主控板的通讯类型一致，下载电路模块通过相应接口与电脑进行通讯；

储纬器开关电路产生开关信号传送到储纬器微处理器的STM32芯片及最小系统，控制储纬电机的启停的同时控制储纬电机的正反转；监测传感器接收电路用于接收监测传感器的信号，并且将信号传输给储纬器微处理器的STM32芯片及最小系统进行处理，监测并且调整储纬器的工作状态；储纬电机为无刷直流电机，

监测传感器包括圈数传感器、纬纱位置传感器和断纱传感器，圈数传感器安装在储纱鼓的上方用来监测储纬器储纱鼓的转动圈数以确定是否完成放线动作，并且将信号输出给储纬器微处理器进行处理，判断下一步动作；纬纱位置传感器被放置在远离储纬器机械结构中毛刷圈的一侧，用来监测储纱鼓上纬纱的位置状况，当纬纱位置传感器没有检测到纬纱时，向储纬器微处理器发送信号，由储纬器微处理器控制储纬电机加速转动；断纱传感器用于检测储纱鼓上纬纱的状况，如果出现断纱现象，则储纬器微处理器发送信号控制储纬器电机停转进行修复。

所述储纬器开关电路和监测传感器接收电路的电路构成是：三极管的输入端Vin连接+8V输入电压，三极管的输出端Vout输出为+5V电压，并且通过电阻R8连接到STM32芯片的I/O引脚PB7；同时，三极管的输出端Vout并联阻值相同的电阻R3和电阻R2，电阻R3和电阻R2的另外一端分别接到STM32芯片的I/O引脚PA1和PA2；三极管的输出端Vout输出的+5V电压同时连接到霍尔元件H1和霍尔元件H2的电压输入端V，其中霍尔元件H1的作用是储纬电机正反转控制开关，霍尔元件H2的作用是储纬电机启停控制开关；霍尔元件H1和霍尔元件H2的输出引脚分别与STM32芯片的I/O引脚PA0和PB6相连接；

储纬器断纬信号输入到NPN型三极管的集电极，NPN型三极管的基极通过电阻R1连接到STM32芯片的I/O引脚PA4；圈数传感器、纬纱位置传感器和断纱传感器的信号分别通过传感器接口P1的三个接口引脚Ran、Fast、Brake输入，三个接口引脚Ran、Fast、Brake分别并联相同阻值的电阻R12、电阻R13、电阻R14后再分别串联相同阻值的电阻R9、电阻R10、电阻R11，其中电阻R12、电阻R13、电阻R14的另外一端接地，电阻R9、电阻R10、电阻R11的另外一端分别和STM32芯片的I/O引脚PB0、PB1和PB12相连接。

所述电阻R12的阻值为100kΩ，电阻R9的阻值为1kΩ，电阻R3的阻值为10kΩ，电阻R8的阻值为2.7kΩ。

储纬电机为采用汝铁硼永磁励磁的无刷直流电机。

所述通讯模块为CAN、R485、或R232通讯方式，下载电路模块为USB下载模块。

本发明相比于现有技术具有以下的有益效果：

1)本发明选用的意法半导体公司的STM32F1系列的STM32F103C8T6芯片，其内核是基于高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而专门设计的ARM Cortex-M3内核。一块STM32F103C8T6芯片成本大概几块钱，而DSP芯片的成本高达几十块钱。相比较于成本较高的且运算功能强大的DSP芯片，STM32芯片在成本较低的情况下能够满足信号处理和电机控制的要求，不会造成较大的运算资源浪费，性价比更高，更适应于储纬器的控制系统。

2)储纬器的工作原理要求电机启停迅速、响应快，本发明采用无刷直流电机，通过储纬器微处理器根据电机转速需求发送输出与电机转速需求相对应的特定的脉冲宽度，来驱动无刷直流电机，可以得到较大的调速范围、较小的速度变化率和较平滑的调速性能。在提高可靠性的同时，充分利用无刷直流电机的性能特点降低储纬器工作时的能耗、温升，并且对比伺服电机，无刷直流电机克服了伺服电机在储纬器控制系统中的性能溢出，更好的平衡了储纬器控制系统的性能和成本问题。

3)本发明中监测传感器部分由圈数传感器、纬纱位置传感器和断纱传感器共同组成。通过圈数传感器采集储纱鼓转动圈数，计算储纱鼓上储纱量。纬纱位置传感器监测纬纱在储纱鼓上缠绕的位置，与圈数传感器的圈数数据互为补充，更为精准的判断储纬器工作状态。圈数传感器和纬纱位置传感器协同工作，采用信息融合的技术，多重判断储纬器的储纱状况，提高储纬器工作的效率和稳定性。断纱传感器实时监测储纬器工作状态，当储纬器出现断纱状况时，停止储纬器的工作，进行检修工作。采用三个不同功能光电传感器能互相补充协助工作。

附图说明

图1是储纬器控制系统的结构示意图。

图2是储纬器开关电路和监测传感器接收电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明储纬器控制系统的结构如图1所示，由储纬器微处理器，与储纬器微处理器相连接的储纬电机和监测传感器构成。储纬器微处理器包括信号处理模块、通讯模块、电机驱动模块、下载电路模块，电机驱动模块的输出端连接储纬电机，电机驱动模块的输入端连接信号处理模块，信号处理模块同时连接通讯模块及下载电路模块、监测传感器，信号处理模块通过通讯模块与织机主控板连接；所述信号处理模块包括STM32芯片及最小系统、储纬器开关电路和监测传感器接收电路；

通讯模块的类型与织机主控板的通讯类型一致，可以为CAN、R485、R232等通讯方式，通讯模块被用于储纬器和织机主控板之间的通讯功能。

下载电路模块采用USB下载模式，储纬器微处理器通过USB接口与电脑进行通讯，下载运行程序。

储纬器开关电路产生开关信号传送到储纬器微处理器的STM32芯片及最小系统，控制储纬电机的启停的同时控制储纬电机的正反转。监测传感器接收电路用于接收监测传感器的信号，并且将信号传输给储纬器微处理器的STM32芯片及最小系统进行进一步处理，监测并且调整储纬器的工作状态。

储纬电机选用梯形磁通的无刷直流电机，驱动储纱鼓进行转动。储纬器选用的无刷直流电机采用汝铁硼永磁励磁，既保留了电励磁直流电机良好的调速特性和机械特性，还具有结构工艺简单、体积小、用铜量少、效率高等特点。

本发明中储纬器控制系统采用的无刷直流电机由储纬器微处理器根据电机转速需求发送输出与电机转速需求相对应的脉冲宽度来驱动电机，以达到较宽调速范围、较小速度变化率、更平滑的调速性能的目的，同时大大提高了储纬器控制系统的稳定性。

监测传感器放置于储纬器储纱鼓结构的上方，包括圈数传感器、纬纱位置传感器和断纱传感器，圈数传感器安装在储纱鼓的上方用来监测储纬器储纱鼓的转动圈数以确定是否完成放线动作，并且将信号输出给储纬器微处理器进行处理，判断下一步动作。纬纱位置传感器被放置在远离储纬器机械结构中毛刷圈的一侧，用来监测储纱鼓上纬纱的位置状况，当纬纱位置传感器没有检测到纬纱时，向储纬器微处理器发送信号，由储纬器微处理器控制储纬电机加速转动。圈数传感器和纬纱位置传感器协同工作，用纬纱位置传感器检测纬纱缠绕在储纱鼓的位置，然后用圈数传感器控制储纱鼓转动圈数，采用信息融合的技术，多重判断储纬器的储纱状况，提高储纬器工作的效率和稳定性，让储纬器储纱更精准。断纱传感器用于检测储纱鼓上纬纱的状况，如果出现断纱现象，则储纬器微处理器发送信号控制储纬器电机停转进行修复。

上述信号处理模块选用STM32F103C8T6芯片及其最小系统；CAN通讯模块选用TJA1050主控芯片；电机驱动模块采用三相逆变电路；USB下载模块选用CH340主控芯片；三个传感器都采用ST188光电式传感器，光电传感器就是通过接收反射信号来进行工作的，三个传感器位置不同产生的作用也不同，像圈数传感器不监测纬线，只是监测储纱鼓转动圈数发送脉冲给最小系统进行计数，位置传感器用来监测纬纱是否到达该位置(如果传感器检测到纬纱就代表到了该位置)，断纱传感器就是监测纬纱是否出现状况。

本发明中储纬器微处理器所采用的储纬器开关电路和监测传感器接收电路如图2所示。电路采用并联形式，输入+8V电压到7805三极管的输入端Vin，通过转化，输出端Vout输出为+5V电压，并且通过一个2.7kΩ的电阻R8连接到STM32F103C8T6芯片的I/O引脚PB7。同时，7805三极管的输出端Vout并联两个10kΩ的电阻R3和电阻R2，电阻R3和电阻R2的另外一端分别接到STM32F103C8T6芯片的I/O引脚PA1和PA2。7805三极管的输出端Vout输出的+5V电压连接到霍尔元件H1和H2的电压输入端V，其中霍尔元件H1的作用是储纬电机正反转控制开关，而霍尔元件H2的作用是储纬电机启停控制开关。霍尔元件H1和霍尔元件H2的输出引脚分别与STM32F103C8T6芯片的I/O引脚PA0和PB6相连接。储纬器断纬信号输入到NPN型三极管2N3904的集电极，三极管2N3904的基极通过一个1kΩ的电阻R1连接到STM32F103C8T6芯片的I/O引脚PA4。圈数传感器、纬纱位置传感器和断纱传感器的信号分别通过传感器接口P1的三个接口引脚Ran、Fast、Brake输入，分别并联100kΩ的电阻R12、R13、R14后再分别串联1kΩ的电阻R9、R10、R11，其中100kΩ电阻R12、R13、R14的另外一端接地，而1kΩ电阻R9、R10、R11的另外一端分别和STM32F103C8T6芯片的I/O引脚PB0、PB1和PB12相连接。图2中RT1为滑动变阻，C1、C2为电解电容，C3、C4为电容。

本发明提出的储纬器控制系统工作流程如下：

纬纱通过储纬器上由弹簧片和压掌组成的张力装置后，经过储纬器的导纱瓷眼绕在储纬电机传动的储纱鼓上，接着纬纱穿过储纬器中央导纱眼进入储纬器喷嘴，并且连接到织机的梭道上。

当储纬器开始上电工作时，监测传感器开始监测储纱鼓上纬纱的状况，当纬纱位置传感器没有检测到纬纱时，向储纬器微处理器发送信号，由储纬器微处理器控制储纬电机加速转动。圈数传感器和纬纱位置传感器协同工作，用纬纱位置传感器检测纬纱缠绕在储纱鼓的位置，然后用圈数传感器感应并且反馈储纱鼓转动圈数到储纬器微处理器进行进一步的处理，当圈数传感器反馈到的圈数信号达到了预设圈数，则储纬器微处理器控制储纬电机停止转动；当纬纱位置传感器检测到纬纱时，向储纬器微处理器发送一个反馈信号，储纬器微处理器控制储纬电机停止转动。保证储纱鼓上一直缠绕着适量的纬纱。

断纱传感器检测储纱鼓上纬纱的状况，如果出现断纱现象，则提供一个信号脉冲反馈到储纬器微处理器进行处理，接着储纬器微处理器发送信号控制储纬器电机停止转动，进行修复。

本发明解决了现有储纬器控制系统成本较高，性价比低，资源浪费等问题，一种基于STM32单片机的储纬器控制系统，达到较高性价比，控制成本，并且便于安装的目的。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种基于STM32单片机的储纬器控制系统，包括储纬器微处理器、与储纬器微处理器相连接的储纬电机和监测传感器；储纬器微处理器包括信号处理模块、通讯模块、电机驱动模块、下载电路模块，电机驱动模块的输出端连接储纬电机，电机驱动模块的输入端连接信号处理模块，信号处理模块同时连接通讯模块及下载电路模块、监测传感器，信号处理模块通过通讯模块与织机主控板连接；其特征在于，所述信号处理模块包括STM32芯片及最小系统、储纬器开关电路和监测传感器接收电路；

通讯模块的类型与织机主控板的通讯类型一致，下载电路模块通过相应接口与电脑进行通讯；

储纬器开关电路产生开关信号传送到储纬器微处理器的STM32芯片及最小系统，控制储纬电机的启停的同时控制储纬电机的正反转；监测传感器接收电路用于接收监测传感器的信号，并且将信号传输给储纬器微处理器的STM32芯片及最小系统进行处理，监测并且调整储纬器的工作状态；储纬电机为无刷直流电机，

监测传感器包括圈数传感器、纬纱位置传感器和断纱传感器，圈数传感器安装在储纱鼓的上方用来监测储纬器储纱鼓的转动圈数以确定是否完成放线动作，并且将信号输出给储纬器微处理器进行处理，判断下一步动作；纬纱位置传感器被放置在远离储纬器机械结构中毛刷圈的一侧，用来监测储纱鼓上纬纱的位置状况，当纬纱位置传感器没有检测到纬纱时，向储纬器微处理器发送信号，由储纬器微处理器控制储纬电机加速转动；断纱传感器用于检测储纱鼓上纬纱的状况，如果出现断纱现象，则储纬器微处理器发送信号控制储纬器电机停转进行修复。

2.根据权利要求1所述的储纬器控制系统，其特征在于，所述储纬器开关电路和监测传感器接收电路的电路构成是：三极管的输入端Vin连接+8V输入电压，三极管的输出端Vout输出为+5V电压，并且通过电阻R8连接到STM32芯片的I/O引脚PB7；同时，三极管的输出端Vout并联阻值相同的电阻R3和电阻R2，电阻R3和电阻R2的另外一端分别接到STM32芯片的I/O引脚PA1和PA2；三极管的输出端Vout输出的+5V电压同时连接到霍尔元件H1和霍尔元件H2的电压输入端V，其中霍尔元件H1的作用是储纬电机正反转控制开关，霍尔元件H2的作用是储纬电机启停控制开关；霍尔元件H1和霍尔元件H2的输出引脚分别与STM32芯片的I/O引脚PA0和PB6相连接；

储纬器断纬信号输入到NPN型三极管的集电极，NPN型三极管的基极通过电阻R1连接到STM32芯片的I/O引脚PA4；圈数传感器、纬纱位置传感器和断纱传感器的信号分别通过传感器接口P1的三个接口引脚Ran、Fast、Brake输入，三个接口引脚Ran、Fast、Brake分别并联相同阻值的电阻R12、电阻R13、电阻R14后再分别串联相同阻值的电阻R9、电阻R10、电阻R11，其中电阻R12、电阻R13、电阻R14的另外一端接地，电阻R9、电阻R10、电阻R11的另外一端分别和STM32芯片的I/O引脚PB0、PB1和PB12相连接。

3.根据权利要求2所述的储纬器控制系统，其特征在于，所述电阻R12的阻值为100kΩ，电阻R9的阻值为1kΩ，电阻R3的阻值为10kΩ，电阻R8的阻值为2.7kΩ。

4.根据权利要求1所述的储纬器控制系统，其特征在于，储纬电机为采用汝铁硼永磁励磁的无刷直流电机。

5.根据权利要求1所述的储纬器控制系统，其特征在于，所述通讯模块为CAN、R485、或R232通讯方式，下载电路模块为USB下载模块。