CN113005590A - 一种基于fpga的多通道纱线张力监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统，包括多路信号采集模块、控制模块、上位机和移动平台，多路信号采集模块与控制模块电性连接，控制模块与上位机串口通信连接，移动平台与控制模块电性连接；一种基于FPGA的多通道纱线张力监测方法，包括以下步骤：上位机发送采集信号至多路信号采集模块；滤波模块对多路纱线的振动频率进行数字滤波；计频模块对滤波模块的输出信号同步计频；在一次计频结束后，计算数据量是否为设定通道数；对多路信号的计频数据进行并串转换，并发送到串口通信模块与标准值进行对比，出现异常则控制报警模块报警；一次检测完成后，控制模块控制移动平台移动进行下一组纱线的检测。本发明提高了测量精度和效率。

Description

一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统及方法
技术领域
本发明属于纱线检测技术领域，具体涉及一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统及方法。
背景技术
整经是织造过程中一道关键工序，整经机将一定数量的经纱按照工艺规定的长度和幅宽，以均匀、适宜的张力平行卷绕到经轴上。在整经过程中，纱线张力过大或过小都会影响纱线质量和下一步工序的进行：纱线张力过大，容易引起纱线意外牵伸，影响纱线的弹性，增加细节和断头；而张力过小又会使筒子成形不良，粗纱冒纱。因此在整经过程，对纱线张力的监测是必要的。
目前对纱线张力监测的方式主要为直接接触式检测，且主要针对单纱张力。该方式测量精度和测量效率低，且与纱线直接接触，易使纱线和测量系统产生磨损。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统及方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统，其中：包括多路信号采集模块、控制模块、上位机、移动平台，所述多路信号采集模块与控制模块电性连接，所述控制模块与上位机串口通信连接，所述移动平台与控制模块电性连接；
所述多路信号采集模块，用于采集多路纱线的振动频率；
所述控制模块，用于控制移动平台的移动；
所述上位机，用于采集命令控制，进行数据分析、处理和存储；
所述移动平台，用于控制纱线移动。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，多路信号采集模块包括用于将多根纱线振动信号转变为光信号的红外光电对管阵列、对多路光电信号进行转换的信号采集阵列电路以及对电信号电平进行转换的信号调理阵列电路。
进一步地，移动平台用于左右移动。
进一步地，控制模块包括滤波模块、计频模块、转换模块、数据缓存模块、电机控制模块；
所述滤波模块的输入端与所述多路信号采集模块输出端相连，所述滤波模块的输出端与计频模块的输入端相连；计频模块的输出端与转换模块的输入端连接；转换模块的输出端与数据缓存模块的输入端相连；数据缓存模块的输出端与串口通信模块的输入端连接；串口通信模块的输出端分别与电机控制模块的输入端和上位机连接；电机控制模块的输出端与滤波模块输入端、移动平台输入端电性连接，赋予滤波模块下一组纱线检测的使能信号以及控制移动平台的启停。
进一步地，滤波模块包括比较单元和滤波单元，所述比较单元设置有脉冲宽度的临界阈值，将数值波形进行阈值对比，所述滤波单元将脉冲宽度大于临界阈值的进行过滤。
进一步地，还包括报警模块，所述报警模块与上位机电性连接。
一种基于FPGA的多通道纱线张力监测方法，包括以下步骤：
S1：利用上位机设定通道数和检测次数，发送采集信号至多路信号采集模块；
S2：滤波模块对采集的多路纱线的振动频率进行数字滤波；
S3：利用计频模块对滤波模块的输出信号同步计频；
S4：在一次计频结束后，计算寄存器中的数据量是否为设定通道数；
S5：对多路信号的计频数据进行并串转换，并通过数据缓存模块发送到串口通信模块，准备将数据传输到上位机，并将数据与标准值进行对比，出现异常则控制报警模块报警；
S6：一次检测完成后，控制模块控制移动平台移动并赋予滤波模块下一组纱线检测的使能信号，进行下一组纱线的检测。
进一步地，所述滤波模块对多路信号采集模块的数值波形进行阈值滤波，所述阈值为需要滤除的最大脉冲宽度。
本发明的有益效果：
本发明的一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统可以在整经机不断运行的情况下，采用非接触式的检测方法监测纱线张力，不会对纱线产生额外的压力，减少了纱线磨损，延长了系统的使用寿命，提高了对片纱张力的监测，提高了测量精度和效率。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2是本发明的工作流程图。
图3是本发明的红外对管阵列图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，本发明为一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统，包括多路信号采集模块、控制模块、上位机、移动平台、报警模块，所述上位机用于采集命令控制，进行数据分析、处理和存储；所述多路信号采集模块与控制模块电性连接，所述控制模块与上位机串口通信连接，所述移动平台与控制模块电性连接，所述报警模块与上位机电性连接。
多路信号采集模块，由红外光电对管阵列、信号采集电路和调理阵列电路组成，通过红外光电对管阵列采集多路纱线的振动频率，利用信号采集电路和调理阵列电路，将频率信号转换为适合于FPGA输入的规整方波信号。
如图3所示，为红外对管阵列的排列图。图3中，l为PCB板；2为发射管，为红外二极管；3为接收管，为光敏三极管。其中，PCB板与发射管和接收管通过接线端子连接。PCB板1中集成了信号采集阵列电路、信号调理阵列电路、FPGA芯片、电源、晶振、复位、配置电路、串口通信电路以及驱动器连接端子，实现系统的集成设计，降低了生产成本。
控制模块采用FPGA控制模块，其包括滤波模块、计频模块、转换模块、数据缓存模块、电机控制模块。
数据缓存模块选用Altera公司的FIFO IP核。
滤波模块的输入端与多路信号采集模块输出端相连，滤波模块的输出端与计频模块的输入端相连；计频模块的输出端与转换模块的输入端连接；转换模块的输出端与数据缓存模块的输入端相连；数据缓存模块的输出端与串口通信模块的输入端连接；串口通信模块的输出端分别与电机控制模块的输入端和上位机连接；电机控制模块的输出端与滤波模块输入端、移动平台输入端电性连接，赋予滤波模块下一组纱线检测的使能信号以及控制移动平台的启停。
滤波模块包括比较单元和滤波单元，比较单元设置有脉冲宽度的临界阈值，将数值波形进行阈值对比，滤波单元将脉冲宽度大于临界阈值的进行过滤。
移动平台包括两个步进电机和滚珠丝杆，通过两个步进电机控制滚珠丝杆水平左右方向移动，从而控制纱线移动。
一种基于FPGA的多通道纱线张力监测方法，包括以下步骤：
S1：利用上位机设定通道数和检测次数，发送采集信号至多路信号采集模块；
S2：滤波模块对采集的多路纱线的振动频率进行数字滤波；
滤波模块对多路信号采集模块的数值波形进行阈值滤波，所述阈值为需要滤除的最大脉冲宽度。
在实际应用过程中，红外光电对管的灵敏度易受外界环境影响，为获得更高的测量精度，在系统实际使用前，通过对多路信号采集模块的输出的数值波形进行检测，利用FPGA的现场可编程特性，灵活调整阈值，其值根据系统实际的时钟频率及数值波形的最大毛刺宽度确定。如检测到最大毛刺宽度为0.01us，时钟频率为10Mhz，则需滤除的最大脉冲宽度大于10个时钟脉冲，本方案中选择1.5倍的最大脉冲宽度，以及15个时钟脉冲。
与输入信号的高低电平的脉冲宽度作比较，高于此阈值的保留对应电平信号，低于此阈值则判定为干扰信号，信号电平翻转，本实施例中设定FPGA的时钟频率为50MHz，最大脉冲宽度为3个时钟周期。
S3：利用计频模块对滤波模块的输出信号同步计频；
S4：在一次计频结束后，计算寄存器中的数据量是否为设定通道数，若是则执行步骤S4；若否，则返回步骤S2；
S5：对多路信号的计频数据进行并串转换，并通过数据缓存模块发送到串口通信模块，准备将数据传输到上位机，并将数据与标准值进行对比，出现异常则控制报警模块报警；
S6：一次检测完成后，控制模块控制移动平台移动并赋予滤波模块下一组纱线检测的使能信号，进行下一组纱线的检测。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统，其特征在于：包括多路信号采集模块、控制模块、上位机、移动平台，所述多路信号采集模块与控制模块电性连接，所述控制模块与上位机串口通信连接，所述移动平台与控制模块电性连接；
所述多路信号采集模块，用于采集多根纱线的振动频率；
所述控制模块，用于控制移动平台的移动；
所述上位机，用于采集命令控制，进行数据分析、处理和存储；
所述移动平台，用于控制纱线移动。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统，其特征在于：所述多路信号采集模块包括用于将多根纱线振动信号转变为光信号的红外光电对管阵列、对多路光电信号进行转换的信号采集阵列电路以及对电信号电平进行转换的信号调理阵列电路。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统及方法，其特征在于：所述移动平台用于左右移动。
4.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统，其特征在于：所述控制模块包括滤波模块、计频模块、转换模块、数据缓存模块、电机控制模块；
所述滤波模块的输入端与所述多路信号采集模块输出端相连，所述滤波模块的输出端与计频模块的输入端相连；计频模块的输出端与转换模块的输入端连接；转换模块的输出端与数据缓存模块的输入端相连；数据缓存模块的输出端与串口通信模块的输入端连接；串口通信模块的输出端分别与电机控制模块的输入端和上位机连接；电机控制模块的输出端与滤波模块输入端、移动平台输入端电性连接，赋予滤波模块下一组纱线检测的使能信号以及控制移动平台的启停。
5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统，其特征在于：所述滤波模块包括比较单元和滤波单元，所述比较单元设置有脉冲宽度的临界阈值，将数值波形进行阈值对比，所述滤波单元将脉冲宽度大于临界阈值的进行过滤。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多通道纱线张力监测系统，其特征在于：还包括报警模块，所述报警模块与上位机电性连接。
7.一种基于FPGA的多通道纱线张力监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：利用上位机设定通道数和检测次数，发送采集信号至多路信号采集模块；
S2：滤波模块对采集的多路纱线的振动频率进行数字滤波；
S3：利用计频模块对滤波模块的输出信号同步计频；
S4：在一次计频结束后，计算寄存器中的数据量是否为设定通道数；
S5：对多路信号的计频数据进行并串转换，并通过数据缓存模块发送到串口通信模块，准备将数据传输到上位机，并将数据与标准值进行对比，出现异常则控制报警模块报警；
S6：一次检测完成后，控制模块控制移动平台移动并赋予滤波模块下一组纱线检测的使能信号，进行下一组纱线的检测。
8.根据权利要求7所述的一种基于FPGA的多通道纱线张力监测方法，其特征在于：所述滤波模块对多路信号采集模块的数值波形进行阈值滤波，所述阈值为需要滤除的最大脉冲宽度。
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