PJ-54织布机89C2051单片机控制系统毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本文作者根据 布机的设计要求，分析了 布机的工作原理和过程，选用 89片 作为 文主要介绍了 布机控制系统主控电路、故障检测电路、整流电路、以及刹车电路等的设计。在主控电路中设计了电机的正反转、风机的启动、停止等控制电路；在故障检测电路中，设计了断纬、张力、计长、左右捻边、电机过热的控制电路；在刹车电路中设计了高压刹车、低压锁定的控制电路；在整流电路的设计中设计了四个整流电路，分别将交流电压 9V、 15V、10V、 91V 整流为直流电压 5V、 12V、 12V、 110V。控制电路与强电电路接口选用中间继电器。 同时设计了控制系统控制程序，包括主程序和中断子程序。主程序主要用于一些实时性不高的信号的输入 /输出和工作状态管理；中断程序用于处理一些实时性较高的信号的处理。 本文还介绍了用 9制控制系统原理图和 的方法和步骤， 完成了 布机 89片机控制系统原理图和 的设计。 本控制系统选择 89 市场上一些用 制的系统相比，具有稳定性高，控制能力强，价格低廉的特点。刹车电路的功率器件段选用 ，大大提高了控制电路的可靠性。 关键词： 织布机；控制系统；硬件设计；软件设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 to of of 89is as PU of of of s s of of is in 4 to V, 15V, 10V, 91V V, 12V, 12V, 110V is of 9se 9 of as of of to of 9is of is is as of is 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第一章 绪论 . 1 言 . 1 题背景与意义 . 1 究现状 . 2 文的结构 . 2 第二章 织布机控制系统概述 . 3 布机简介 . 3 布机控制系统的控制对象 . 3 布机的控制要求 . 3 布机电机的控制 . 3 车的控制 . 4 示灯的控制 . 5 第三章 织布机控制系统电路设计 . 6 制方案的拟定 . 6 控电路的设计 . 6 控电路 选择 . 8 脚分配 . 8 制按钮电路 . 8 障检测电路 . 9 机控制信号输出电路 . 11 电电路的设计 . 11 车电路的设计 . 12 流电路的设计 . 13 第四章 织布机控制系统软件设计 . 16 程序设计 . 16 程序设计 . 24 第五章 控制系统原理图及 的绘制 . 30 制系统原理图绘制的方法及步骤 . 30 理图的绘制方法 . 31 理图的绘制步骤 . 32 布机控制系统原理图的绘制 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 绘制的方法及步骤 . 34 的绘制方法 . 34 件的封装说明 . 34 布机控制系统 的绘制 . 34 第六章 结论 . 36 致谢 . 38 参考文献 . 39 附录 A： 英文资料 . 40 附录 B： 英文资料翻译 . 51 附录 C： 硬件设计原理图和 . 59 附件： 毕业论文光盘资料 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 绪 论 言 尽管我国是世界纺织服装生产和出口大国，是世界上最大的棉花、蚕丝、羊绒生产国，也是羊毛、羊绒、亚麻、兔毛等资源的重要生产国，毛纺织、化纤、呢绒产量已位居世界第一。但是，我国近代纺织业的工业化进程几乎比欧洲晚了一个世纪。与纺织发达国家或地区相比，我国纺织业仍处于中低水平。这主要表现在原材料的开发能力、生产技术设备和后整理与世界先进水平有差距；纺织品的生产工艺与花色设计也难以赶上世界潮流。 20世纪 80年代以来，从原料进入车间到纺成纱，以及织成布的各个工序都 在提高自动监控水平的基础上加快了纺织速度、缩短了纺织生产周期，先后诞生了许多自动生产线，纺织生产有的实现了无人车间、无人工厂、无人工序，使纺织生产也在自动化进程中加快了步伐。自动化的实现及自动监控水平的实现，不仅减少了工人的劳动强度，提高了纺织效率，还显著提高了纺织品的质量，使纺织工业走向高科技阶段，估计再经过若干年时间，使得纺织业在自动化进程中向着更加完善、更加高级的水平发展，甚至会实现无人操作工厂。 题背景与意义 纺织业已有数千年的发展历史，可以认为纺织业的出现和发展是与人类社会的文明发展史 同步的，因为在人类历史上，纺织生产几乎是和农业同时开始的，纺织生产的出现，标志着人类脱离了“茹毛饮血”的原始状态，进入了文明社会。人类的文明史，从一开始便和纺织生产紧密地联系在一起。 纺织业不是“夕阳产业”。我们可以预见将来，不管世界上有多少尖端的高新技术出现，也不管纺织业是否在个别国家或地区可能会衰退，甚至消失，但就总体而言，纺织业将继续保持作为一门“永恒的产业”或一门“不可替代的重要产业”而长期存在。 纺织业是世界工业发展史上的先导产业 先导产业通常是指能够较多地吸收先进技术，代表产业发展方向，为保持长 期增长而需要超前发展，并对其他产业的发展具有较强带动作用的产业。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 织布是一项古老的活动，自史前时代开始，人们就开始手工织布。随着工业技术的发展，市场急速成长，纺织由手工转变为庞大的产业，这样把织布机的发展也推向高峰。如今，市场上出现的织布机一般是通过硬件或 制的。本课题是9所以选用此课题，是由于把单片机用于织布机控制系统中，不仅稳定性可靠，控制能力强，而且性价比相对较高。 究现状 目前控制织布机织布一般有硬件和 者的区别 在于： 然稳定性高，控制能力弱，但价格昂贵；硬件的稳定性相对不太高，控制能力也稍弱，但价格低廉。综合各方面的需求，我们选用硬件来控制织布机。目前市场上还很少有用单片机来控制织布机的，单片机的柔性好，控制力也相对较高，本课题采用89选题上做到了创新。 文的 结构 本文以 布机的研发工程项目作为应用背景，对 89片机技术进行了研究。全文共分为六章，各章的主要内容如下： 全文分六章，第 1章为绪论，扼要介绍了织布机的背景及论文结构。第 2章 为织布机概述，主要介绍了织布机的种类及发展概况、 作原理及控制、检测要求。第 3章为硬件设计部分，详细说明了硬件部分的设计情况，包括设计方案的确定，主控制电路、整流控制电路及强电控制电路部分的设计分析。第 4章为软件设计部分，包括主程序、子程序流程图的绘制，主程序、中断子程序、延时子程序的编写和说明等。第 5章为控制系统原理图和 绍了 9简单说明了如何应用 制系统原理图及 。第6章主要写了做毕业设计的心得体会。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 第二章 织布机控制系统概述 布机简介 织布机分梭织机、喷水织机和喷气织机，由于梭织机惯性大、效率低，已基本淘汰，目前的织布机多为喷水织机和喷气织机，两者的织布原理基本相同。 喷水织机是利用高压水与纬纱之间的摩擦力，拉动纬纱穿过交错排列的上下交替运动的一根根经纱。经纱和纬纱交替过程中，经纱边交替上下运动边向前移动，每上下交替运动一次，高压水嘴喷出一跟纬纱。纬纱和经纱绕在各自的纱管上，自动放纱，每喷出一根纬纱，剪纱刀自动将其剪断。为使纬纱排紧，每喷一根纬纱，紧纱装置紧纱一次，使纬纱排列紧密。织成的 布经吸水装置吸水后，卷到前方卷布筒上。原理图如图 示。 布机控制系统的控制对象 织布机控制系统的控制对象主要有织布机主电机和两个风机启动、停止 ;故障检测 :断纬、电机过热、左右捻边、卷布筒张力过大、计长； 织布机高压刹车 ,低压锁定。 布机电机的控制 织布机的主电机主要为织布机运动装置提供运动及动力。根据使用要求，起动和正常运转时，有两种工作方式： 形起动（起动快）， 动方式可 由操作者选择。 织布机的风机电机共两只，一只驱动吹风机，另一只驱动吸水机，将吹风机吹出的水汽吸走。这两个电机要求同时起动，同时停止。 调整织布机各个运动机构位置时，可正、反点动主电机。此时风机电机不需要起动。织布时，要先起动风机电机，后起动主电机，否则主电机不起动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 车的控制 织布机的刹车装置为电磁刹车装置，起动主电机织布时，刹车装置必须处于有效状态，即遇到故障时停车后能立即刹车，使织布机的运动机构准确地停在某一个位置，并且用较小的制动力保持织布机处于静止不动的状态。当刹车装置处 于无效状态时，主电机不能起动。点动调整织布机时，刹车也应处于有效状态。松开点动按钮后，能立即刹住织布机。当刹车装置处于无效状态时，可用手工盘动织布机，以调整织布机运动机构位置。 图 布机原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 示灯的控制 织布机有四盏指示灯，分别为红、黄、蓝、绿。其中，红色为电源指示灯，接通电源后，该灯亮；黄色为织布（探纬）指示灯，正常工作时，该灯不停闪烁，断纬停车后，该灯只亮不闪烁；绿色为电机过热、捻边纱、缠纬纱断纱指示灯，故障发生后停车时，该灯亮，故障不发生时灯不亮；蓝色为计长指示灯，设定长 度达到后停车时指示，长度未达到不停车不亮。 障检测 在喷水织布过程中，遇到故障必须立即停车，需检测的故障有： 1）断纬。在正常工作中，每喷一次水，由接近开关产生一信号，同时探纬传感器也相应产生一信号，两信号同时送到探纬器。若探纬器只收到接近开关信号，没有收到探纬传感器信号，说明已经断纬，此时，探纬器立即发出停车信号，切断主电机电源，随后发出刹车信号，刹住织布机，停止运动，以免经纱继续向前走，待重新开机后，纬纱不连续，织出次品，影响织布质量。 2）电机过热。当电机温度过高，电机内部的过热保护装置 发出信号，电机须停机，并立即刹车。 3）左、右捻边纱，缠纬纱断纱，卷布筒张力过大，需停车、刹车。 除了上述的故障发生，需停车外，当织布机长度达到设定长度时，也需要立即停车。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第三章 织布机控制系统电路设计 制方案的拟定 根据控制系统的控制对象及要求，控制电路分为主控电路、电机控制电路、刹车电路以及整流电路。主控电路的作用是输入和输出主电机正反转的起动和停止、风机的起动和停止、故障检测和刹车等控制信号，选用单片机作为 机控制电路的作用是控制电机正反转、 形式的切换以及两个风机的起动停止；刹车电路的作用是在电机电源切断后，及时制动织布机运动；整流电路的作用主要是将交流电整成直流，向控制系统提供直流电源。控制方案如图 示。 12V 110V 12V 5V 图 制系统组成框图 电 机控 制电 路 光 电耦 合 故 障检 测电 路 光 电耦 合 光 电耦 合 电 机强 电电 路 光 电耦 合 刹 车电 路 流电 路 探纬器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 控电路设计 主控电路主要由单片机、电机起动停止控制按纽、故障检测及电机控制信号输出等电路组成。 控电路 选择 由于 89指令系统与其他 程序具有电可擦写特性，使得开发与试验比较容易 ,所以主控电路 989中，在闲置模式下， 时器 /计数器、串行口和中断系统仍然在工 作。在掉电模式下，只保存 荡器停振，关闭芯片的所有其他功能，直到下一次硬件复位为止。 其引脚如图 1） 890 条引脚，其中 15条 I/O 引脚， 脚，为准双向端口，脚，也为准双向端口，并且保留全部 2）引脚 把外部振荡器的信号直接连到内部时钟发生器的输入端。此主控电路中使用了 12振，则根据单片机 4 个周期的具体值计算如下： 振荡周期 =1/12 时钟周期 =1 / 1 2 2 1 / 6u s u s ； 机器周期 =1 / 1 2 2 6 1u s u s ； 指令周期 =1 (1 4 ) 1 4u s u s。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 93) 芯片工作电压为 5V, 其中电源正与地线之间接入了大小为 104样接的原因是可以抗干扰。 89要性能如下： 1）与 品兼容。 2） 2在线可重复编程快闪存储器，寿命可达 1000 次写 /擦除周期。 3）宽工作电压范围为 6V。 4）全静态工作方式： 024 5）两级程序存储器加密。 6） 128 8位 7） 15条可编程 I/O 线。 8） 2个 16位定时器 /计数器。 9） 5个中断源。 10）可编程串行通道。 11）可直接驱动 12）有片内精密模拟比较器。 脚分配 根据控制要求 ,89引脚应用分配情况见表 控制按钮电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 控制按钮主要包括 :复位按钮、主电机的正反转，正反点动按钮、风机起动按钮、刹车开关、停车按钮。控制按钮电路和 间是通过光电耦合器连接的，如图 示。 表 脚应用说明 引脚名称 引脚应用说明 引脚名称 引脚应用说明 单片机工作电压 +5V 制主电机反转（反转点动） 地 制主电机正转（正转点动） 制继电器 出电路 制系统停车 制继电器 制接近开关信号 制继电器 出电路 制两风机的启动 制继电器 出电路 制高压刹车 制继电器 C 输出电路 车开关信号 制探纬指示灯 振荡器 制主电机 动 振荡器 制系统停止、六项自停 图 耦接口电路 图中，当开关闭合时，发光二极管通电发光，受光部分受光导通，光耦输出端为低电平（与 89连接端）；当开关断开，光耦输入端电流为 0，发光二极管不导通，输出相当于开门，光耦输出端为高电平。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 光电二极管正常工作时的工作电流是十毫安左右，当工作电压为 12V 时，在电路中电阻值为 3K 的电阻，这样流过光电二极管的电流就是 4 毫安，因此电阻的作用就是限流保护。 障检测电路 该电路是用于系统织布过程中，当故障发 生时，能使织布机及时停机。该电路主要检测故障包括：织布机断纬、电机过热、左、右捻边纱、缠纬纱断纱、卷布筒张力过大，以及织布长度达到设定值时的系统停车。示。 （ 1）断纬电路分析 如图 示，电机每转一圈，接近开关产生一个脉冲信号，同时，喷嘴喷出纬纱，探纬传感器也产生一个脉冲信号，探纬器接收到两个脉冲信号，说明织布机运行正常。若探纬器只接收到接近开关信号，没有接收到探纬传感器信号，说明断纬，这时探纬器立即发出停车信号，由 出信号切断主电机电源，随后探纬器发出刹车信号，再由 出信号 打开刹车刹住织布机。刹车信号有两种产生方式，除了上述刹车信号产生方式以外，还可以由接近开关产生的刹车信号进行刹车，不过是在织布机运转的下一圈刹车。 图 障检测电路 （ 2）五项自停电路分析 织布机运行时，将开关 合，当强电电路中电机过载发热，热继电器动作，使热继电器常开开关 合，五项自停电路导通，三极管基极为高电平，三极管导通，五项自停指示灯亮，单片机 断主电机电源，刹住织布机。同样 ,当发生左、右捻边纱、缠纬纱断纱、卷布筒张力过大时，相应的保护开关 合，使五相自停电路导通，切断主电机电源，随后发出刹车信号，刹住织布机。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 压水及故障检测示意图 （ 3）计长电路分析 当织布长度达到设定值时，织布机计长输入开关自动闭合，计长电路导通，计长指示灯亮，同时光电耦合器耦合，单片机 断主电机电源，刹住织布机。 （ 4）手动停车电路分析 当需要手动停车时，按下停止按钮，停车电路导通，单片机 为低电平，切断主电机电源，刹住织布机。 机控制信号输出电路 当与光电耦合器连接的引脚加低电平时，光电耦合器导通，三极管导通，中间继电器线圈得电，接触器常开触点闭合，电机运行。示。 电控制电路 如图 示，强电部分主要包括电气保护元件、接触器开关、电机等， 能够实现电气保护，控制风扇电机启动，控制主电机正、反转，星、三角启动。 1） 空气开关，俗称自动开关，是低压配电系统和电力拖动系统中的重要器件。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合，集控制与多种保护于一身，具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单、分断能力高等优点。其中热脱扣器起过载保护、电磁脱扣器起短路保护、欠压脱扣器 起欠压保护作用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 2）开关 C、 制电机运转。接触器 C 线圈得电， C 的常开触点闭合，风扇电机运行。接触器 圈得电， 常开触点闭合，电机正转并星形启动运转。接触器 机正转并三角形启动，当接触器 Y 线圈得电， 常开触点闭合，绕组实现星形接法，电机转入正常运转。该电路的转换是由单片机控制的。 3）中间继电器输出接口电路分析（图 继电器的控制信号为单片机的逻辑电平，经光电耦合和三极管 放大后，继电器线圈的输入电压为 12V，使输出的驱动电压能够适应继电器线圈的要求。图中 极管为中间继电器的驱动管。 继电器动作时，对电源有一定的干扰，为了提高单片机系统的可靠性，在单片机和继电器之间用光耦隔离，避免输出部分电源变化对单片机电源的影响，减少对系统的干扰，提高系统可靠性。 图中二极管为中间继电器的续流二极管。中间继电器线圈得电后，触点闭合，接触器 圈通电，当驱动三极管截止时，中间继电器的线圈断电，中间继电器线圈会产生反向电动势，会击穿继电器的驱动三极管。加入二极管后，构成续流回路，保 护了驱动三极管。 控制电机正转接触器的常闭触点，为防止两个接触器同时得电而导致短路，利用两个接触器的常闭触点分别串在对方的工作线圈电路中，构成互锁关系，保证电路安全可靠的工作。 图 机控制信号输出电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 图 电控制电路 车电路设计 电磁铁刹车电路如图 示，电路主要由与非门、比较器、三极管、光耦、 磁铁线圈，续流二极管、稳压管、电阻电容等器件构成。 低压刹车控制引脚， 高压刹车开关控制引脚，两引脚输出的信号经比较器比较后，控制 动管导通和截止，打开和关闭电磁刹车。 图中 74双列 14 脚与非门，为节省元件，将其中两对作为非门使用，两对作为与非门使用。 与电磁铁线圈并联的二极管起续流保护作用，电磁铁线圈断电时会产生很大的反向电动势，会击穿 ，加上续流二极管，电路断路时，线圈产生的反向电动势使二极管处于正向导通状态，构成回路，大大减小了线圈两端的反向电动势，保护 。 若流过两比较器的电平均为高电平，流过 ，输出高电平，光电耦合器不导通， 栅极为高电平， 导通，电磁铁线圈通电，系统 刹车。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 织布机正常工作时， 0，使刹车处于有效状态。发生故障时， ，打开刹车。之后通过 89部定时器对 复置 0 和 1， 使电磁铁线圈处于通 断 通 断工作状态，改变通、断时间比，使线圈的平均电压为 24V。如图 图 间继电器驱动接口电路 流电路设计 如图 示，原理图控制系统中的直流电源有四个， +5V 单片机 工作电压， +12V 探纬器工作电压， +12V 控制按钮工作电压， +110V 电磁铁刹车工作电压，分别是由 9V、 15V、 10V、 91V 交流电压整流、滤波后获得。 图 磁铁刹车电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 图 车电压 图中的整流桥由四个二极管组成，交流电压的正、负半周，二极管两两导通，将交流电压转换成两个同极性的单向脉动性直流电压。 在整流桥的输出端，将两个电容并联在一个电阻两端，组成型滤波电路，滤去整流输出电压中的纹波，由于电 容在电路中有储能作用，并联的电容器在电源电压升高时，能把部分能量储存起来，当电源电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容具有平波的作用。 78三端式集成稳压器，作用是使输出的电压不受负载变化和电网电压波动的干扰的影响而保持恒定不变。 其后的电解电容也起到了减小稳压电源输出端由输入电源引入的电压干扰。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 流电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 第四章 控制软件的设计 织布机控制系统的软件设计，主要运用单片机 89相关管脚的 I/O 功能、输入和输出相关控制信号 ，以及定时器 0、定时器 1 和中断 0 的中断功能。 程序设计 主程序的的功能有 :控制刹车开关 ,控制风机起动停止 ,控制主电机正反转 ,探纬指示灯的开关 ,定时器的开关。 1. 主程序流程图 根据织布机控制对象及要求，主程序流程图如图 开始初始化刹车开关 ?开刹车 , 开定时器 0 , 低压刹车风机启动 ?风机标志位清 0关刹车 , 关定时器 0启动风机风机标志位置 1中断发生标志位清 0风机标志位 1 ?正转 ?刹车开关开 ?纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 按 钮 ?正 转 标 志 位 置 1关 刹 车 ， 定 时 器 0正 转 标 志 位 1 ? - 2 0 m s 延 时 2 0 m 0 . 5 纬 器 指 示 灯Z C 、 C 动 作 Z C 、 C 动 作开 I N T 0 开 I N T 0延 时 0 . 5 纬 器 指 示 灯中 断 发 生 ?延 时 0 . 3 N T 0中 断 发 生 ?关 C , 开 C N T 0停 止 ?关 风 机风 机 标 志 位 清 0纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 停 止 、 六 项自 停 ？关 I N T 0中 断 发 生关 全 部 电 机等 待 接 近 开 关 信 号开 高 压 刹 车开 探 纬 指 示 灯延 时 0 . 5 时 器 0 ，低 压 刹 车风 机 正 转标 志 位 清 0纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 车 ， 关 定 时 器 0正 点 动 ？延 时 2 0 m 、 C Y 动 作刹 车 开 关 开 ？按 钮 松 开 ？反 点 动 ？关 刹 车 ， 关 定 时 器 0延 时 2 0 m 开 关 开 ？F C 、 C Y 动 作按 钮 松 开 ？关 电 机延 时