高速喷水织布机单片机控制系统设计

南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）题目高速喷水织布机单片机控制系统设计专业自动化（数控技术）班级学号学生姓名指导教师起迄日期设计地点GRADUATIONDESIGNTHESISDESIGNOFSINGLECHIPCONTROLSYSTEMFORTHEHIGHSPEEDWATERJETLOOMBYSUPERVISEDBYNANJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY摘要本文主要介绍了高速喷水织布机的工作原理及设计要求，叙述了喷水织布机控制系统的设计过程，包括硬件电路和软件编程，以及用PROTELDXP软件绘制电路原理图和PCB图的方法及步骤。喷水织布机的硬件控制电路包括主控电路、故障检测电路、电磁刹车电路、整流电路及强电电路等。其中主控电路利用89C51单片机来控制主电机的正反转、点动以及风机的启动；故障检测电路主要控制断纬、左右捻边纱断纱、电机过热、卷布筒张力过大等五项故障自停以及计长停车；电磁刹车电路控制织布机刹车装置和高、低刹车电压的转换；整流电路将交流电转换为直流电；强电电路控制电机的正反转、两个风机的启动以及星/三角启动的转换。软件控制程序包括主程序，以及中断子程序和延时子程序。本设计采用单片机来控制织布机系统，单片机编程对故障检测精确度高，可随时停机排除故障，这样可以提高织物品质，并且单片机控制灵活性大，操作人性化，可靠性高，价格低廉，维修方便。可广泛投入市场使用。关键词高速喷水织布机；单片机控制；硬件设计；软件设计ABSTRACTTHISPAPERPRESENTSTHEWORKPRINCIPLEANDTHEDESIGNOFTHEHIGHSPEEDWATERJETLOOMANDTHEDESIGNPROCESSOFTHECONTROLSYSTEM,INCLUDINGTHEDARDWAREANDTHESOFTWARE,ANDHOWTOPROTRACTTHECIRCUITPRINCIPLEFIGANDPCBTHEHARDWARECONTROLCIRCUITOFTHEWATERJETLOOMINCLUDETHEMAINCONTROLCIRCUIT,THEMALFUNCTIONCHECKCIRCUIT,THEELECTROMAGNETISMBRAKECIRCUIT,THECOMMUTECIRCUIT,ANDTHESTRONGELECTRICITYCIRCUITTHEMAINCONTROLCIRCUITIMPOSETHE89C51SINGLECHIPTOCONTROLTHEPOSITIVEANDNEGATIVEREVERSALOFTHEDIRECTELECTROMOTOR,WIHTPOINTREVERSAL,ANDTHESTARTANDSTOPOFTWOFANSTHEMALFUNCTIONCHECKCIRCUITISUSEDTOEXAMINETHEBREAKOFTHELATITUDE,LEFTANDRIGHTSIDETOTWISTTHEBREAKYARN,THEHIGHTEMPERATUREOFTHEELECTRICALENGINEERING,THEPOWERFULSTRAINOFTHESARITUBEANDSOONTHEELECTROMAGNETISMBRAKECIRCUITCONTROLSTHEBRAKINGMOVEMENTOFTHELOOMSBRAKEINSTALLATIONANDTHECONVERSIONOFTHEHIGHANDLOWBRAKEVOLTAGETHECOMMUTECIRCUITWOULDCONVERSIONACTODCTHESTRONGELECTRICITYCIRCUITCONTROLTHEPOSITIVEANDNEGATIVEREVERSALOFTHEDIRECTELECTROMOTORANDTHECONVERSIONOFTHESTARTUPMODE,WHICHCANCHOOSEYORTHESOFTWARECONTROLCLASSIFYMAINPROGRAM,INTERMITSUBPROGRAMANDTIMELAPSESUBPROGRAMTHISDESIGNADOPTTHESINGLECHIPTOCONTROLTHEHIGHSPEEDWATERJETLOOM,WHICHHASASTRONGAGILITYCHARANTER,AHUMANOPERATION,AHIGHDEPENDABILITYITSSOCHEAPANDHASACONVENIENTMAINTAINSOITCANBEDIVEDINTOAGORAGREATLYKEYWORDSHIGHSPEEDWATERJETLOOMSINGLECHIPCONTROLHARDWAREDESIGNSOFTWAREDESIGN目录第一章绪论111织布机的发展112织布机的控制113织布机控制技术的发展214本文的结构3第二章织布机概述与设计要求421织布机概述4211喷水织布机简介4212喷水织布机喷纱原理422检测的内容与要求423织布机的控制要求4231电机的控制4232刹车的控制6233指示灯要求6234直流电源要求6第三章织布机控制系统电路设计831设计方案的拟定832主控电路的设计8321主控电路中单片机89C51的应用8322主控电路中光电耦合器接口电路12323主控电路中固态继电器接口电路1233六项自停电路设计1434电磁刹车电路设计14341刹车电路中的电气元件14342刹车电路工作原理1535强电控制电路设计1736整流电路设计18第四章织布机控制系统软件设计2041主程序设计2042子程序设计28第五章原理图与PCB图的绘制3451PROTELDXP的简介3452如何用PROTEL画原理图34521原理图的设计步骤34522画原理图3553织布机控制系统总原理图3654如何用PROTEL画PCB图36541自动布线法画PCB图37542部分元件的封装说明3855织布机控制系统PCB图39第六章结论40致谢42参考文献43附录A英文资料44附录B英文资料翻译57附录C硬件设计原理图与PCB图63附件毕业论文光盘资料第一章绪论11织布机的发展喷水织机如图11所示是20世纪50年代出现的一种新型无梭织机，它由捷克斯洛伐克人VSVATY发明，1955年在布鲁塞尔国际纺织机械展览会上展出了世界上最早的一台喷水织机样机。1959年捷克斯洛伐克生产的喷水织机，扣幅只有1050MM一种，最高车速仅有400R/MIN。我国从本世纪70年代开始研制喷水织机。1980年，上图11喷水织布机海第十五丝织厂在全国首家引进日本津田驹ZW型喷水丝织机52台，因其具有车速高、质量优、看台多、故障少、电子化显示生产情况等特点，立即在国内纺织界引起哄动，在丝绸行业刮起了一股喷水织机引进风，至1992年，全国丝织厂共引进日本日产LW型喷水织机2190台，日本津田驹ZW型喷水织机1842台，意大利JH1000型喷水织机120台，捷克H175U型喷水织机20台，喷水织机成为丝织行业引进最多的无梭织机机种。同时，我国国产喷水织机销势也渐好，外资、民营均有，有引进技术的，也有仿制改进的，喷水织机在全国遍地开花。随着人民生活的提高，仿真丝、化纤纺丝、仿麻，仿皮的高档服饰面料需求量大幅上升。纤织物的需求快速增长，这不但为喷水织机提供了快速发展的空间，而且因为纤维原料和织物品种的不断更新，人们对织造技术效率不断提出新的要求，促使喷水织机及喷水织造技术逐步提高。经过十多年的发展，喷水织造的技术水平出现了新面貌。常规大批量投产的织机速度已由最初的400R/MIN提高到1000R/MIN以上。12织布机的控制为了保证织机高速、高效的生产各种高质擞的产品，降低劳动强度，提高劳动生产率，除具备先进的机械设计与精密的机加工技术之外，完备的织机电控系统也是其中一个重要方面。进入80年代后期之后，随着微型计算机技术应用的进一步发展，各种无梭织机的电控系统更加成熟与完善，以至当前任何一台先进的织机都体现了机电一体化的完美结合。新型织机的电控系统具备了下列主要功能1）织机工作状态的调整、监控及生产管理功能，如织机参数的设置、工艺参数的设定、织机工作状态监测、生产数据转移、织机信息显示等操作台式中央计算机的键盘功能。2）提高织机的产品质量及品种适应性的功能，如电子多臂、电子提花、电子选色、电子卷取、电子送经、自动找梭口及防开车档、引纬张力程控、纬纱定长及时间控制、开车补偿、自动修纬、自动修经等。3）方便织机的操作与维修功能和织机的安全保护劝能等。织机的电气控制系统是织机全部电控系统的强电部分，是织机电子控制系统的执行系统，有时织机机械控制系统的动力来源于控制设备，它由主电路及其控制电路组成。织机的电子控制系统是全部织机电控系统的弱电部分，也是其核心部分，织机各种功能的完备与否，与该机电控制技术的先进程度密切相关。13织布机控制技术的发展织机控制技术发展到今天，经历了纯人工控制、纯机械控制、机电或机电液控制、机电一体化、单台计算机的集中控制、多台微机的分级和分层控制等几个阶段。无梭织机的控制最主要的特征体现在新型引纬方面，且其他方面也采用了许多新技术，所以又称为新型织机。随着电子控制技术和计算机控制技术的发展，织机控制技术进入了新的迅速发展的阶段，为研制低价格、高性能的织机控制提供了可能性，为不断提高织物质量创造了条件。计算机控制技术在织机中的应用日趋广泛和成熟，它代表了当今织机发展的最新水平。计算机控制技术的应用提高了织造的生产效率和产品的质量，大大降低了劳动强度，节省劳力，实现了织造工厂自动化。织机的计算机控制技术的特点是利用微电子技术来实现自动控制，利用微机生产管理系统完成织造参数设定、修改、现实、检测、控制，使织造生产的管理自动化。国产纺织设备的机电一体化起步较晚，我国织机生产厂家从90年代后期，开始涉足喷水织机控制系统的研究开发领域，走技术引进、技术消化吸收、独立开发的道路。经过十几年的努力，取得了一定的成绩，研发出了多款喷水织机控制系统。与进口喷水织机相比，在织机性能和织造织物的品种适应性等方面还存在很大差距。从理论上研究高速喷水织机的控制系统，对提高国内喷水织机的制造水平，满足日益增长的市场要求，有重要的理论意义和显著的经济效益。织布机一般有硬件和软件两种控制方式。硬件控制成本虽低，但灵活性也低，机器的使用寿命也不长，维修不方便。而软件控制，成本虽高，但可靠性也高，稳定性也好，维修简单，并且节省劳动力，现在被广泛使用。本课题中，采用了单片机控制织布机，通过改变软件程序就可以实现织布机所要求的不同功能，大大增强了灵活性和工作效率。14本文的结构本文围绕高速喷水织布机控制系统的设计，根据设计任务和要求，介绍了织布机的发展概况，喷水织布机的工作原理，控制系统原理图的设计，软件流程图的绘制与程序的编写，并介绍了如何使用PROTELDXP绘制原理图和PCB图。全文分六章，各章内容如下第一章为绪论，主要介绍织布机的发展及其控制技术；第二章为织布机概述与设计要求，主要介绍了织布机工作原理与检测要求，以及对织布机的控制要求进行阐述；第三章为控制系统硬件电路设计部分，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、整流电路及强电控制电路部分的设计与分析；第四章为控制系统软件设计部分，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；第五章为PROTELDXP的应用，介绍了PROTELDXP，以及如何应用PROTELDXP绘制系统原理图及PCB图；第六章主要是结论，对论文的总结以及做毕业设计的感想。第二章织布机概述与设计要求21喷水织布机概述211喷水织布机简介织布机分梭织机、喷水织机和喷气织机，由于梭织惯性大、效率低，基本已淘汰，目前织布机多为喷水织机和喷气织机，两者工作原理基本相同。212喷水织布机喷纱原理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好的上下交替运动的一根根经纱，交织过程中，经纱边交替上下运动边向前移动，每上下交替运动一次，高压水喷出一根纬纱，经纱和纬纱绕在各自纱台上，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。如图21所示。22检测的内容与要求在织布过程中，遇到故障必须立即停车，需检测到故障有1）断纬。如图22所示。在正常工作中，每喷水一次，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，以免经纱继续向前移动，造成排除故障重新开机后纬纱不连续，出现次品。2）电机过热。当电机工作温度过高，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，需停止、刹车。除了上述故障发生的需要停车外，当织布长度达到设定长度的也要立即停车。23织布机的控制要求231电机的控制织布机共有三台电机1）主电机。主要为织布机运动装置提供运动以及动力。起动时，有两种图21高速喷水织布机工作原理方式Y型起动，正常工作时也为Y型；Y型起动，型起动（起动快），经延时后切换成Y型正常运转，起动方式可由操作者选择。2）风机电机。共两台，一只吹风，一只吸风，将吹风机吹出的水汽吸走。调整织布机各个运动机构位置时，可正、反点动主电机，此时，风机电机不需起动。织布时，要先启动风机电机，后启动主电机，否则主电机不起动。（另外，调整织布机，刹车装置要松开，否则不能点动。织布时，刹车装置处在松开的有效状态。）图22压水及断纬故障检测示意图232刹车的控制刹车装置为电磁铁，启动主电机织布时，刹车装置必须处于有效状态，即遇到故障的停车能立即刹车，当刹车装置处于无效状态时，主电机不能启动。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，可用于手工盘动织布机，以调整织布机运动机构装置。233指示灯要求织布机由四只指示灯，红色作电源指示，接通电源后，该灯亮；黄色作织布指示，正常工作时，该灯不停闪烁，断纬停车后，该灯只亮不闪烁；绿色作电机过热、捻边纱、缠纬纱断纱指示，故障发生后停车时，该灯亮，故障不发生不亮；蓝色作计长指示，设定长度达到后停车时指示，长度未到，不停车，灯不亮。234直流电源要求控制系统所需要电源由四种直流电源单片机工作电压5V，探纬器工作电压12V，控制按钮工作电压12V，刹车装置直流电压110V。上述四种直流电压经变压器、整流后获得。刹车时，加在电磁铁上的电压为110V，停车后，降为24V，这是通过控制系统软件，使电磁铁线圈处于通断通断工作状态，靠改变通、断时间以使线圈的平均电压为24V。如图23所示。此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字需要整套设计请联系Q99872184。图23刹车电压第三章织布机控制系统电路设计31设计方案的拟定根据任务书要求，对织布机控制系统电路进行设计。控制系统电路分三个电路主控电路、强电电路和整流电路。主控电路利用CPU为89C51的单片机实现正反转、正反点动、风机运转、电磁刹车、故障检测自停，以光电耦合器作为隔离单片机系统与输入输出部分的控制元件。控制系统输出口与强电电路接口为固态继电器。整流电路主要由变压器、二极管整流桥、滤波器和集成稳压器等组成，用来实现三相交流电到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（刹车装置直流电压）的转换。强电部分主要利用电气控制原理实现电机运转，包括电气保护元件、接触器开关、电机等。32主控电路的设计主控电路主要利用89C51单片机实现主电机正反转、正反点动、风机运转、电磁刹车、故障检测自停，以光电耦合器作为隔离单片机系统与输入输出部分的控制元件，并在电机控制信号输出电路当中采用了固态继电器与电机控制强电电路进行连接。主控电路如图31所示。321主控电路中单片机89C51的应用AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的程序存储器和128B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容MCS51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域1。如图32所示，89C51共有40条引脚。其引脚的说明如下1电源引脚VCC和GND（共2根）VCC（40脚）接5V电压。GND（20脚）接地。2外接晶体引脚XTAL1和XTAL2（共2根）XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接连到内部时钟发生器的输入端。原理图中，XTAL2接振荡信号，图31主控电路图XTAL1接地。其使用了12MHZ晶振，则根据单片机CPU的工作时序，其4个周期的具体值计算如下振荡周期；/US时钟周期；/6S机器周期；1/21指令周期。4SU3控制和复位引脚ALE、和RST（共4根）PSNALE（30脚）当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。1122334455667788991010111212DDCCBBAATITLENUMBERREVISIONSIZEA1DATE20861SHETOFFILECDOCUMENTSANDSETINGS1SCHDOCDRAWNBYP101P12P123P134P145P156P167P178RST9301031132123133414351536163717XTAL218TL119P2021P212P223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PROG30EA/VP31P0732P063P0534P0435P0336P0237P0138P039VC40GND2089C51104C155VGND3KR45KRI315KR53KRI15KRI25KR163KRI61KRI510C1U4U8U5S1S1S110C12GND12V5VGNDGNDS1GND12V5V3KRI15KRI2U4S1S1GND12V5V3KR35KRI4U612V5VD17GND3KR25KRI4U612V5VGND3KRI15KRI2U412V5VGNDD9S13KRI15KRI2U412V5VGND1212MHZB15V12VT65KR153KRI61KRI5U85V12VT55KR143KRI81KRI7U75V12VT45KR173KRI61KRI5U85V12VT75KR183KRI61KRI5U85V12VT8PS050KR1010KR61KR72KR1R13KR215KRI25KR201KRI73KRI8470R19U7U7D1610MHL1D1510C16T9GND5V5VGND5V5V12VT1010V12LED1KRI73KRI82KR13T25V12VU712LED1KRI73KRI82KR13T25V12V3KRI15KRI2U4S1S1GND12V5VU712LED1KRI73KRI82KR13T25V12VU712LED1KRI73KRI82KR13T25V12VGND5KRI45VGND5KRI45V30PC1330PC14GND12D4S4U53KRI95KRI312V5VGND12D5S5U53KRI95KRI312V5VGND12D3S3U53KRI95KRI312V5VGND12D2S2U53KRI95KRI312V5VGND12D6S6U53KRI95KRI312V5VGND12D1S1U53KRI95KRI312V5VGND470PC17S6S645674AC0U2B910874AC0U2C1213174HC0U2D12374AC0U2A872U3A653U3B图3289C51引脚图（29脚）外部程序存储器读选通信号。PSEN（31脚）外部访问允许。ARST（9脚）复位信号输入端（高电平有效）。4I/O口引脚P0、P1、P2、P3P0口P0口是一组8位漏极开路输出型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”时，又可作高阻抗输入端用。P1口P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器时或16位地址的外部数据存储器（如执行MOVXDPTR，A）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXR1，A）时，P2口线上的内容（特殊功能寄存器SFR区中的R2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。P3口P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。根据任务书要求，本设计所应用引脚功能见表31表31引脚功能说明端口引脚功能说明端口引脚功能说明VCC工作电压5VP15控制左绞故障自停GND接地P16控制缠纬故障自停P00控制计长指示灯P17控制张力过大自停P01控制五项自停指示灯P20控制高压刹车P02控制探纬指示灯P21控制低压刹车P03控制电源指示灯P22控制继电器YKM输出电路P04控制继电器KM0输出电路P31控制主电机反转点动P05控制继电器FKM输出电路P32控制系统停车P06控制继电器ZKM输出电路P33控制主电机正转点动P07控制继电器KM输出电路P34接近开关信号RST控制系统复位P35控制风机启动P10手动控制六项自停P36刹车开关信号P11手动控制主电机Y启动P37控制系统停止P12控制计长自停XTAL1接振荡器P13控制电机过热自停XTAL2接振荡器P14控制右绞故障自停322主控电路中光电耦合接口电路1光电耦合器的结构及特点光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发图33光电耦合器的结构和符号光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。如图33所示。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。2光电耦合器接口电路当用微处理器输出去控制大功率电器时，要将强电与弱电隔离，一般由光隔离和磁隔离两种。本设计中采用光电隔离。由光电耦合器组成的光电耦合电路应用（以控制风机启动为例）如图34所示图中光耦为晶体管输出型光电耦合器。光电晶体管以光取代基极电流，作为晶体管的输入，当光电耦合器的发光二极管发光时，光电晶体管受光的影响在CB和CE间会有电流流过，电流受光照强度控制。光电耦合器将单片机89C51系统与控制开关隔离，使两部分的电流相互独立。由于光电耦合器是电流型输出，不受输出端工作电压的影响，因此可以用于不同电平的转换。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，P35低电平有效；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，P35为高电平。电阻RI1起限流保护作用。323主控电路中固态继电器接口电路固态继电器是一种新型无触电继电器。它是随着微电子技术的不断发展产生的以弱控强新型电子器件。同时又为强、弱之间提供良好的隔离，从而确保图34控制系统电路中的光耦接口电路电子电路和人身的安全。固态继电器利用电子元器件的电磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。固态继电器有三部分组成输入电路，隔离耦合和输出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。其输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。固态继电器接口电路如图35所示。继电器的输入为单片机的逻辑电平，信号经光电耦合器耦合后，经驱动三极管进行转换，使输出的驱动电压能够适应继电器线圈的要求。图中PNP三极管为固态继电器的驱动管。当89C51的P04口为低电平时，经光耦耦合，加在PNP基极的电位低于发射极，三极管导通，固态继电器导通，接触器KM0线圈得电，KM0常开触点闭合，电机运行。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，使两部分的电源相互独立。避免输出部分电源变化对单片机电源的影响，减少系统所受干扰，提高系统可靠性。图35固态继电器接口电路33六项自停电路设计六项自停电路是用于在系统织布过程中，发生故障时，使系统停车并刹车。该电路主要检测故障包括断纬、电机过热、左、右捻边纱、缠纬纱断纱、卷布筒张力过大以及计长信号等。电路如图36所示。图中，P10为手动控制六项自停电路。当故障检测需要停车时，开关S0闭合；不需要停车时，开关S0打开。P12P17口为自动控制六项自停电路，分别为计长、电机过热、右绞故障、左绞故障、缠纬故障、张力过大自停。其中，有3只指示灯，探纬指示、五项自停指示、计长指示来指示故障。织布机运行时，将P10常开开关S0闭合，当发生故障时，相应的保护开关S1S6开关闭合，使自停电路导通，切断主电机电源，随后发出刹车信号，刹住织布机。此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字需要整套设计请联系Q99872184。停止、六项自停关INT0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05S开定时器0，低压刹车风机正转标志位清0正转标志位置1停止关风机风机标志位清0EDL9L13L15YYNNYYNN关刹车，关定时器0刹车开关开反点动正点动关刹车，关定时器0刹车开关开延时20MSFC、CY动作按钮松开关风机风机标志位清0关刹车，关定时器0关刹车，关定时器0刹车开关开延时20MSFC、CY动作按钮松开关电机开高压刹车延时05S开定时器0，低压刹车CBYL3NYNL30YYL2L4NYNL1L17YNYL5NN图41主程序流程图2初始化程序的编写程序初始化的编写，主要包括以下几个部分设定I/O口的初始状态设定定时器的工作方式选择工作寄存器组开CPU中断清有关标志位编写程序清单如下ORG0000H；AJMPMAIN；复位入口转到主程序ORG0003H；AJMPIN0；INT0中断入口地址为0003HORG000BH；AJMPTT0；定时器0T0中断入口地址为000BHORG001BH；AJMPTT1；定时器1T1中断入口地址为001BHORG0030H；MAINCLRP02；关探纬器指示灯CLRP20；开低压刹车MOVTMOD,10H；定时器0模式0，定时器1模式1SETBEA；CPU开放中断CLRIT0；电平触发MOVA,00H；所有标志位清零MOV21H,A；其中标志位有四个08H为时间常数标志位，09H为风机标志位，0AH为电机正转标志位，0BH为中断发生标志位，分别存放在以21H为地址的单元格内。确定定时器方式寄存器TMOD控制字及各控制位的值定时器方式寄存器TMOD控制字D7D6D5D4D3D2D1D000010000T1方式字段T0方式字段即TMOD控制字为10H置TRX1，启动计数。置ETX1,允许定时器/计数器中断。置EA1，CPU开中断。置IT00，电平触发。IN3主程序清单L1SETBP21；刹车开关开JNBP21,L1；MOVTL0,18H；开刹车，定时器0开MOVTH0,0F9H；SETBET0；SETBTR0；L2JNBP35,L8；风机启动JBP33,L4；正转点动CLRTR0；CLRET0；关定时器0SETBP20；关刹车JNBP21,L1；刹车开关开LCALLT20M；CLRP06；ZC动作CLRP22；CY动作L3JNBP33,L3；等按钮释放SJMPL6；L4JBP31,L7；反转点动CLRTR0；关定时器0CLRET0；SETBP20；关刹车JNBP21,L1；刹车开关开LCALLT20M；CLRP05；FC动作CLRP22；CY动作L5JNBP31,L5；等按钮释放L6SETBP22；SETBP06；关电机SETBP05；CLRP20；开高压刹车LCALLT500M；MOVTL0,18H；MOVTH0,0F9H；开定时器0，低压刹车SETBET0；SETBTR0；L7JBP21,L2；刹车开关开CLRTR0；CLRET0；关刹车，关定时器0SETBP20；LJMPL1；L8CLRP04；启动风机SETB09H；风机标志位置1L9CLR0BH；中断发生标志位清0JNB09H,L2；风机标志位1JB0AH,L10；正转标志位1JBP21,L10；刹车开关开LJMPL17；L10JNBP33,L11；正转按钮按下LJMPL15；L11SETB0AH；正转标志位置1CLRTR0；CLRET0；关刹车，关定时器0SETBP20；CLRP21；JBP11,L12；YP11为高电平时，转动作LCALLT20M；延时20MSCLRP06；ZC、C动作CLRP07；LCALLT500M；延时05SMOVTL1,0B0H；探纬指示灯开MOVTH1,3CH；SETBET1；开定时器1SETBTR1；SETBEX0；开INT0LJMPL13；L12LCALLT20M；CLRP06；ZC动作CLRP07；C动作LCALLT500M；MOVTL1,0B0H；探纬指示灯开MOVTH1,3CH；SETBET1；开定时器1SETBTR1；SETBEX0；开INT0LCALLT1S；LCALLT1S；延时3SLCALLT1S；JB0BH,L13；中断发生CLREX0；关中断JB0BH,L13；中断发生SETBP07；关CCLRP22；开CYSETBEX0；开IN0L13JBP37,L9；六项自停CLREX0；关中断JB0BH,L9；中断发生SETBP22；SETBP07；关全部电机SETBP06；SETBP04；L14JNBP34,L14；等待接近开关信号CLRP20；开高压刹车SETBP36；CLRTR1；CLRET1；关定时器1中断CLRP02；关探纬灯LCALLT500M；MOVTL0,18H；开定时器0，低压刹车MOVTH0,0F9H；SETBET0；SETBTR0；CLR09H；风机标志位清0CLR0AH；正转标志位清0LJMPL9；L15JB0AH,L13；正转标志位1JBP37,L9；停止SETBP04；关风机CLR09H；风机标志位清0L17SETBP04；关风机CLR09H；风机标志位清0CLRTR0；关定时器0CLRET0；SETBP20；关刹车LJMPL1；42子程序设计1INT0中断子程序INT0中断子程序的流程如图42所示，根据其流程编写的程序为IN0JB0BH,LIN02；中断发生标志位为1，转LIN02SETBP22；图42INTO中断子程序SETBP07；关所有电机流程图SETBP06；SETBP04；LIN01JNBP34,LIN01；等待接近开关信号CLRP20；开高压刹车SETBP36；CLRTR1；关定时器1CLRET1；SETBP02；探纬指示灯开CLR09H；风机标志位清零CLR0AH；正转标志位清零CLREX0；关INT0SETB0BH；INT0发生标志位置1LCALLT500M；MOVTL0,18H；低压刹车MOVTH0,0F9H；SETBET0；允许T0中断SETBTR0；启动定时器0LIN02RET1；中断返回2定时器0中断定时器0中断主要控制电磁铁的刹车电压。系统每个机器周期的刹车时间为1MS，刹车时，加在电磁铁上的电压为110V，系统停车后，加在电磁铁上的平均保持电压为24V。这种转换就是利用了定时器0的中图43T0中断断功能，使电磁铁线圈交替开通02MS，关断08MS，子程序流程图处于通断通断的工作状态，使加在电磁铁上的平均电压为24V。图43为T0中断子程序流程图。设定时器定时时间为02MS和08MS，当单片机主频为12MHZ时，最大的定时时间为图43T0中断子程序方式0流程图13MAX9TU方式1656SS方式2和方式3判定，8AX20可选择定时器0工作在方式0下，由公式1OSCTF计算02MS和08MS定时的初值分别为，即TH0应装0F9HTL0应装18H。1320/792018TCMSUF，即TH0应装0E7HTL0应装00H。83ET0中断程序为TT0JNB08H,LL0；时间常数标志位为0，转LL0SETBP20；关刹车MOVTL0,00H；关08MSMOVTH0,0E7H；CLR08H；时间常数标志位清0RETI；中断返回LL0CLRP20；开刹车MOVTL0,18H；开02MSMOVTH0,0F9H；SETB08H；RETI3定时器1中断定时器1中断主要控制探纬灯（织布指示灯）的闪烁，织布机正常工作时，探纬灯要不停的闪烁。设定定时器定时亮灯50MS后，再关灯50MS,如此反复闪烁。根据工作方式下的最大定时时间值判定，选用工作方式1，由公式162OSCTAF计算定时器初值为，即TH1应装3CH；TL1应装0B0H。16250/15360TCMSUCB图44为T1中断子程序流程图，其程序为TT1JNB0CH,LL1；SETBP02；探纬指示灯开MOVTL1,0B0H；置50MS时间常数MOVTH1,3CH；CLR0CH；RETI；LL1JNB0DH,LL2；SETBP02；探纬指示灯开MOVTL1,0B0H；MOVTH1,3CH；CLR0DH；RETI；LL2JNB0EH,LL3；CLRP02；MOVTL1,0B0H；MOVTH1,3CH；CLR0EH；RETI；LL3CLRP02；MOVTL1,0B0H；MOVTH1,3CH；SETB0CH；SETB0DH；SETB0EH；RETI4延时子程序软件设计中使用的延时程序为多重循环的子程序，所谓多重循环，就是在循环程序中还嵌套有其它循环程序。本系统控制软件中用到20MS、500MS和1S三个延时子程序，单片机主频为12MHZ，一个机器周期为1US,执行一条DJNZRN，REL指令的时间为2US,1）延时20MS的子程序T20MMOVR1,27H；20MS延时子程序TM1MOVR0,OFFH；TM2DJNZR0,TM2；2US255510USDJNZR1,TM1；510US3919890USRET其延时时间计算方法如下27H39D，0FFH255D189USMS图44T1中断子程序流程图2）延时500MS的子程序T500MMOVR2,19H；500MS延时子程序TM3MOVR1,27H；TM4MOVR0,OFFH；TM5DJNZR0,TM5；DJNZR1,TM4；DJNZR2,TM3；RET3）延时1S的子程序T1SMOVR3,02H；1S延时子程序TM6MOVR2,19H；TM7MOVR1,27H；TM8MOVR0,OFFH；TM9DJNZR0,TM9；DJNZR1,TM8；DJNZR2,TM7；DJNZR3,TM6RET第五章原理图与PCB图的绘制51PROTELDXP的简介PROTELDXP是一款WINDOWSNT/XP的全32位电子设计系统。PROTELDXP提供一套完全集成的设计，这些工具让设计者很容易地将自己地设计从概念到形成最终的板设计。所有的PROTELDXP工具需要在一个单一应用环境设计探索者（THEDESIGNEXPLORER）中运行。启动PROTELDXP后，系统显示如图51的启动界面。界面由菜单栏、工作面板和常用任务的快捷图标等组成。图51PROTELDXP主界面52如何用PROTEL画原理图521原理图的设计步骤1）启动PROTELDXP电路原理图编辑器，进入原理图设计环境。2）设计原理图图纸大小及版面，即根据实际电路的复杂程度来设置图纸的大小、方向、网格的大小及标题栏等。此设计选择的是A1图纸。3）放置元件。将电气和电子元件放置到图纸上。4）原理图布线。利用PROTELDXP提供的各种画线工具和指令将元件用导线连接起来，构成完整的电路原理图。连接要注意符合电气规则。5）检查原理图。原理图绘制完成后，利用PROTELDXP提供的电气规则检查功能，检查原理图的连接是否正确，若有错误则修改。6）生成网络表。原理图网络表就是元件名、封装、参数及元件之间的连接表，通过网络表确认各元件之间的连接关系。7）打印输出原理图。522画原理图1）进入PROTELDXP设计环境，选择FILE/NEW/PCBPROJECT菜单，新建一个项目，并在此项目中新建一个原理图文件，即选择FILE/NEW/SCHEMATIC，并保存项目。双击新建的，进入原理图设计。窗口如图52。图52原理图设计窗口2）装载元件库。选择DESIGN/ADD/REMOVELIBRARIES菜单，出现如图53所示的对话框，点击对话框的ADDLIBRARY按钮，在弹出的对话框中选择要添加的库即可。若无法确定元件所属的库时，可点击DESIGN菜单的BROWSALIBRARIES命令，点击其中的SEARCH按钮来搜索。图53添加/删除元件库3）放置元件并编辑元件属性。在元件库找到元件后，用PLACE按钮放置元件。放置元件时可用空格键调整元件方向，元件浮动时，点TAB键可显示元件属性，设置元件属性。4）如元件库没有所需要的元件，需要自己画。点击FILE/NEW/SCHEMATICLIBRARY，创建元件库。如图54所示。5）其余步骤按上节介绍的画。53织布机控制系统总原理图织布机控制系统的总原理图主要由强电部分、主控制电路部分、整流电路部分组成。根据前面介绍的PROTELDXP的使用方法，绘制符合标准的原理图。由于使用PROTEL画成的原理图生成PCB时，不包括电路的强电部分，因此要将原理图的的强电部分删除。总原理图见附录C。54如何用PROTEL画PCB图541自动布线法画PCB图1选择菜单FILE/NEW/PCB，建立PCB文件，并保存。双击进入PCB设计环境，如图55所示。可使用电路向导确定电路板层数、尺寸等电路板参数。图54PCBLIBRARY标签页2）在电路板管理器中的BROWSE/LIBRARIES中添加常用的或自己绘制的元件封装库。3）导入原理图。选择菜单DESIGN/IMPORTCHANGESFROMAJLIBPKG，系统调入绘制的原理图文件。4）布置元件，将元件合理的分布在电路板上。5）设置自动布线规则，选择AUTOROUTE/ALL，开始对电路自动布线。6）完成修饰等工作，保存。图55PCB设计界面542部分元件的封装说明部分元件的封装说明见表51。表51元件的封装说明封装类型封装名称说明电阻类无源元件AXIAL0310数字表示焊盘间距，单位为英寸无极性电容元件RAD01O4数字表示焊盘间距有极性电容元件RB2/4RB5/10斜杠前的数字表示焊盘间距，后的数字表示电容外直径二极管DIODE04、DIODE07数字表示焊盘直径石英晶体XTAL1晶体管TOXXXXXX为数字，表示不同的晶体管封装可变电阻VR1VR5双列直插DIPXXXX表示引脚数续封装类型封装名称说明单列直插SIPXX表示引脚数55织布机控制系统PCB图1）根据讲述PCB板的画法，先将画好的原理图自动元件编号，编辑好元件属性，进行电气规则检查，生成原理图元件列表，建立原理图网络表。2）设置PCB板的规格参数，将原理图调入。3）用自动布置元件加人工调整元件的方法布置元件，将元件合理的分布在电路板上。4）设置自动布线规则，特别注意要进行线宽设置，一般电源线与地线的宽度为普通连线的2倍，确定后系统自动完成布线。完成后的控制系统总PCB图见附录C。第6章结论61论文总结1主要工作及结论1了解了喷水织布机的工作原理和要求，按照任务书设计出单片机控制系统。2利用89C51单片机进行设计，对其各引脚功能了解加深。3根据电路要求设计主控电路、整流电路以及强电电路等。实现了电机的正反转、正反点动、星/三角启动的转换、风机的启停、指示灯的控制、故障的检测等功能。4结合硬件电路设计了控制系统的主程序、中断子程序和延时子程序等。5使用PROTELDXP软件绘制了电路原理图和PCB图。6对相关的英文资料进行翻译。采用单片机来控制织布机系统，使其更有效率地高速运转。单片机编程对故障检测精确度大，可随时停机排除故障，这样可以提高织物品质，并且灵活性大，操作具有人性化，可靠性高，价格低廉。2存在的问题对此设计要应用到实际中，还不现实，首先无法验证和调试；其次，对于PCB板要能做出实体还需修改。62感想通过这三个多月的毕业设计，使我收益破深。毕业设计是对自己大学四年的学习进行的一次综合应用，能增自己的动手能力，使其不只是停留于对理论知识的认识，把所学的知识运用到实践中，可以锻炼其思维能力以及自学能力，使得理论知识更加深刻。我的课题是高速喷水织布机单片机控制系统设计，要求有硬件跟软件。接触了很多前所未见的知识，但确实是一次知识的综合，很多已经忘记的知识需要重新拾起。硬件部分用到电力电子技术、模电、电气控制、PROTEL等方面的知识，软件方面主要是单片机编程，主程序、中断子程序、延时子程序的编写。其实这是一次再学习的过程，很多知识得到巩固。从收集资料到最终完成设计和论文，遇到不少问题，知道问老师问同学，解决之后如获至宝。三个多月说短也不短，这就需要很大的耐心、细心，同时锻炼了自己的意志。在绘制PCB板的过程中，很可能因为一个细节导致PCB图出不来。虽然不够完善，但学到了很多。做任何事都不能浮躁，要踏踏实实的。这次毕业设计对以后的人生是一次很好的锻炼，相信自己可以同样通过自身的努力达成自己的梦想。致谢本设计高速喷水织布机单片机控制系统设计工作是在我的导师华茂发副教授的精心指导和悉心关怀下完成的，在我的学业和设计工作中无不倾注着导师辛勤的汗水和心血。华老师对我不厌其烦的讲解和教诲换来了我对知识的掌握，老师严谨的治学态度、渊博的知识和无私的奉献精神使我深受启迪。他不仅教会我丰富的专业知识，同时也教会我独立学习。在此