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pj 54 织布机 控制系统 设计 优秀 优良 机械 机电 电机 毕业设计 论文 a6121

资源描述：

文档包括:

说明书一份,39页,12200字左右.

任务书一份.

开题报告一份.

PROTEL图纸一份.

内容简介：

南京工程学院毕业设计开题报告课 题 名 称： PJ-54织布机控制系统设计 学 生 姓 名： 金 丹 指 导 教 师： 华 茂 发 所 在 系 部： 自 动 化 专 业 名 称： 自 动 化（数 控） 南京工程学院2006年2月23日南京工程学院毕业设计任务书 自动化 系 数控 专业设 计 题 目 PJ54织布机控制系统设计 学 生 姓 名 金 丹 班 级 K032023 起 止 日 期 2月20日至6月23日 指 导 教 师 华 茂 发 教研室主任 葛 红 宇 发任务书日期 2006年2月22日1.毕业设计的原始数据： 主电机：2.2KW，风机两制：各0.75KW，刹车电压：110V，锁定电压：24V，六个故障检测（断纬，左右捻边断纱，电机过热，张力过大，计长），四个整流电路（5V，12V，12V，110V）2.毕业设计(论文)的内容和要求(包括技术要求、图表要求以及工作要求等)： CPU:89C2051。控制：主电机正转、反转，正点动、反点动；主电机高压刹车，低压锁定；两个风机启动、停止；故障检测：断纬，电机过热，左右捻边断纱，卷布筒张力过大，计长。控制系统输出与强电电路接口为固态继电器。控制软件。整流电路：5V，12V，12V，110V。3.毕业设计应完成的技术文件： （1）毕业设计论文（2）电路原理图（3）PCB图（4）程序流程图（5）程序清单4.主要参考文献： （1）单片机原理与接口技术.李朝青.北航出版社.1999年3月（2）单片机应用系统的功率接口技术.余永权.北航出版社. 1992年9月- 1 -5.毕业设计(论文)进度计划(以周为单位)：起 止 日 期工 作 内 容备 注第一周第二周第三周第四周第五周第六周第七周第八周第九周第十周第十一周第十二周第十三周第十四周第十五周第十六周第十七周第十八周熟悉课题调研拟订方案修改方案设计主控电路设计整流电路设计强电电路绘制主控电路PCB图绘制整流电路PCB图设计主要程序流程图设计子程序流程图编写主程序编写子程序一编写子程序二修整程序写论文写论文答辩教研室审查意见： 室主任 年 月 日系部审查意见： 系主任 年 月 日- 2 -学士学位毕业设计(论文)开题报告学生姓名：金丹学号：003202306专业：自动化数控指导老师：华茂发职称：副教授所在系部：自动化课题来源：工厂课题类型：设计课题名称：PJ54织布机控制系统设计毕业设计的内容和意义毕业设计的内容和要求：以CPU为98C2051的控制电路，控制主电机正转、反转，正点动、反点动；主电机高压刹车，低压锁定；两个风扇启动、停止；实现故障检测功能：断纬，电机过热，左、右捻边断纱，卷布筒张力过大，计长。中间继电器为控制系统输出口与强电电路接口，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。四个整流电路实现三相交流电到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。毕业设计应完成的技术文件：毕业设计论文电路原理图PCB图程序流程图程序清单英文翻译课题研究意义：毕业设计是我们大学生前三年半所学知识的综合应用，是我们步入工作单位接受现实任务前的一次大练兵。我所设计的织布机控制系统，是一项综合性较强的课题。此项课题主要完成硬件与软件两大部分设计：（1）硬件部分：电气原理图和PCB板的设计 综合所学的电工电子技术、电气控制知识，根据课程设计要求设计出符合的电气原理图，运用Protel 99SE绘制原理图（部分元气件的绘制，电气规则检查，合适的元件封装、出电气网络表等）；根据原理图出PCB板（原理图网络表的调入，元件封装的修改，元件的电路板布局，电路板布线等）。（2）89C2051单片机程序编写 结合所学的单片机应用原理知识，主要对单片机并行I/O口、定时器、中断系统的应用，实现对织布机电机、电磁刹车系统及故障检测系统的控制。绘制程序流程图，编写主程序及子程序，经汇编调试，完成程序编写。现在的本科毕业生，大多偏重理论知识的学习，动手能力不强，空间思维能力有限，知识面窄，毕业后进入用人单位，多要经重新针对性的学习培训，才能上手工作。导致用人单位招聘多要求有实习或工作经验的毕业生，而应届毕业生就业形式严峻。在这样的大环境下，以积极良好的态度去面对毕业设计，巩固与运用所学的知识，加强思维动手等综合能力，在应届毕业生中以优势条件，争取较好的工作单位，也为自己四年的大学生活划上圆满的句号。研 究计 划1、熟悉课题、查阅相关资料、拟订方案、修改方案2、设计主控电路、整流电路、强电电路原理图 3、绘制主控电路、整流电路PCB图 4、设计主要程序流程图、子程序流程图 5、编写主程序、子程序、修整程序6、写论文7、答辩特 色与 创 新本次毕业设计所使用的单片机芯片为89C2051，而我们课程上学习的为MCS-51型单片机。89C2051是由ATMEL公司推出的一种小型单片机，其主要特点为采用Flash存储器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。2051采用的是MCS-51的核心，其特点：（1）2051内部基本保持了80C31的硬件I/O功能；（2）2051的Flash存储器技术，可重复擦写1000次以上，容易解决调试手段；（3）更适合小批量系统的应用，容易实现软件的升级。89C2051适合于家用电器控制，分布式测控网络，I/O量不是很大的应用系统。 文 献综 述1、单片机应用系统功率接口技术 余永全 北航出版社 单片机应用系统在大多数场合都要靠控制大功率执行部件，本书系统的介绍了功率接口元件、部件和各类功率接口。在毕业设计原理图设计时，用到了本书功率晶体管，功率场效应管，LED，光电耦合管等开关型功率接口，稳压电源功率接口等方面的内容。为毕业设计提供了相关元件模型，部分元件计算方式及原器件典型应用方式。2、单片机原理与应用 赵德安 机械工业出版社本书以单片机经典体系结构的MCS-51系列为背景机，系统的介绍了单片机的发展概况和基本结构、工作原理、基本系统、指令系统、汇编语言程序设计、并行扩展和串行扩展方法、人机接口，以及单片机的开发应用等方面的内容。3、原理原理图与电路板设计教程 夏路易、石宗义北京希望电子出版社本书是关于Protel 99SE 应用的书，他全面的介绍了Protel99SE 的功能，精选了大量的原理图设计，电路板图设计和电路仿真方面的练习，并给出了电路板的设计原则。 毕业设计时应用本书的相关内容完成原理图、PCB板图的绘制。4、图表细说电子原器件 胡斌 电子工业出版社本书从以下角度讲解了原器件的知识：（1）识别方法、（2）电路符号识图信息、（3）主要特征、（4）重要参数解析、（5）典型应用电路图解、（6）检验方法详解、（7）修配技术和更换操作、（8）调整技术介绍。研 究内 容织布机分梭织机、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，每喷出一跟纬纱，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，使纬纱排列紧在密。织成的布经吸水装置吸水后，卷到前方卷布筒上。指导 老师 意 见指导老师签名： 年 月 日教研室意见：主任签名： 年 月 日系部 意 见教学主任签名： 年 月 日 南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 金 丹 学 号： 06 系 部： 自 动 化 专 业： 数 控 题 目： PJ-54织布机控制系统 指导者： 华茂发 副教授 评阅者： 2006年 6月 南 京毕业设计说明书（论文）中文摘要本文围绕PJ-54喷水织布机控制系的设计，主要介绍了织布机的种类及发展概况，喷水织布机的结构组成，工作原理及控制、检测要求。以89C2051单片机为控制核心，通过对系统软、硬件的设计，实现系统的各项运转和故障检测。系统的运转包括主电机的正、反转，正、反点动，停车、刹车，星三角启动，风扇电机的启动；故障检测主要包括断纬，电机过热，左、右捻边纱断纱，卷布筒张力过大，计长。系统各项功能的实现，由软件完成。设计出符合要求的电气原理图，用Protel 99SE软件进行原理图和PCB板图绘制。关键词 喷水织布机 单片机控制 软、硬件设计 PCB图绘制毕业设计说明书（论文）外文摘要Title The Design of PJ-54 Loom control systemAbstractThis project is about the design of PJ-54 loom control system, which is mainly introduced about the kinds and the evolution of the loom, the makeup or the parts, the work elements and the demand of control and exam of the loom. With the singlechip 89c2051 as the control core, through the design of the software and the hardware, the design were required to implement the running of the system and examining the system malfunction. The running of the system includes veer、reversion、veer nodding、reversion nodding、stopping 、braking、the starting as the shape of a triangle or a star, the starting of fan motor; the system malfunction examination includes the breaking of woof, too hot of the motor, the breaking of the left woof or the right woof, too heavy strain of the fabric roll or metering the length of the woof. The accomplishment of every function of the system is accomplished by the programme of the singlechip.To design the rational and integrated picture with the software of Protel 99se on electric principle, then make the picture of plated circuits. Keyword loom singlechip control the design of the software and the hardware the picture of plated circuits重要提示：各类电子文档标准格式中的说明（用蓝色或红色字体表示），在参阅后请自行删除（包括本提示），黑色字体的内容全部保留！l 毕业论文打印格式(供文经管类专业学生用) （A4纸型） 南 京 工 程 学 院毕 业 论 文作 者： 学 号： 系 部： 专 业： 题 目： 指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 20 年 月 南 京毕 业 论 文 中 文 摘 要（空1行） （小4号宋体，1.5倍行距）。（要求200300字）（空2行）关键词 （小4号宋体）（小4号黑体）毕 业 论 文 外 文 摘 要Title （4号宋体） Abstract（小4号宋体，1.5倍行距，第一个字应顶格写）.（空2行）Keywords （小4号宋体）（小4号黑体）南京工程学院毕业设计英文翻译 文 章 名 称：拥有大型盘铣刀具的能够促进回转体加工生产率的深槽铣床学 生 姓 名： 金 丹 指 导 教 师： 华 茂 发 所 在 系 部： 自 动 化 专 业 名 称： 自 动 化（数 控） 南京工程学院2006年2月26日南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 1 页目 录前前 言言.1第一章第一章 织布机概述织布机概述.21.1 织布机简介.21.2 检测的内容及要求.21.3 织布机的控制要求.21.3.1 织布机的三只电机.21.3.2 电机的控制.31.3.3 刹车的控制.41.3.4 指示灯.41.3.5 直流电源.4第二章第二章 硬件部分设计硬件部分设计.52.1 设计方案 .52.2 主控电路的设计 .52.3 整流电路设计 .112.4 强电控制电路.12第三章第三章 软件部分的设计软件部分的设计.153.1 主程序设计 .153.2 子程序设计 .23第四章第四章 PROTELPROTEL 99SE99SE 的应用的应用.284.1 Protel 99SE 的简介 .284.2 如何用 protel 画原理图 .284.2.1 原理图的设计步骤.284.2.2 画原理图.294.3 织布机控制系统总原理图.30南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 2 页4.4 如何用 protel 画 PCB 图 .324.4.1 自动布线法画 PCB 图.324.4.2 部分元件的封装说明（表 4-1）.334.5 织布机控制系统 PCB 图.33第五章第五章 结结 论论.35参考文献参考文献.37致致 谢谢.38附附 录录.39附录一 织布机控制系统原理图附录二 织布机控制系统 PCB 图南京工程学院毕业设计说明书（论文）前 言 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纱速度、缩短了纺纱生产周期，并逐步实现了许多自动生产线，纺纱生产有的实现了无人车间、无人工厂、无人工序，织造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，不仅减少了用工，提高机器运转效率，而且显著提高了半制品及成品质量，使棉纺织工业走向高科技阶段，估计再经过若干年时间，不论纺纱及织造工厂都将在自动化进程中向着更加完善、更加高级的水平发展，甚至会实现无人纺纱及织造工厂。本篇论文围绕喷水织布机控制系统的设计，根据设计要求，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Protel 99SE 绘制原理图、出PCB图。全文分五章，第1章为织布机概述，主要介绍了织布机的种类及发展概况、喷水织布机的结构组成、工作原理及控制、检测要求。第2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3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4章为Protel 99SE的应用，介绍了Protel 99SE，并简单说明了如何应用Protel绘制系统原理图及PCB板。第5章主要写了做毕业设计的心得体会。第一章 织布机概述1.1 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1-1所示。1.2 检测的内容及要求在喷水织布过程中，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，造成织布故障，重新开机后，纬纱不连续，织出次品。（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。（4）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。1.3织布机的控制要求1.3.1 织布机的三只电机1.主电机主电机主要为织布机运动装置提供运动及动力。起动时，有两种方式：Y形起动，正常工作时也为Y形；-Y形起动，形起动（起动快），经延时后切换成Y形正常运转，起动方式可由操作者选择。2.风机电机风机电机共两只，一只吹风，一只吸水，将吹风机吹出的水汽吸走。图1-1 织布机原理1.3.2 电机的控制调整织布机各个运动机构位置时，可正、反点动主电机。此时风扇电机不需要起动。织布时，要先起动风扇电机，后起动主电机，否则主电机不起动。1.3.3 刹车的控制刹车装置为电磁铁，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。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。1.3.4 指示灯织布机有四盏指示灯。红色为电源指示灯，接通电源后，该灯亮；黄灯为织布（探纬）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；绿灯为电机过热、捻边纱、缠纬纱断纱指示，故障发生后停车时，该灯亮，故障不发生灯不亮；蓝灯为计长指示，设定长度达到后停车时指示，长度未达到不停车不亮。1.3.5 直流电源控制系统所需直流电源有四种：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、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，改变通、断时间比，使线圈的平均电压为24V。如图1-2所示。图1-2 刹车电压第二章 硬件部分设计硬件的设计主要包括两部分内容：电路原理图部分和PCB板图部分。2.1 设计方案根据毕业任务书，要求设计织布机控制系统。电路图包括强电与弱电两部分内容。弱电部分的直流电压由工业用电380V交流电压经整流滤波获得，包含主控电路与整流电路的设计。主控电路主要由单片机、控制电机实现正反转、点动、风机运转、电磁刹车、故障检测和各项运行指示电路组成，并使用光电耦合器耦合脉冲信号、隔离单片机系统的输入、输出部分,固态继电器控制系统输出口与强电电路接口。整流电路主要由整流变压器、二极管整流桥、滤波器和集成稳压器等环节组成。强电部分主要包括电气保护元件、接触器开关、电机等。2.2 主控电路的设计主控电路主要由单片机、控制电机实现正反转、正反点动、风机运转、电磁刹车、故障检测和各项运行指示电路组成，并使用光电耦合器耦合脉冲信号、隔离单片机系统的输入、输出部分，固态继电器控制系统输出口与强电电路接口。1.89C2051在织布机控制系统中的应用分析89C2051是由ATMEL公司推出的一种小型单片机，其主要特点为采用Flash存储器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。（1）如图2-1所示，89C2051共15条I/O引脚，P1口共8脚，准双向端口，P3口共7脚，准双向端口，并且保留全部P3口的第二功能。在织布机控制系统电路图中，2051的P1口、P3口只作为双向I/O口使用，不使用P3口的第二功能。 （2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2接外部振荡器信号，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=；时钟周期=；机器周期=；指令周期=。（3）单片机工作电压+5V，由交流电压经变压、整流、滤波得到。 （4）各引脚应用说明(表2-1)表2-1 引脚应用说明引脚号引脚说明引脚号引脚说明VCC接单片机工作电压+5VP3.0控制主电机反转（反转点动）GND接地P3.1控制主电机正转（正转点动）P1.0控制继电器CY输出电路 P3.2控制系统停车P1.1控制继电器C输出电路P3.3控制接近开关信号P1.2控制继电器ZC输出电路P3.4控制两风机的启动P1.3控制继电器FC输出电路P3.5控制高压刹车P1.4控制继电器C输出电路P3.7刹车开关信号P1.5控制探纬指示灯XTAL1接振荡器 P1.6控制主电机Y-启动XTAL2接振荡器P1.7控制系统停止、六相自停2.光电耦合器驱动接口（1）光电耦合器的结构及特点 光电耦合器由发光源和受光器两部分组成，并封闭在同一不透明的管壳内由绝缘的透明树脂隔开，如图2-2所示。发光源引出的管脚为输入端，受光器引出的管脚为输出端。光耦合器的封装形式有管形，双列直插式和光导纤维连接等形式。光电耦合器的发光源常用砷化镓红外发光二极管，受光器常用光电三极管、光敏晶体管和光敏集成电路等。（2）设计原理图中的光耦（如图2-3所示），为光电耦合器在控制系统图2-2 光电耦合器的结构和符号原理图中的应用方式。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。光电耦合器起到耦合脉冲信号和隔离单片机89c2051 系统与控制开关、输出部分的作用，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2-3 原理图中的光耦接口电路图中，当开关闭合时，发光二极管通电发光，受光部分受光导通，P3.4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，P3.4为高电平。图中电阻起限流保护作用：将直流电压+12v加到发光二极管正极，让其具有导通发光的条件，这是从直流电压供给电路方面考虑的；发光二极管在导通下如果正向偏置电压稍稍增大一点，其正向电流就会增大许多，而导致烧坏器件，限流保护电阻的目的就是要限制正向电压的增大量；当直流工作电压+12V增大时，流过电阻R和发光二极管VD的电流也同时增大，在R上的压降增大，直流工作电压的大部分增大量都降在了R上，因为电流增大R上的压降也增大，VD上的正向电压增大量大大降低，有效的限制了VD的正向电流，达到保护VD的目的。4.固态继电器型输出接口固态继电器是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，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。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的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。固态继电器的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。（1）继电器型输出接口电路分析（图2-4）：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，与其连接的电阻R23为三极管基极提供直流工作电压。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，使两部分的电流相互独立。输出部分的地线接机壳或大地，单片机电源地线浮空，不与交流电源的地线相接。避免输出部分电源变化对单片机电源的影响，减少系统所受上午干扰，提高系统可靠性。图2-4继电器型驱动接口电路图中二极管用于保护固态继电器驱动管。固态继电器输入端接收信号后，输出端产生输出信号，接触器FC线圈通电，当断电时，接触器线圈会产生电压很大的反向电动势，会击穿继电器的驱动三极管。加入二极管后，线圈产生的感应电流由二极管流过，不会产生很高的感应电压，保护了驱动三极管。ZC为接触器ZC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，构成相互制约关系，保证电路安全可靠的工作，起电气互锁的作用。当单片机P1.3为低电平，光耦耦合，加在PNP基极的电平为“0”，三极管导通，固态继电器导通，接触器FC线圈得电，FC常开触点闭合，电机反转运行，同时FC常开触点断开，保证正转电路处于断路状态。5.电磁刹车电路分析如图2-5所示，为电磁铁刹车电路，电路主要由74AC00、比较器、三极管、光耦、VMOS、电磁铁线圈，续流二极管、稳压管、电阻电容器件构成。P3.7为低压刹车控制引脚，P3.5为高压刹车开关控制引脚，两引脚发出的电平，经放大比较后，为VMOS驱动管提供基极电压，驱动电磁铁线圈，使系统刹车。（1）其中74AC00为双列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。图2-5 电磁铁刹车电路（2）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，会击穿电磁铁驱动VMOS管，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VMOS管。 表2-2 电磁铁导通情况 刹车开关ABZ刹车开（分）111开关（合）100关开010关关000关（3）开低压刹车时，P3.7置1，关刹车时，将P3.7 置0。（4）开高压刹车时，P3.5置0，关刹车时，将P3.7置1。（5）若流过两比较器的电平均为高电平，流过U23C、U23D后，输出高电平，光电耦合器不导通，VMOS管基极为高电平，VMOS管导通，电磁铁线圈通电，系统刹车。其余导通情况见表2-2。6.停止、六项自停电路分析该电路是用于系统织布过程中，故障发生时，停止主电机运转，使织布机刹车的控制电路。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。电路如图2-6所示。（1）断纬电路分析 如图2-7所示，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，切断主电机电源，随后发出刹车信号，刹住织布机。其中刹车信号有两种产生方式：一是由探纬器产生的刹车信号（J24端），则织布机在电机运转当圈刹车；二是由接近开关产生的刹车信号（PS端），则织布机在电机运转的下一圈刹车。图2-6 停止、六项自停电路（2）五项自停电路分析 织布机运行时，将开关S7闭合，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S1闭合，五项自停电路导通，三极管基极为高电平，三极管导通，自停指示灯亮，单片机P1.7脚为低电平，切断主电机电源，刹住织布机。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S3、S2、S4、S5开关闭合，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。（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P1.7脚为低电平，切断主电机电源，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P1.7脚为低电平，切断主电机电源，刹住织布机。2.3整流电路设计如图2-8所示，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，四个电压是由交流380V电压整流而来。整流电路的作用就是将交流电变换成直流电，完成这一任务主要是靠二极管的单向导通作用。图2-7 压水及故障检测示意图（1）由四个二极管组成的二极管整流桥，对经过整流变压器变压的交流电整流，在交流电压的正、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。（2）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。（3）78LXX是三端式集成稳压器，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。（4）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低压干扰。2.4 强电控制电路如图2-9所示，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，为直流电源提供交流电压。图2-8 整流电路（1）QF为低压断路器，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。（2）FR为热继电器，是利用电流热效应原理来切断电路的保护器件。用来对连续运行的电动机实现过载和断相保护，以防电动机过热而烧毁。（3）开关C、ZC、FC、CY、C都是接触器的常开触点，控制电机运转。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ZC、CY线圈得电，ZC、CY的常开触点闭合，电机正转并星形启动运转。接触器ZC、C线圈得电，ZC、C的常开触点闭合，电机正转并三角形启动，当接触器ZC、CY线圈得电，ZC、CY的常开触点闭合，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。图2-9 强电控制电路第三章 软件部分的设计织布机控制系统的软件设计，是以89C2051单片机为控制核心，主要运用了芯片的并行I/O 口功能、定时器/计数器功能和中断功能。3.1 主程序设计1. 主程序流程图（如图3-1所示）图3-1 主程序流程图（图3-1续）（图3-1续）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：ORG 0000H AJMP MAIN ；复位入口转入主程序 ORG 0003H AJMP IN0 ；IN0中断入口地址为0003H ORG 000BH AJMP TT0 ；定时器0中断入口地址为000BH ORG 001BH AJMP TT1 ；定时器1中断入口地址为001BH ORG 0030H MAIN: CLR P1.5 ；关探纬器 CLR P3.5 ；开刹车 MOV TMOD, #10H ；定时器0模式0，定时器1模式1 SETB EA ；开中断 CLR IT0 ；电平触发 MOV A, #00H ；清全部标志位 MOV 21H, 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。3.主程序清单 L1: SETB P3.7 ；刹车开关开？ JNB P3.7,L1 MOV TL0,#18H ；开刹车，开定时器0，低压刹车 MOV TH0,#0F9H SETB ET0 SETB TR0 L2: JNB P3.4,L8 ；风机启动？ JB P3.1,L4 ；正电动？ CLR TR0; CLR ET0 ；关定时器0 SETB P3.5 ；关刹车 JNB P3.7,L1 ；刹车开关开？ LCALL T20M CLR P1.2 ；ZC动作 CLR P1.0 ；CY动作L3: JNB P3.1,L3 ；等按钮释放 SJMP L6 L4: JB P3.0,L7 ；反点动？ CLR TR0 ；关定时器0 CLR ET0; SETB P3.5 ；关刹车 JNB P3.7,L1 ；刹车开关开？ LCALL T20M CLR P1.3 ；FC动作 CLR P1.0 ；CY动作L5: JNB P3.0,L5 ；等按钮释放L6: SETB P1.0 SETB P1.2 ；关电机 SETB P1.3 CLR P3.5 ；开高压刹车 LCALL T500M MOV TL0,#18H MOV TH0,#0F9H ；开定时器0，低压刹车 SETB ET0 SETB TR0 L7: JB P3.7,L2 ；刹车开关开？ CLR TR0 CLR ET0 ；关刹车，关定时器0 SETB P3.5 LJMP L1 L8: CLR P1.4 ；启动风机 SETB 09H ；风机标志位置1L9: CLR 0BH ；中断标志发生位清0 JNB 09H,L2 ；风机标志位1？ JB 0AH,L10 ；正转标志位1？ JB P3.7,L10 ；刹车开关开？ LJMP L17 L10: JNB P3.1,L11 ；正转按钮按下？ LJMP L15 L11: SETB 0AH ；正转标志位置1 CLR TR0 CLR ET0 ；关刹车，关定时器0 SETB P3.5 CLR P3.7 JB P1.6,L12 ；-Y？p1.6为高电平时，转动作 LCALL T20M ；延时20ms CLR P1.2 ；ZC、C动作 CLR P1.1 LCALL T500M ；延时0.5m MOV TL1,#0B0H ；开探纬灯 MOV TH1,#3CH SETB ET1 ；开定时器1 SETB TR1 SETB EX0 ；开IN0 LJMP L13 L12: LCALL T20M CLR P1.2 ；ZC、C动作 CLR P1.1 LCALL T500M; MOV TL1,#0B0H ；开探纬灯 MOV TH1,#3CH SETB ET1 ；开定时器1 SETB TR1 SETB EX0 ；开IN0 LCALL T1S LCALL T1S ；延时3S LCALL T1S JB 0BH,L13 ；中断发生？ CLR EX0 ；关中断 JB 0BH,L13 ；中断发生？ SETB P1.1 ；关C CLR P1.0 ；开CY SETB EX0 ；开IN0L13: JB P1.7,L9 ；停止、六项自停？; CLR EX0 ；关中断 JB 0BH,L9 ；中断发生？ SETB P1.0 SETB P1.1 ；关全部电机 SETB P1.2 SETB P1.4 L14: JNB P3.3,L14 ；等待接近开关信号 CLR P3.5 ；开高压刹车 SETB P3.7 CLR TR1 CLR ET1 ；关定时器1中断，关探纬灯 CLR P1.5 LCALL T500M MOV TL0,#18H ；开定时器0，低压刹车 MOV TH0,#0F9H SETB ET0 SETB TR0 CLR 09H ；风机标志位清0 CLR 0AH ；正转标志位清0 LJMP L9 L15: JB 0AH,L13 ；正转标志位1？ JB P1.7,L9 ；停止？ SETB P1.4 ；关风机 CLR 09H ；风机标志位清0L17: SETB P1.4 ；关风机 CLR 09H ；风机标志位清0 CLR TR0 ；关定时器0 CLR ET0 SETB P3.5 ；关刹车 LJMP L13.2 子程序设计1.INT0中断子程序流程图（如图3-2所示）及程序清单IN0: JB 0BH,LIN02 ；中断发生标志发生位为1，转LIN02 SETB P1.0 SETB P1.1 ；关全部电机 SETB P1.2 SETB P1.4 LIN01: JNB P3.3,LIN01 ；等待接近开关信号 CLR P3.5 ；开高压刹车 SETB P3.7 CLR TR1 ；关定时器1 CLR ET1 SETB P1.5 ；开探纬灯 CLR 09H ；风机标志位清0 CLR 0AH ；正转标志位清0 CLR EX0 ；关IN0 SETB 0BH ；IN0发生标志位置1 LCALL T500M MOV TL0,#18H ；低压刹车 MOV TH0,#0F9H SETB ET0 ；开定时器0 SETB TR0 LIN02: RET1 ；中断返回 2.定时器0（T0）中断子程序流程图 3-2 INT0中断子程序流程图（如图3-3所示）及程序清单 TT0: JNB 08H,LL0 ；时间常数标志位为0，转LL0 SETB P3.5 ；关刹车 MOV TL0.#00H ；关0.8ms MOV TH0,#0E7H CLR 08H ；时间常数标志位清0 RETI ；中断返回LL0: CLR P3.5 ；开刹车 MOV TL0,#18H ；开0.2ms MOV TH0,#0F9H SETB 08H RETI 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电压仅为24V。这种转换就是利用了定时器0的中断功能，当系统开刹车后，定时器0中断程序启动，系统定时0.2ms时间刹车，刹车电压为110V，系统停车后，定时器设定0.8ms的时间关刹车，使加在电磁铁上的电压降压，通过定时器0的中断控制，使电磁铁线圈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。设定定时器定时时间为0.2ms和0.8ms，由单片机主频为12MHZ时，最大的定时时间为：方式0 图3-3 T0中断子程序流程图方式1 方式2和方式3 判定，可选择定时器0工作在方式0下，由公式 计算的定时器初值分别为：定时0.2ms的初值计算：即TH0应装#0F9H;TL0应装#18H。定时0.8ms的初值计算：即TH0应装#0E7H;TL0应装#00H。3.定时器1中断子程序流程图（如图3-4所示）及程序清单图3-4 T1中断子程序流程图TT1: JNB 0CH,LL1 SETB P1.5 ；开探纬指示灯 MOV TL1,#0B0H ；置50ms时间常数 MOV TH1,#3CH CLR 0CH RETI LL1: JNB 0DH,LL2 SETB P1.5 MOV TL1,#0B0H MOV TH1,#3CH CLR 0DH RETI LL2: JNB 0EH,LL3 CLR P1.5 MOV TL1,#0B0H MOV TH1,#3CH CLR 0EH RETI LL3: CLR P1.5 MOV TL1,#0B0H MOV TH1,#3CH SETB 0CH SETB 0DH SETB 0EH RETI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，由公式计算定时器初值为：，即TH1应装#3CH；TL1应装#0B0H。4. 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D7D6D5D4D3D2D1D000010000 T1方式字段 T0方式字段即TMOD控制字为#10H置TRx=1，启动计数。置ETx=1,允许定时器/计数器中断。置EA=1，CPU开中断。置IT0=0，电平触发。5.延时子程序的调用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。以20 ms延时程序为例进行说明，单片机主频为12MHz，一个机器周期为1us,执行一条DJNZ Rn，rel指令的时间为2us,延时20ms的子程序如下：T20M: MOV R1, #27H ；20ms延时子程序TM1: MOV R0, #OFFH TM2: DJNZ R0, TM2 ；2us*255=510us DJNZ R1, TM1 ； 510us*39=19890us RET其延时时间计算方法如下：27H=39D，0FFH=255D第四章 Protel 99SE的应用4.1 Protel 99SE 的简介Protel 99SE（运行画面如图4-1）是澳大利亚Protel Technology 公司推出的一个全32位的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，使用该软件设计者可以容易的设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、画元件封装图和仿真，是业内人事首选的电路板设计工具。图4-1 Protel 99SE 运行画面4.2 如何用protel 画原理图4.2.1 原理图的设计步骤（1）设计原理图的设计环境。包括图纸大小、捕捉栅格、电气栅格、模板设置等。（2）放置元件。将电气和电子元件放置到图纸上。（3）原理图布线。将放置在原理图上的元件用导线连接起来，连接应符合电气规格。（4）编辑与调整。编辑元件属性，包括元件名、参数、封装图等。调整元件和导线的位置等。（5）检查原理图。使用Protel 99SE 的电气规则检查功能检查原理图的连接是否合理与正确，给出检查报告。有错误进行改正。（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。4.2.2画原理图（1）启动Protel 99SE。点击图标进入Protel 99SE设计环境。（2）建立数据库文件。选择File/New Design菜单，选择保存文件路径，输入数据库文件名、选择储存方式，点OK后，进入图4-2窗口。图4-2 建立数据库后的窗口（3）建立原理图文件。选择File/New菜单，在图4-3窗口中选择Schematic Document(原理图文件)，然后点OK。双击新建的文件，进入原理图设计窗口，如图4-4所示。（4）设置元件库 画图前应在元件库管理器中放置一些元件库，进入元件库管理器，单击Add/Remove按钮，在图4-5的窗口中选择Design Explorer/Library/Sch路径，选择常用的元件库文件。单击OK,元件库将在元件库管理器窗口中显示。一般常用元件在miscellaneous Device. ddb库中。 TTL与COMS数字集成电路在TI Databooks库或NSC Databooks库中找。运算放大器和稳压电源电路在NSC analog.ddb中找。在实际画图过程中，若元件是元件库中没有的，在图4-3窗口中选择Schematic Library Document图标，建立Schlib1自己绘制元件。图4-3 建立文件窗口图4-4 原理图设计窗口（5）其余按4.2.1步骤进行绘图。4.3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Protel 99SE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，图4-5 选择元件库窗口因此要将原理图的的强电部分删除，原来与强电部分连接的部分用直流两口连接器代替。如图4-6所示。总原理图见附录1，由于整张原理图图幅较大，为方便打印，将电路图分解为各个分电路图，用图纸符号表示，图纸符号内的端口，作用有二：一是连接各端口，组成总图，二是各端口将与分电路中的电路连接。4.4 如何用protel 画PCB图4.4.1 自动布线法画PCB图（1）在图4-3窗口中选择图标，进入PCB环境，图4-7所示，可使用电路向导确定电路板层数、尺寸等电路板参数。（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。（3.1）使用Design/Load Net命令，调入原理图网络表，在生成的宏命令窗口中修正所有出现的错误（主要是封装名错误、元件管角与封装焊盘之间没有对应关系等），当所有宏命令有效，点Execute按钮，将元件封装和网络表放置到电路板上。（方法1，但元件完全堆叠，效果不好）图4-7 电路板设计环境（3.2）在当前为原理图的条件下，使用Design/UpDate PCB命令，把网络表直接调入所选的PCB板中（也要进行错误修正，方法2，优点为元件规则有序排放）。（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，自动布线。（6）完成修饰等工作，将电路板存盘或打印。4.4.2 部分元件的封装说明（表4-1）4.5 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。表4-1 元件的封装说明封装类型封装名称说明电阻类无源元件AXIAL0.31.0数字表示焊盘间距，单位为英寸无极性电容元件RAD0.1O.4数字表示焊盘间距有极性电容元件RB.2./4RB.5/.1.0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DIODE0.4 、DIODE0.7数字表示焊盘直径石英晶体XTAL1晶体管TO-xxxXxx为数字，表示不同的晶体管封装可变电阻VR1VR5双列直插DIP-xxxx表示引脚数单列直插SIPxx表示引脚数（2）设置PCB板的规格参数，将