stm32的电脑圆纬机传动系统设计【字数：13544】
针对传统电脑圆纬机控制形式单一、自动化程度低等缺点，给出一种通过单片机控制电脑圆纬机传动系统的低成本设计方法。以STM32为核心控制器，对照明、风扇、照布、油机等辅助设备进行控制，可通过模拟量和Modbus通讯两种方式改变变频器输入频率，对电机进行调速，选用TM1638显示当前工作频率以及显示圈数设置。系统具有多地控制功能，点动慢速以及正常快速两种工作方式，具有断纱报警、探布报警等功能。实验结果表明由STM32来控制电脑圆纬机的传动系统以及其他辅助设备，具有低成本扩展性好等优点,有很好的实用性。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景与意义 1
1.2 国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果 1
1.3 本文的主要工作和内容安排 2
2 系统方案设计 4
2.1 需求分析 4
2.2 系统方案设计 4
2.3 模块方案设计 5
2.3.1 控制器方案 5
2.3.2 辅助设备控制模块方案 6
2.3.3 调速模块方案 7
2.3.4 圈数设定模块方案 7
3 系统硬件设计 9
3.1 STM32主控芯片介绍 9
3.1.1 引脚部分介绍 9
3.1.2 电源部分介绍 10
3.2 主电路设计 11
3.3 TM1638介绍 13
3.4 辅助设备设计 14
3.4.1 设备连接方式 14
3.4.2 接近传感器概述 16
3.4.3 加油机 18
3.4.4 送纱器 18
3.4.5 探布传感器 19
4 系统软件设计 21
4.1 系统软件总体结构设计 21
4.2 矩阵键盘模块的设计 22
4.3 圈数设置模块结构设计 22
4.4 正常运行模块结构设计 23
4.5 点动慢速模块结构设计 24
4.6 调速模块结构设计 25
5 系统的调试及实验结果 28
5.1 调试步骤 28
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
/> 5.2 本章小结 30
6 总结与展望 31
6.1 总结 31
6.2 展望 31
参 考 文 献 32
附录一 33
附录二 39
致 谢 61
1 绪论
1.1 课题的背景与意义
电脑圆纬机如图11所示,是生产针织面料与服装的主要设备。在生产过程中，由于操作困难，自动化程度低，功能单一，控制台体积大，具有很多缺点。普通的控制方案无法满足控制简单的要求。近年来，随着单片机的迅速发展，生活中几乎每件电子和机械产品都会有单片机的存在，复杂的工业控制系统上也会大量的使用到单片机。由单片机来控制圆纬机的工作启停、转速以及其他辅助设备，通过设置变频器来改变电机转速，从而改变针筒转速，很好地弥补了目前实际工作中的缺陷。因此，通过单片机与频率器相结合控制电脑圆纬机传动系统在实际生产过程中有很大的应用空间。
/
图11 电脑圆纬机图
本课题以STM32为核心控制器，对照明、风扇、照布、油机等辅助设备进行控制，通过发送数据给变频器控制圆纬机的针筒转速实现调速功能。系统包括了落布检测、安全门开关检测、布筒满检测等模块。具有点动慢速以及正常快速两种工作方式，同时系统具有多地启停、断纱报警、探布报警等报警功能。具有很强的实用性。
1.2 国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果
电脑圆纬机的功能经历了从简单到复杂，控制方式经历了从机械控制到发展到电子程控。随着计算机技术、嵌入式技术、现代控制技术、网络物联网技术的不断发展,针织圆纬机控制系统的功能和性能将进步得到提升,为新一代高性能圆纬机针织机械装备的开发提供有力保障[1]。
国产圆纬机的机械精加工精度不够，但是随着我国针织面料领域的竞争升级，国产圆纬机企业不仅要提高圆纬机质量的可靠性、稳定性，提高设备运行速度，还需要加强国产圆纬机的设计、研发工作。进一步提高国产圆纬机的加工精度和自动化程度，以满足国内高档精密面料大批量生产的技术要求。
行业实现跨越式发展需要将设备控制系统与互联网的结合。我国针织工业的关键技术和装备水平的快速提高得益于针织工业的快速发展，但是我国针织设备设计制造的集成化、模块化、自动化能力亟待加强；“十三五”期间，针织机械行业将以数字化、网络化、智能化为发展主线，利用信息技术、自动化技术等，对针织设备、工艺流程以及物料仓储等辅助生产系统进行智能化改造，从单机控制向多机控制方向发展[2]。积极推进针织设备与企业管理信息系统的集成协同，形成连续生产、联网管理、集中管控、资源共享的现代化针织智能制造模式。受益于此，未来几年针织机械行业有望再次实现高速发展[2]。
1.3 本文的主要工作和内容安排
系统包括点动慢速以及正常快速两种工作模式，点动慢速与正常快速的速度均能通过按键输入和Modbus通讯两种方式进行调节，其中按键采用D/A转换，将变频器的AUI接口与PA4引脚连接，ACM接口接地。数字量转化成模拟量后PA4引脚可以测量到相对应的模拟电压，将电压输送给变频器，从而实现调速功能，并在数码管上显示相对应的频率。Modbus通讯时，单片机发送频率，变频器做出相对应的改变，实现调速。安全门传感器通过光耦与单片机引脚相连，当检测到安全门关闭后才允许正常快速工作，工作过程中允许打开风扇，照布等辅助器件，辅助设备均通过光耦进行隔离。照明灯允许单独控制。系统允许事先设定好圆纬机工作圈数并在TM1638上显示，工作时，计数传感器进行计数，当检测到圆纬机工作了相对应的圈数，电脑圆纬机立即停止工作。系统具有多地启停、断纱报警、探布报警等报警功能。通过并联电路可以同时在四处对圆纬机的启停进行控制，当检测到安全门关闭时绿色柱灯亮。检测到断纱时红色柱灯亮，检测到探布报警时黄色柱灯亮，同时设备停止工作。具体的软件模块包括圈数设定模块、调速模块、辅助控制模块、矩阵键盘模块、点动运行和正常快速运行模块。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景与意义 1
1.2 国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果 1
1.3 本文的主要工作和内容安排 2
2 系统方案设计 4
2.1 需求分析 4
2.2 系统方案设计 4
2.3 模块方案设计 5
2.3.1 控制器方案 5
2.3.2 辅助设备控制模块方案 6
2.3.3 调速模块方案 7
2.3.4 圈数设定模块方案 7
3 系统硬件设计 9
3.1 STM32主控芯片介绍 9
3.1.1 引脚部分介绍 9
3.1.2 电源部分介绍 10
3.2 主电路设计 11
3.3 TM1638介绍 13
3.4 辅助设备设计 14
3.4.1 设备连接方式 14
3.4.2 接近传感器概述 16
3.4.3 加油机 18
3.4.4 送纱器 18
3.4.5 探布传感器 19
4 系统软件设计 21
4.1 系统软件总体结构设计 21
4.2 矩阵键盘模块的设计 22
4.3 圈数设置模块结构设计 22
4.4 正常运行模块结构设计 23
4.5 点动慢速模块结构设计 24
4.6 调速模块结构设计 25
5 系统的调试及实验结果 28
5.1 调试步骤 28
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/> 5.2 本章小结 30
6 总结与展望 31
6.1 总结 31
6.2 展望 31
参 考 文 献 32
附录一 33
附录二 39
致 谢 61
1 绪论
1.1 课题的背景与意义
电脑圆纬机如图11所示,是生产针织面料与服装的主要设备。在生产过程中，由于操作困难，自动化程度低，功能单一，控制台体积大，具有很多缺点。普通的控制方案无法满足控制简单的要求。近年来，随着单片机的迅速发展，生活中几乎每件电子和机械产品都会有单片机的存在，复杂的工业控制系统上也会大量的使用到单片机。由单片机来控制圆纬机的工作启停、转速以及其他辅助设备，通过设置变频器来改变电机转速，从而改变针筒转速，很好地弥补了目前实际工作中的缺陷。因此，通过单片机与频率器相结合控制电脑圆纬机传动系统在实际生产过程中有很大的应用空间。
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图11 电脑圆纬机图
本课题以STM32为核心控制器，对照明、风扇、照布、油机等辅助设备进行控制，通过发送数据给变频器控制圆纬机的针筒转速实现调速功能。系统包括了落布检测、安全门开关检测、布筒满检测等模块。具有点动慢速以及正常快速两种工作方式，同时系统具有多地启停、断纱报警、探布报警等报警功能。具有很强的实用性。
1.2 国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果
电脑圆纬机的功能经历了从简单到复杂，控制方式经历了从机械控制到发展到电子程控。随着计算机技术、嵌入式技术、现代控制技术、网络物联网技术的不断发展,针织圆纬机控制系统的功能和性能将进步得到提升,为新一代高性能圆纬机针织机械装备的开发提供有力保障[1]。
国产圆纬机的机械精加工精度不够，但是随着我国针织面料领域的竞争升级，国产圆纬机企业不仅要提高圆纬机质量的可靠性、稳定性，提高设备运行速度，还需要加强国产圆纬机的设计、研发工作。进一步提高国产圆纬机的加工精度和自动化程度，以满足国内高档精密面料大批量生产的技术要求。
行业实现跨越式发展需要将设备控制系统与互联网的结合。我国针织工业的关键技术和装备水平的快速提高得益于针织工业的快速发展，但是我国针织设备设计制造的集成化、模块化、自动化能力亟待加强；“十三五”期间，针织机械行业将以数字化、网络化、智能化为发展主线，利用信息技术、自动化技术等，对针织设备、工艺流程以及物料仓储等辅助生产系统进行智能化改造，从单机控制向多机控制方向发展[2]。积极推进针织设备与企业管理信息系统的集成协同，形成连续生产、联网管理、集中管控、资源共享的现代化针织智能制造模式。受益于此，未来几年针织机械行业有望再次实现高速发展[2]。
1.3 本文的主要工作和内容安排
系统包括点动慢速以及正常快速两种工作模式，点动慢速与正常快速的速度均能通过按键输入和Modbus通讯两种方式进行调节，其中按键采用D/A转换，将变频器的AUI接口与PA4引脚连接，ACM接口接地。数字量转化成模拟量后PA4引脚可以测量到相对应的模拟电压，将电压输送给变频器，从而实现调速功能，并在数码管上显示相对应的频率。Modbus通讯时，单片机发送频率，变频器做出相对应的改变，实现调速。安全门传感器通过光耦与单片机引脚相连，当检测到安全门关闭后才允许正常快速工作，工作过程中允许打开风扇，照布等辅助器件，辅助设备均通过光耦进行隔离。照明灯允许单独控制。系统允许事先设定好圆纬机工作圈数并在TM1638上显示，工作时，计数传感器进行计数，当检测到圆纬机工作了相对应的圈数，电脑圆纬机立即停止工作。系统具有多地启停、断纱报警、探布报警等报警功能。通过并联电路可以同时在四处对圆纬机的启停进行控制，当检测到安全门关闭时绿色柱灯亮。检测到断纱时红色柱灯亮，检测到探布报警时黄色柱灯亮，同时设备停止工作。具体的软件模块包括圈数设定模块、调速模块、辅助控制模块、矩阵键盘模块、点动运行和正常快速运行模块。
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