基于LabVIEW和C8051F350的紡絲張力監控系統

摘要：針對紡紗、假捻加工過(guò)程中絲線(xiàn)張力不穩定而影響產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題，對基于LabVIEW和C8051F350單片機的紡絲在線(xiàn)張力監控系統進(jìn)行了研究。系統運用全新虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW作為上住機，結合嵌入式混合信號微處理芯片C8051F350單片機測量系統，對紡絲張力進(jìn)行監控。實(shí)驗表明，該監控系統可使張力的數據采集和處理變得更加簡(jiǎn)單、方便，可節省大量的人力、物力資源。
關(guān)鍵詞：LabVIEW；C8051F350；張力傳感器；數據采集

0 引言
絲線(xiàn)張力是紡紗、假捻等加工過(guò)程中影響產(chǎn)品質(zhì)量與加工效率的一個(gè)重要參數。其中，絲線(xiàn)張力波動(dòng)越大，產(chǎn)品質(zhì)量越差，并將影響后序加工產(chǎn)品的外觀(guān)及舒適性。因此需對生產(chǎn)過(guò)程中絲線(xiàn)張力加以監測、控制，以減小絲線(xiàn)張力的波動(dòng)。目前，國內對絲線(xiàn)張力的監測大多還停留在隨機抽檢階段，監測準確性不高，效率較低；國外的一些監測設備可實(shí)現絲線(xiàn)張力實(shí)時(shí)監測，但價(jià)格昂貴且技術(shù)保密。因此迫切需要自主研究設計一套絲線(xiàn)張力在線(xiàn)監控系統。

1 系統總體運行機制
基于LabVIEW和C8051F350單片機的紡絲在線(xiàn)張力監控系統采用國產(chǎn)自主研制的專(zhuān)用張力傳感器，以嵌入式混合信號微處理芯片8051F350單片機為下位機，運用虛擬儀器圖形化開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW作為上位機，構建一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用、精準可靠的紡絲張力監控系統。
圖1是系統總體結構圖，總體運行機制為：
(1)張力傳感器獲取紡紗、假捻等加工過(guò)程中絲線(xiàn)張力信號，輸出信號進(jìn)入信號調理電路處理。
(2)信號調理完畢后，輸入控制器，經(jīng)單片機處理輸出信號完成閉環(huán)控制，信息通過(guò)串口傳到上位機。
(3)上位機用功能強大的LabVIEW圖形化編程實(shí)現，完成參數設置，張力在線(xiàn)監控顯示。其中，顯示內容包括設定張力值、實(shí)測張力值、張力控制器運行狀態(tài)(手動(dòng)、自動(dòng)及參數設置狀態(tài))等。

2 系統硬件設計
2．1 處理器選擇
根據張力控制原理，本文采用稱(chēng)重法實(shí)現張力檢測與控制。它需二路傳感器輸入信號和一路恒流輸出控制信號，并對其信號進(jìn)行A／D，D／A轉換。為此，該系統控制器需選用具有A／D和D／A功能的嵌入式混合信號微處理芯片，避免采用片外A／D和D／A轉換器，從而簡(jiǎn)化線(xiàn)路，降低成本。本文依據上述需要選擇C8051F350 MPU為嵌入式處理器，其內部含有一個(gè)全差分24位∑-△A／D、帶模擬多路開(kāi)關(guān)、2個(gè)8位電流輸出DAC，具有在片校準和抽取濾波器及內部電壓基準和8種增益設置等多項功能。其中，D／A利用C8051F350的可編程計數陣列(PCA)脈寬調制(PWM)功能，具有16位轉換精度，且便于光電隔離。硬件實(shí)現參數包括SPI，SMBus／IIC和1個(gè)UART串行接口，8 KB可在系統編程的FLASH存儲器，768 B(512+256)的片內RAM，片內看門(mén)狗定時(shí)器，1個(gè)比較器，以及VDD監視器和溫度傳感器，17個(gè)I／O端口，-40～+85℃工業(yè)級溫度范圍，2．7～3．6 V工作電壓。