基于單片機與旋轉編碼器的閉環(huán)線(xiàn)速度控制系統
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在電纜生產(chǎn)線(xiàn)上，通常需要檢測電纜的走線(xiàn)速度，用來(lái)控制收線(xiàn)電機的轉速和計算線(xiàn)纜的長(cháng)度。成纜工藝參數的穩定，直接關(guān)系到
該項目中，采用的旋轉編碼器的型號是TRDJ1000系列，旋轉一周輸出1 000個(gè)脈沖。因此，根據在一定時(shí)間內檢測到的脈沖數，就可以計算出電纜的走線(xiàn)速度。實(shí)際應用中，將其與一加工精度極高、周長(cháng)為500 mm的旋轉編碼器測量主動(dòng)輪與旋轉編碼器同軸安裝，主動(dòng)輪與電纜接觸。在電纜生產(chǎn)運動(dòng)過(guò)程中，依靠摩擦力拉動(dòng)測量輪旋轉，這樣就把電纜的直線(xiàn)位移(長(cháng)度)轉化為旋轉編碼器的脈沖數字信號輸出。
設旋轉編碼器每旋轉一周，其計數脈沖個(gè)數為NP(脈沖個(gè)數/轉)，則旋轉編碼器角分辨率(單位：(°)/個(gè))為：
P=360/NP
假定固定在旋轉編碼器轉軸上的主動(dòng)導向輪半徑為r m，則旋轉編碼器位移分辨率(單位：m/個(gè))為：
Ps=27πr/NP
這時(shí)，若計數脈沖個(gè)數為N(個(gè))，則由旋轉編碼器測量的位移量S(單位：m)為：
S=Ps·N
線(xiàn)纜走線(xiàn)速度V(單位：m/s)為：
V=S/T
式中：T為接收N個(gè)脈沖所用的時(shí)間(單位：s)。
2 硬件電路設計原理
該檢測電路以AT89C51單片機為控制核心，如圖2所示，旋轉編碼器輸出的脈沖，經(jīng)過(guò)電平轉換，變成O～5 V的TTL電平脈沖，送到AT89 C51單片機的外部中斷INT0端。每收到一個(gè)脈沖，單片機中斷一次，同時(shí)計數脈沖存儲器加1，與標準脈沖值比較后，單片機的P0口輸出給定值數字量，再經(jīng)過(guò)D/A轉換變成給定值模擬量，送給收線(xiàn)電機調速器，控制電機轉速。這里的D/A轉換芯片采用8位數據輸入，四路模擬量輸出的TLC7226IDW。如果需要提高電機轉速控制精度，可以選用其他10位、12位數據輸入的D/A轉換芯片。
工作時(shí)，當收線(xiàn)電機帶動(dòng)電纜運動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)旋轉編碼器的主動(dòng)輪旋轉，從而旋轉編碼器旋轉，輸出脈沖。該脈沖送入光電耦合器，進(jìn)行隔離、整形、電平轉換，送給AT89C51的12腳，外部中斷INTO進(jìn)行脈沖計數。每接收到一個(gè)脈沖，單片機執行外部中斷INT0子程序一次，脈沖計數存儲器加1。例如，每間隔1 s讀取一次，從而可以根據計數脈沖的個(gè)數，與標準脈沖數比較，因此，可以判斷當前線(xiàn)速度的大小。
線(xiàn)速度的計算方法如下：
例如，要求線(xiàn)速度V為0.1 m/s。
旋轉編碼器每秒輸出脈沖數=V·Np/C
其中：C為旋轉編碼器主動(dòng)輪周長(cháng)(單位：m)。所以，線(xiàn)速度為O.1 m/s時(shí)，旋轉編碼器每秒輸出標準脈沖數=0.1×1000/0.5=200個(gè)/s。
3 軟件設計
在定時(shí)器中斷中運行，在計時(shí)子程序中，每秒執行一次。即查詢(xún)每秒收到的脈沖數是否與標準脈沖相同。該線(xiàn)速度控制子程序如圖3所示。
首先，讀脈沖計數存儲器的數值，與標準脈沖數比較，等于標準脈沖，脈沖計數存儲器數值清零，說(shuō)明此時(shí)走線(xiàn)速度等于標準速度;若大于標準脈沖數，說(shuō)明線(xiàn)速度大于標準線(xiàn)速度，因此，必須使調速器給定值減1，使得收線(xiàn)電機轉速減低;若小于標準脈沖數，說(shuō)明線(xiàn)速度小于標準線(xiàn)速度，必須使調速器給定值加1，使得收線(xiàn)電機轉速增加，從而形成閉環(huán)線(xiàn)速度控制反饋系統，控制收線(xiàn)電機旋轉速度，使得線(xiàn)速度保持恒定。
4 結語(yǔ)
根據電纜成纜機的工藝要求，設計了單片機與旋轉編碼器組成的閉環(huán)線(xiàn)速度控制系統，并給出了主要控制程序的設計方法。還可以通過(guò)軟件實(shí)現線(xiàn)纜走線(xiàn)長(cháng)度的檢測以及運行時(shí)間的計算等功能，并通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。上述線(xiàn)速度控制系統已成功應用在實(shí)際的技術(shù)改造中，為企業(yè)節約了近百萬(wàn)元的技術(shù)改造資金。結果表明，該系統具有運行穩定可靠、電路簡(jiǎn)單、測量精度較高、成本低等特點(diǎn)，完全滿(mǎn)足電纜生產(chǎn)工藝要求，其簡(jiǎn)潔的電路設計和典型的控制方法具有較高的參考價(jià)值。
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