電子清紗器智能化中的抗干擾設計
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引 言
傳統的電子清紗器，不管是光電型的還是電容型的，在紗線(xiàn)信號被采集過(guò)來(lái)后，后端的清紗處理控制部分的電路都是通過(guò)模擬信號來(lái)完成的。因此存在以下缺點(diǎn)：器件老化引起的參數變化導致誤切率上升；參數設置復雜，不直觀(guān)；無(wú)法實(shí)現數據統計等高級功能。為此，對現有的傳統電子清紗器進(jìn)行了智能化改造，取得了較好的效果。
為了實(shí)現數據采集，系統采用RS-485總線(xiàn)技術(shù)，實(shí)現了主從式通信。
1 系統結構框圖
系統采用主從式多機通信系統，主機負責參數的設定、數據的統計和系統的運行監控。8個(gè)下位機每個(gè)負責15個(gè)紗錠數據的采集，并接收上位機設定的參數和上傳生產(chǎn)數據。系統結構圖如圖1所示。
2 主機系統
主機系統采用LCM240×320大屏幕液晶顯示，能提供足夠的顯示信息：實(shí)時(shí)時(shí)間、設定參數、統計數據等。通過(guò)鍵盤(pán)可以設定生產(chǎn)參數，并可查詢(xún)生產(chǎn)數據。系統配有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以顯示當前時(shí)間，并為生產(chǎn)時(shí)間提供依據。為便于工人上下班交接時(shí)核對產(chǎn)量，主機系統還提供了數據打印功能，能夠打印當班工人的該班產(chǎn)量。為保存生產(chǎn)數據，系統擴展了數據存儲器。由于系統采用RS一485主從通信方式，因此，主機系統用MAXl480E實(shí)現了RS一485協(xié)議的串口通信。主機系統框圖如圖2所示。
3 從機系統
從機系統主要采集生產(chǎn)中的車(chē)速、走紗信號。車(chē)速信息用于實(shí)現產(chǎn)量的統計。系統根據走紗信息來(lái)判斷正常生產(chǎn)中是否存在不符合設定標準的疵點(diǎn)紗線(xiàn)，并通過(guò)輸出切刀信號完成對疵點(diǎn)紗線(xiàn)的切除，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。從機系統同樣采用MAXl480E實(shí)現了RS一485協(xié)議的串口通信。從機系統框圖如圖3所示。
4 抗干擾措施
紡織工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境惡劣。為了增強系統的可靠性，通過(guò)軟硬件的方法對現場(chǎng)的干擾進(jìn)行了有效的抑制和處理。
4．1 硬件抗干擾措施
紡織工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，供電系統和空間電磁以及靜電干擾都很?chē)乐?，因此在系統規劃初期，就選用了具有良好抗干擾能力的工業(yè)級板卡和芯片。內建終端電阻保證了數據的完整性，具有光電隔離(2 kV)和浪涌保護(25 kVESD)功能，為系統在惡劣的工業(yè)環(huán)境下運行提供了可靠保證；從機通信驅動(dòng)芯片選用有完全絕緣接口的MAXl480E，這對于傳輸總線(xiàn)上的高壓尖峰信號和可能受到的靜電沖擊(紡織車(chē)間這種干擾很?chē)乐?具有很好的抑制作用；為防止干擾引起從機死循環(huán)，采用看門(mén)狗復位電路，使從機程序恢復正常運行；通信線(xiàn)纜選用屏蔽雙絞線(xiàn)纜，以上選用的硬件有效地抑制了系統中輸入信號和現場(chǎng)電磁的干擾。
4．2 軟件抗干擾措施
任何系統采用了硬件抗干擾措施后，并不能保證系統的萬(wàn)無(wú)一失，而必須采用硬件抗干擾和軟件抗干擾相結合的方法。
(1)液晶抗干擾設計
在實(shí)際使用中，由于液晶屏是CMOS器件系統，容易受到外界的干擾而造成花點(diǎn)、花屏甚至死機的現象，而此時(shí)單片機卻沒(méi)有死，從而影響系統的正常運行。我們主要通過(guò)以下幾個(gè)方面的設計來(lái)防止這種現象的發(fā)生：
首先，對于花點(diǎn)現象，通過(guò)觀(guān)察發(fā)現，干擾點(diǎn)通常都在最后一次寫(xiě)液晶數據的位置后面，其原因是寫(xiě)完液晶數據后，光標寄存器自動(dòng)加1指向下一個(gè)位置，此時(shí)若受到干擾，就會(huì )在這個(gè)位置上出現花點(diǎn)。根據這個(gè)原因，設計液晶程序時(shí)每寫(xiě)完一個(gè)正常顯示數據，就將液晶光標指向屏幕看不到的數據區，這時(shí)即使有干擾數據，干擾點(diǎn)也不會(huì )出現在顯示界面上，這樣就大大減少了在顯示屏幕上產(chǎn)生干擾花點(diǎn)的幾率。
其次，對于花屏現象，觀(guān)察發(fā)現此時(shí)液晶并沒(méi)有死機，但是它的顯示參數由于寫(xiě)控制字時(shí)受干擾被修改了。因此，在程序設計中每次刷新屏幕數據時(shí)，都重新設定顯示參數。這樣，即使液晶受干擾花屏，系統也會(huì )在較短的時(shí)間內重新糾正，從而保證系統的正常運行。
最后，對于液晶死機現象，系統就必須對它進(jìn)行復位，設計中將液晶的復位引腳連到單片機的I／O口上。通過(guò)I／O口的操作對它復位，但問(wèn)題的關(guān)鍵是如何知道液晶死機了。對于這個(gè)問(wèn)題，我們在程序設計中安排對液晶的周期性監測，具體就是對液晶寫(xiě)個(gè)特殊數據然后讀這個(gè)數據。如果正確，表明系統運行正常；否則，便認為液晶死機了。為保證不至于受干擾而誤復位，程序設計中只有監測到連續10次讀寫(xiě)錯誤時(shí)才認為液晶確實(shí)死機了。
具體實(shí)現程序如下：
(2)可編程芯片的抗干擾設計
系統中如果設計有可編程芯片，則這類(lèi)芯片也容易受到干擾而被復位，但通常這類(lèi)芯片復位后都需要初始化才能正常工作。因此，一旦這類(lèi)芯片受到干擾復位后，就無(wú)法進(jìn)行正常的工作了，而單片機卻不會(huì )因此死機，所以同樣會(huì )影響系統的正常運行。
在實(shí)際運用中，可編程芯片的復位不直接與系統復位連接，而由單片機的I／0口操作。系統正常運行時(shí)周期性地監測芯片的固定輸出口，如果發(fā)現輸出口不是實(shí)際要求的信號，就對芯片復位并初始化。例如，8255正常工作時(shí)讓PB口的一個(gè)口線(xiàn)輸出低電平，一旦芯片受干擾復位，該口線(xiàn)就會(huì )為高。根據這一變化就可以判斷8255是否工作正常。
具體實(shí)現程序如下：
(3)通信抗干擾設計
現場(chǎng)的干擾將會(huì )直接影響從機的運行狀況，為了使這種干擾的影響減少，針對從機USART 8251芯片不具備地址幀和數據幀區分的現狀，制定了較為完備的通信協(xié)議。數據包中含有的幀頭／幀尾、數據流向標志、從機地址、雙幀長(cháng)和校驗字等信息，為主從機準確判斷數據包的完整性和正確性提供了可靠保證。
(4)RAM數據抗干擾設計
為了保護從機系統中的有效數據，在單片機系統中對片外RAM和外部擴展芯片(如8255、8279等)的地址做了統一規劃。片外RAM單元采用16位地址，同時(shí)用P2．7做片外RAM的片選信號，而外部擴展芯片則采用8位地址。這樣，在程序中對外部擴展芯片操作時(shí)，就可以利用對P2．7的控制，有效地保護RAM中的重要數據。
結 語(yǔ)
工業(yè)現代化的發(fā)展，對生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制、信息整合提出了更高的要求?；诂F場(chǎng)總線(xiàn)的電子清紗器監控系統在設計結構上，以RS一485物理協(xié)議為基礎，針對特殊現場(chǎng)設備自定通信協(xié)議，構建了一個(gè)基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的數字通信網(wǎng)絡(luò )，將各類(lèi)分散的現場(chǎng)設備有機結合，實(shí)現了資源共享；同時(shí)提出的該現場(chǎng)總線(xiàn)系統軟件編寫(xiě)的參考模型，使該系統實(shí)現了多類(lèi)協(xié)議共存，構建了一個(gè)開(kāi)放的、標準總線(xiàn)與非標準多現場(chǎng)總線(xiàn)共存的系統，從此整個(gè)車(chē)間范圍內的信息溝通了起來(lái)，為車(chē)間更好地進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量管理以及人員、設備管理提供了條件。另外，由于采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，使現場(chǎng)設備具有數字通信功能，所有現場(chǎng)設備都可以方便地掛接在兩條串行通信線(xiàn)上，大大節約了資金，提高了可靠性，且具有良好的開(kāi)放性。
經(jīng)過(guò)反復實(shí)驗調試，目前該系統已投入現場(chǎng)實(shí)際使用，系統運行穩定，抗干擾效果好。該系統不僅適用于紡織工業(yè)中的電子清紗控制，也適用于各類(lèi)大面積單機生產(chǎn)的信息化管理。因此，基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電子清紗器網(wǎng)絡(luò )監控系統的設計思路及軟硬件抗干擾措施對于其他各類(lèi)單機現場(chǎng)設備的設計都有廣泛的適用性，同時(shí)對于多現場(chǎng)總線(xiàn)共存的系統監控軟件的編寫(xiě)也具有一定的參考價(jià)值。
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