圖2 電路結(jié)構(gòu)圖
2.1 紅外發(fā)射與接收模塊
如圖3所示，陰影部分代表流水線上所傳送的布，M1-M4為紅外發(fā)射二極管，L1-L10為安裝在布上面的紅外接收二極管，其外徑為1.5mm。M3、M4中任一紅外光發(fā)射二極管所發(fā)射的80 kHz 的已調(diào)制紅外光信號(hào)經(jīng)布反射后,都能被L6-L10紅外接收二極管檢測(cè)到,并以信號(hào)形式輸入至單片機(jī)接口。如果M1、M2 所發(fā)射的紅外光信號(hào)未經(jīng)布的反射, L1-L5紅外接收二極管接收不到信號(hào)。這種情況表示布邊在接收管的中部,屬最佳狀態(tài),不需要調(diào)整布的相對(duì)位置。如果布在向前傳送的過(guò)程中向右發(fā)生了偏移,M3 發(fā)射的部分紅外光信號(hào)未能經(jīng)過(guò)布的反射,而是直接發(fā)射到距布1 m 多的地面上, L6 接收不到反射信號(hào);而M4所發(fā)射的信號(hào),經(jīng)布反射L7-L10能夠檢測(cè)到信號(hào),說(shuō)明布向右偏離的距離較小,通過(guò)單片機(jī)發(fā)射少量脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)。如果L6-L8都未能檢測(cè)到發(fā)射信號(hào)，說(shuō)明布向右偏離已達(dá)3mm 左右,應(yīng)發(fā)射較多脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行校正。如果L6-L10都沒(méi)能檢測(cè)到發(fā)射的信號(hào)，說(shuō)明布向右偏離的程度較大,單片機(jī)應(yīng)發(fā)射更多脈沖進(jìn)行校正。同樣布向左發(fā)生偏移時(shí), M1、M2發(fā)射信號(hào),由L1-L5接收檢測(cè)并判斷布偏離的程度,單片機(jī)根據(jù)偏離的程度發(fā)射脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)來(lái)予以校正。
定時(shí)器T0寄存器的初值設(shè)置為0XF4，可使P34引腳輸出80KHZ的方波作為M1-M4所發(fā)射紅外光的調(diào)制信號(hào)。布在被傳送的過(guò)程中發(fā)生偏移時(shí)，即L1-L10信號(hào)接收燈的有效狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，主程序則通過(guò)P03引腳發(fā)送相應(yīng)的脈波控制電機(jī)進(jìn)行校正；通過(guò)P02引腳控制電機(jī)左右調(diào)整。
圖3 紅外發(fā)射與接收原理圖
為了避免發(fā)射到地面的紅外光信號(hào)發(fā)射后引起對(duì)接收信號(hào)的干擾，在設(shè)計(jì)時(shí)，紅外發(fā)射和接收二極管分別直插在兩塊對(duì)稱電路板上面，然后封裝在一個(gè)安裝盒里面。流水線上被檢測(cè)的布并非純平面，布對(duì)發(fā)射光的反射主要是一個(gè)散射的過(guò)程，所以接收燈能夠良好的檢測(cè)到。
2.2 伺服電機(jī)控制模塊
前幾代紅外探邊儀的執(zhí)行電機(jī)都采用直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，而此設(shè)計(jì)采用臺(tái)達(dá)公司的ASD-A系列交流伺服電機(jī)，使探邊儀的跟蹤速度和精度等方面都得到了很大的提高。因?yàn)?SPAN lang=EN-US>ASD-A是臺(tái)達(dá)公司的一系列定位精確、響應(yīng)迅速、性能/價(jià)格比高的伺服電機(jī)，該系列臺(tái)達(dá)ASD系列以PM型AC伺服馬達(dá)為主力，控制回路采用高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，可以高速、高精度地完成各種復(fù)雜控制的運(yùn)算；再加上把現(xiàn)代控制理論的一些成果應(yīng)用于交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。采用強(qiáng)健性控制技術(shù)，使得伺服馬達(dá)的低速特性更佳，增益自動(dòng)調(diào)整，指令平滑功能的設(shè)計(jì)，軟件分析與監(jiān)控，使得ASD系列交流伺服真正做到高性能，高響應(yīng)，高精度，高可靠。
ASD-A系列伺服電機(jī)提供了5組輸出和8組輸入與上位控制器相互自由溝通，這樣控制起來(lái)相當(dāng)靈活，工作穩(wěn)定可靠。在本設(shè)計(jì)中，伺服驅(qū)動(dòng)器采用Pt操作模式，驅(qū)動(dòng)器接受位置命令，控制電機(jī)至目標(biāo)位置，位置命令由端子臺(tái)輸入，信號(hào)型態(tài)為脈波。根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，在預(yù)設(shè)DI/DO信號(hào)線選擇了SRDY、SON、ALARM、ALR、ARST、CCLR、TPOS跟MCU進(jìn)行連接，如電路結(jié)構(gòu)圖2所示，即P20—P26為伺服電機(jī)與MCU之間的握手信號(hào)，能滿足此設(shè)計(jì)要求。
2.3 LED顯示模塊
本設(shè)計(jì)所做成的兩塊對(duì)稱PCB板封裝在一個(gè)盒子里面，在外露的調(diào)節(jié)面板上顯示手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)燈選擇和故障燈狀態(tài)，以及十個(gè)紅外接收管的狀態(tài)， 便于手動(dòng)調(diào)節(jié)。
2.4 人機(jī)交互模塊
當(dāng)布偏移距離較大時(shí)，操縱人員根據(jù)接收狀態(tài)燈的顯示可以選擇手動(dòng)調(diào)整偏移的布。在程序運(yùn)行時(shí)， P06引腳為低電平，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)P04引腳低電平時(shí)，則P02引腳為低電平，即控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P05為低電平時(shí)，則P02引腳為高電平，即控制伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)。這樣大大方便了操作。
3 軟件設(shè)計(jì)
該程序主要功能是，單片機(jī)I/O口輸出80KHZ的方波作為發(fā)射燈管所發(fā)射紅外光的調(diào)制信號(hào)，單片機(jī)再采集十路接收管信號(hào)以進(jìn)行判別布在被傳送的過(guò)程中是否發(fā)生了偏移，根據(jù)相關(guān)的狀態(tài)發(fā)送脈沖給伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，主程序還可以進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)節(jié)選擇，使操縱起來(lái)更加簡(jiǎn)單、方便。
系統(tǒng)軟件用Ｃ語(yǔ)言編寫，開發(fā)工具使用KEIL。系統(tǒng)軟件主要完成紅外二極管的發(fā)射與接收、手動(dòng)與自動(dòng)調(diào)節(jié)選擇、外部事件中斷控制以及數(shù)字控制算法實(shí)現(xiàn)等功能。軟件總體框圖如圖4所示：
圖4 程序主流程圖
4、結(jié)束語(yǔ)
前幾代探邊裝置反應(yīng)速度慢、精度差及故障率高，本文所設(shè)計(jì)的紅外光電探邊儀系統(tǒng)采用伺服電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行操縱，該系統(tǒng)能良好完成所有預(yù)期功能，且跟蹤速度快、定位精度高，產(chǎn)品具有工作可靠、適用范圍廣、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、操縱簡(jiǎn)單方便，還可以進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)選擇等一系列優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品已投入到湖南唯羅克紡織印染有限公司運(yùn)行。
本文創(chuàng)新點(diǎn)：1、跟前幾代探邊裝置相比，定位精度得到了提高（能達(dá)到0.75mm）。2、采用伺服電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)，加快了對(duì)布跟蹤的響應(yīng)速度，而且定位精確。3、在布偏移距離較大的情況下，可以選擇手動(dòng)調(diào)節(jié)，方便了操作。
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