【正文】 求很高，必須對(duì)主軸轉(zhuǎn)速加以嚴(yán)格控制。 所需資料： 微型計(jì)算機(jī)技術(shù) ；傳感技術(shù)與應(yīng)用教程；現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)；電子線路與電子技術(shù)。 2．畫出相應(yīng)的 硬件電路圖。 編寫計(jì)算說明。 查閱相關(guān)參考資料。要求主軸的速度范圍為 30—— 300r/min。 3．有相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)流程圖 4．寫出相關(guān)的實(shí)現(xiàn)軟件。 6．對(duì)所設(shè)計(jì)的電路有相應(yīng)的工作過程說明。 完成畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )所需的條件及上 機(jī)時(shí)數(shù)要求 要求學(xué)生具有較為扎實(shí)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，單片微型計(jì)算機(jī)原理，水處理方面的知識(shí)，測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。需上機(jī)學(xué)時(shí)為 50學(xué)時(shí)。與同類產(chǎn)品相比 具有安裝方便，耐腐蝕、強(qiáng)度高、質(zhì)量穩(wěn)定等顯著優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外制作玻璃鋼纏繞機(jī)的技術(shù)日漸提升，對(duì)纏繞機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的控制也越來越精密，工業(yè)用控制主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的方法很多， 隨著 單片機(jī) 的不斷推陳出新，特別是高性價(jià)比的 單片機(jī) 的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速控制普遍采用了以 單片機(jī) 及變頻器為 核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng) 以達(dá)到低功耗低成本的目的。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化控制系統(tǒng)己成為數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的最新潮流。纏繞機(jī)亦上了一個(gè)臺(tái)階，研制出了計(jì)算機(jī)控制的六軸纏繞機(jī)，從而結(jié)束了用手糊、半手糊 生產(chǎn)常用管道配件如彎管和三通 T 形管的歷史?，F(xiàn)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，采用先進(jìn)控制系統(tǒng)控制的玻璃鋼纏繞工藝已成為發(fā)展趨勢(shì)。其特點(diǎn)是采用系統(tǒng)程序先計(jì)算出纖維的軌跡，然后求解出纏繞機(jī)各坐標(biāo)軸的成型軌跡。纏繞機(jī)采用計(jì)算機(jī)控制后，用軟件 代替了齒輪、鏈條的調(diào)整和凸輪的加工。 在纖維纏繞機(jī)中，主軸是機(jī)床里的一個(gè)非常重要的部分，對(duì)于它的控制的好壞一定程度上反應(yīng)一個(gè)機(jī)床的控制柔性的程度。 近年來，微處理器及變頻器在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。在此基礎(chǔ)上， 本課題主要研究基于微控制器的纏繞機(jī)的主軸控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出嚴(yán)格控制主軸上芯模轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使纖維纏繞管的繞層均勻，達(dá)第 VI 頁(yè) （共 XII 頁(yè)） 到產(chǎn)品成本低、強(qiáng)度高、耐腐蝕的要求。對(duì)主軸交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速 進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，與微控制器采集的給定轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較分析，速度控制器根據(jù)適當(dāng)?shù)乃惴ㄊ褂帽旧淼恼{(diào)速環(huán)節(jié)，再將給定的電壓信號(hào)送至電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)時(shí)控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 a) 設(shè)計(jì)主軸速度檢測(cè)電路 b) 設(shè)計(jì)速度控制器電路 c) 速度閉環(huán)控制環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) d) 速度控制器與電機(jī)驅(qū)動(dòng)的連接電路 解決思路 設(shè)計(jì)框圖如下： 輸入信號(hào) 速度信號(hào) 微控制器 AT 89C51 驅(qū)動(dòng)電路 顯示電路 電機(jī) 第 VII 頁(yè)（共 XII 頁(yè)） 系統(tǒng)的工作原理如下： 速度信號(hào)采集 —— 主軸速度由霍爾傳 感器 測(cè)量后， 轉(zhuǎn)變?yōu)?脈沖信號(hào)，經(jīng) 脈沖計(jì)數(shù)后轉(zhuǎn)化為 數(shù)字信號(hào) 傳遞給 微控制器 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 。 單片機(jī)對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行處理，在被測(cè)速度超過設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)主控機(jī)發(fā)出指令調(diào)整速度 。通過對(duì)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 6 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所需具備的工作條件 工作條件 ：電腦 1 臺(tái)，相關(guān)書籍資料，相關(guān)器件。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力， 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力， 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) ， 主要應(yīng)用于國(guó)防 、 航空航天領(lǐng)域 及 建筑 和 能源等一般產(chǎn)業(yè)。 本設(shè)計(jì) 采用霍爾傳感器測(cè)量主軸轉(zhuǎn)速 ，基于 低功耗低成本的 AT89C51 單片機(jī)平臺(tái)，將測(cè)量的轉(zhuǎn)速與給定值比較 處理后，通過 DAC0832 將信號(hào)輸出到 MM430 變頻器，驅(qū)動(dòng)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，再將該轉(zhuǎn)速反饋給霍爾傳感器，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件包括速度采集電路、速度控制 電路 、速度轉(zhuǎn)化電路和報(bào)警、顯示電路 。 【 關(guān)鍵詞 】主軸控制 、 AT89C5霍爾傳感器、變頻器 第 XII 頁(yè) （共 XII 頁(yè)） Control system design in Spindle of Winding machine Student: , School of Electronic Information Guidance teacher: , School of Electronic Information [Abstract]Fiber glass pipeline is the product of resinimpregnated infinite fiber, which is wound to the mandrel according to certain laws, then solidified at room temperature or heat, and finally demoulded. Fiber glass pipeline has many advantages of light weight, high strength, good corrosion resistance, and longevity. Because it is a flexible posite pipe strongly promoted at home and abroad, it is now mainly used in the general industries of national defense, aviation and aerospace, and construction and energy. This subject focuses on fiber winding machine, the main equipment in the production of the filamentwound products. In the process of winding fiber, we need to control the speed of mandrel on the main axle. As increasing the thickness of the mandrel and the layer uniformity requirements, we need to speed up the main axle. This design uses a Hoare sensor to measure the rotating speed of the main axis with lowpower and lowcost AT89C51. The signal was output through the DAC0832 to the MM430 transducer, which can automatically adjust the speed of the motor after a parison with the internallyset value, and then feedback the speed to the Hall sensor to form a closed loop control system. It can automatically correct the deviation of the actual speed from the set speed, reduce the error caused by the internal and external interference, and achieve stable speed. The system hardware includes speed data acquisition circuit, the speed conversion circuit and alarm, and the display module. The software is written with the C programming language, and tests the signal of motor speed. The results show that the method is simple, highly precise, and greatly stable. 【 Keywords】 : spindlecontrolling,AT89C51, Hoare sensors, frequency converter1 緒論 第 1 頁(yè)（共 39 頁(yè)） 1 緒論 前言 目前國(guó)內(nèi)外制作玻璃鋼纏繞機(jī)的技術(shù)日漸提升，對(duì)纏繞機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的控制也越來越精密，工業(yè)用控制主軸電機(jī) 轉(zhuǎn)速 穩(wěn)定 的方法很多， 隨著 單片機(jī) 的不斷推陳出新，特別是高性價(jià)比的 單片機(jī) 的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速控制普遍采用了以 單片機(jī) 及變頻器 核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。 課題背景 我國(guó)玻璃鋼工業(yè)自改革開放以來，已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，玻璃鋼產(chǎn)品的產(chǎn)量和品種已經(jīng)有了顯著的增長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量也有了顯 著的提高，并且成功地應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做 出了較大貢獻(xiàn)。現(xiàn)在我國(guó)玻璃鋼產(chǎn)量已超過德國(guó)、日本居世界第二位，接近居世界首位的美國(guó)水平。 在汽車、化工防腐、建筑與環(huán)保、漁業(yè) (漁船 )等四大領(lǐng)域也將取得進(jìn)一步的應(yīng)用。 由于玻璃鋼管形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)格系列多，機(jī)械化生產(chǎn)難度大，我國(guó)目前生產(chǎn)的管道配件僅適用于中低壓管道工程，且?guī)缀蹙允趾庸?而成，管件外觀粗糙、強(qiáng)度低、成本高、性能分散性大，質(zhì)量難以保證。 目前，全國(guó)有占 30％的玻璃鋼制品是通過纏繞工藝進(jìn)行生產(chǎn)的．纖維纏繞是玻璃鋼制品的重要成型工藝之一，它是將玻璃鋼增強(qiáng)材料 —— 玻璃纖維，通過特定裝置浸上一定量的樹脂糊，然后依據(jù) 特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將浸膠后的增強(qiáng)材料纏繞在旋轉(zhuǎn)著的芯模上，形成柔性玻璃鋼半成品，最后經(jīng)固化、修整等工序獲得玻璃鋼成 品。玻璃鋼管道纏繞機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)就世界范圍而言屬于機(jī)械制造中的一個(gè)年輕行業(yè)。我國(guó)在這方面的研究和生產(chǎn)起步較晚，仍處于非定型和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)階段。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出了我國(guó)第一臺(tái)微機(jī)控制纖維纏繞機(jī)，在微機(jī)數(shù)控纖維纏繞技術(shù)方面具有國(guó)內(nèi) 先進(jìn)性。當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用 和發(fā)展，采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)控制玻璃鋼纏繞工藝己日益成為發(fā)展趨勢(shì) 。 機(jī)械式纖維纏繞機(jī)纖維纏繞技術(shù)是由一個(gè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)主軸和小車組成，主軸與小車之間采用齒輪和鏈條傳動(dòng)，齒輪間的傳動(dòng)比決定了主軸和小車的速比，鏈條長(zhǎng)度決定了小車的行程，鏈條的布局決定了超越長(zhǎng)度和小車的速度。 數(shù)字程序控制纖維纏繞機(jī)特點(diǎn)是采用了液壓伺服馬達(dá)，這類纏繞機(jī)是將芯模的角位移量和小車的線位移量都轉(zhuǎn)換位電脈沖形式的數(shù)字量進(jìn)行控制。 計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)的控制功能是靠事先存放在存儲(chǔ)器里的系統(tǒng)程序來完成的，改變系統(tǒng)程序就改變了控制邏輯。由于采用計(jì)算機(jī)控制伺服電機(jī)的傳動(dòng)，因此纏繞精度大幅度提高。另外，計(jì)算機(jī)還可以存儲(chǔ)多種多樣的零件纏繞程序，這就大大增加 了纏繞機(jī)的靈活性和適應(yīng)性，即具有良好的柔性，纏繞效率也大大提高 。二是小車系統(tǒng)，小車在床身上沿軸線使導(dǎo)絲頭作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 在纖維纏繞機(jī)中，主軸是機(jī)床里的一個(gè)非常重要的部分，對(duì)于它的控制的好壞一定程度上反應(yīng)一個(gè)機(jī)床的控制柔性的程度。 近年來，微處理器及變頻器在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)是其它工控產(chǎn)品難以比擬 的。 圖 1 基本的玻璃鋼纏繞機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)與系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)主要運(yùn)用在數(shù)控機(jī)床的工業(yè)控制場(chǎng)合，為保證芯模繞層的均勻性，要求主軸的速度穩(wěn)定控制在 30300r/min。首先通過速度傳感器將采集的速度信號(hào)發(fā)送給速度纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè)（共 39 頁(yè) ） 控制電路，達(dá)到輸出轉(zhuǎn)速值穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)。我的設(shè)計(jì)方案是選用一款單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。控制電路的輸出電路一路接報(bào)警電路，對(duì)轉(zhuǎn)速過高過低的異常情況進(jìn)行報(bào)警提示。首先通過速度傳感器將采集的速度信號(hào)發(fā)送給速度控制電路， 與鍵盤設(shè)定值分析比較，控制輸出轉(zhuǎn)換電路，通過變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率的改變，達(dá)到控制電機(jī) 轉(zhuǎn)速值穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi) 的目的 。我的設(shè)計(jì)方案是選用一款單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。 圖 2 主軸控制系統(tǒng)總體工作原 理框圖 控制器 AT89C51 速度傳感器 報(bào)警電路 輸出轉(zhuǎn)換電路 變頻器 主軸電機(jī) 顯示電路 鍵盤輸入 1 緒論 第 5 頁(yè)（共 39 頁(yè)） 控制電路的輸出一路接變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率控制主軸電機(jī)的工作速度，從而達(dá)到主軸速度的自動(dòng)控制?？刂齐娐返妮敵鲭娐芬宦?接顯示電路，對(duì)檢測(cè)的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)顯示。由于輸出電壓信號(hào)穩(wěn)定，大小與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，抗干擾能力強(qiáng)，即使是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，仍能夠獲得較高的檢測(cè)準(zhǔn)確度。 把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱 作“變頻器”。然后再把直流電（ DC）變換為三相或單相交流電（ A