基于LabVIEW和C8051F350的紡絲張力監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：針對紡紗、假捻加工過程中絲線張力不穩(wěn)定而影響產(chǎn)品質量的問題，對基于LabVIEW和C8051F350單片機的紡絲在線張力監(jiān)控系統(tǒng)進行了研究。系統(tǒng)運用全新虛擬儀器開發(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(tǒng)，對紡絲張力進行監(jiān)控。實驗表明，該監(jiān)控系統(tǒng)可使張力的數(shù)據(jù)采集和處理變得更加簡單、方便，可節(jié)省大量的人力、物力資源。
關鍵詞：LabVIEW；C8051F350；張力傳感器；數(shù)據(jù)采集

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

1 系統(tǒng)總體運行機制
基于LabVIEW和C8051F350單片機的紡絲在線張力監(jiān)控系統(tǒng)采用國產(chǎn)自主研制的專用張力傳感器，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發(fā)平臺LabVIEW作為上位機，構建一個簡單實用、精準可靠的紡絲張力監(jiān)控系統(tǒng)。
圖1是系統(tǒng)總體結構圖，總體運行機制為：
(1)張力傳感器獲取紡紗、假捻等加工過程中絲線張力信號，輸出信號進入信號調(diào)理電路處理。
(2)信號調(diào)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，信息通過串口傳到上位機。
(3)上位機用功能強大的LabVIEW圖形化編程實現(xiàn)，完成參數(shù)設置，張力在線監(jiān)控顯示。其中，顯示內(nèi)容包括設定張力值、實測張力值、張力控制器運行狀態(tài)(手動、自動及參數(shù)設置狀態(tài))等。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 處理器選擇
根據(jù)張力控制原理，本文采用稱重法實現(xiàn)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，并對其信號進行A／D，D／A轉換。為此，該系統(tǒng)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，從而簡化線路，降低成本。本文依據(jù)上述需要選擇C8051F350 MPU為嵌入式處理器，其內(nèi)部含有一個全差分24位∑-△A／D、帶模擬多路開關、2個8位電流輸出DAC，具有在片校準和抽取濾波器及內(nèi)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(shù)陣列(PCA)脈寬調(diào)制(PWM)功能，具有16位轉換精度，且便于光電隔離。硬件實現(xiàn)參數(shù)包括SPI，SMBus／IIC和1個UART串行接口，8 KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器，768 B(512+256)的片內(nèi)RAM，片內(nèi)看門狗定時器，1個比較器，以及VDD監(jiān)視器和溫度傳感器，17個I／O端口，-40～+85℃工業(yè)級溫度范圍，2．7～3．6 V工作電壓。