创新项目纺纱机结题报告.docx

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创新项目纺纱机结题报告

多功能纺纱报断器

徐晶黄成梅开跃徐珑彬

摘要生产类似纱线之类的某些生产厂家，对线的均匀性提出了很高的要求，要求生产出来的线的长度必须大于某个值的产品才为合格，因而在绕线过程中，判断细线是否断线是十分重要。

为提高断纱检测的智能化程度，设计了多功能纺纱报断器，具有使用寿命长、工作可靠、设计人性化等特点。

多功能纺纱报断器实现的主要功能有：

利用红外检测原理自动检测纱线的运行状态；当纱断时，语音报警提示工作人员进行抢修；数码管显示已绕纱线的长度。

作品的创新点：

红外检测纱断情况精确可靠，灵敏度高；语音播报设计人性化，免去了工作人员一直观察纱线状态的麻烦；实时显示已绕纱线的长度；为减少劳动强度，提高工作效率都提供了保障。

本作品具有功能完善、结构紧凑、与国外同类产品相比性价比高，使用方便的特点，易于产品化和市场化。

关键词智能断纱检测、语音报警、产量显示

Multi-functiondevicespinningoffnewspaper

JingXuChengmeiHuangYueKaiLongbinXu

Abstractproducesimilaryarnlikesomeofthemanufacturers,onthelinesproposedbytheuniformityofhighdemands,requeststhelengthofthelineproducedavaluemustbegreaterthantheproductwasqualified,andthereforeinthewindingprocesstodeterminewhetherthebreakisveryimportantthread.Toimprovethedetectionofbrokenyarnintelligence,designedmulti-functiondevicespinningoffnewspaper,haslonglife,reliabledesignofhumannatureandsoon.Multi-functiondevicetoachievespinningoffnewspapermainfunctions:

automaticdetectionofinfrareddetectionprincipleoftherunningyarn;whentheyarnoff.Voicealarmrepairstaff;digitaldisplayhasbeenaroundthelengthofyarn.Theinnovationworks:

infrareddetectionyarnaccurateandreliablefaultconditions,highsensitivity;voicebroadcastdesignofhumannature,eliminatingtheneedforstateworkershasbeenobservedyarntrouble;real-timedisplayhasbeenaroundalengthofyarn;inordertoreducelaborintensityandimproveefficiencyhaveprovidedprotection.Thisworkisfunctional,compact,andcost-effectivecomparedtosimilarforeignproducts,user-friendlyfeatures,easy-to-productmarketization.

Keywordsintelligentyarnbreakdetection,voicealarm,theoutputdisplay

1、前言

生产类似纱线之类的某些生产厂家，对线的均匀性提出了很高的要求，要求生产出来的线的长度必须大于某个值的产品才为合格，因而在绕线过程中，判断细线是否断线是十分重要；另外，在绕纱线的同时，若能实时显示出已绕纱线的长度，无疑对了解绕线状态有很大好处。

目前市场上的纺纱报断器仅仅是通过红外检测纱线是否断纱，在断纱时，只通过提示灯提示工作人员，在一定程度上使得工作人员劳动强度增加。

而本作品能很好地解决劳动强度的问题，且提高了纺纱报断器的性价比。

多功能纺纱报断器，能够自动检测纱断情况，并且在断纱时，进行语音播报，方便工作人员进行故障处理；由于纱线在正常情况下绕制的速度是一定的，因此单位时间的绕纱量乘以时间就是已绕纱线的长度。

本作品设计人性化，大大的为工作人员减少劳动强度，并且也给商家带来更大的价值。

多功能纺纱报断器属于纺纱产业的新兴产品，可以实现及时通报断线状况，提醒工作人员，还能轻松知道纺纱长度，打破了传统模式，具有新时代意义，给纺纱工带来无限的方便，构思精巧，实用性强。

2、多功能纺纱报断器的工作原理

基于电路设计的要求，多功能纺纱报断器的电路主要由以89C51为核心的单片机最小系统、红外检测模块、LED灯显示模块、电源系统、数码管显示驱动电路、语音音频电路组成。

本作品采用了单片机、传感器等技术，系统的关键技术问题是断纱检测，系统采用红外检测纱线转动时返回脉冲，通过单片机计算在单位时间内红外检测模块返回的脉冲数，判断纱线情况。

其工作原理如下：

（1）在纱线正常工作的情况下，单片机得到的单位时间内返回的脉冲数是一致的，此时数码管显示实时绕制的纱线长度，语音未开，工作指示灯显示为绿灯亮；在纱线工作异常的情况下，单片机得到的单位时间内返回的脉冲数是不一致的，此时数码管显示纱线断之前的绕制的纱线长度，语音开启并报断，工作指示灯显示为红灯亮；

（2）当纱线工作异常时，语音报断开启，此时工作人员进行纱线检修，当检修完毕时，工作人员可按下正常工作按钮，纺纱工作正常进行，语音播报停止，数码管继续显示实时纱线长度；

依次循环执行以上步骤。

3、系统设计

总体设计思路：

根据要实现的功能要求，采用图1所示的方案。

系统主要包括89C51为核心的单片机最小系统、电源系统、数码管显示驱动电路、语音音频电路、LED灯显示模块、红外检测断纱模块、自动电源控制模块。

控制核心为89C51，红外检测感知断纱情况的信息，通过单片机计算在单位时间内红外检测模块返回的脉冲数的变化，通过语音进行提示，同时由单片机控制绕制纱线长度的计算，断纱时停止计算并保存数据。

电源模块为整个系统供电。

XF-S3111-FSD语音芯片有10bitDAC模拟音频输出，音频信号采用功放电路放大，在3.3V下供电环境下，当检测到断纱信号时发出提示音；模拟串口发送合成数据。

LED照明模块在接收到纱断的信号时，通过指示灯变红的形式告知工作人员纱断。

工作人员进行检修，语音播报停止，检修完毕后纺纱机正常工作，单片机计算实时绕制的纱线长度并将长度通过数码管显示出来。

图1总体控制方案框图

系统的硬件设计与实现：

系统主要由89C51单片机最小系统、红外检测电路、LED灯显示模块、电源系统、数码管显示驱动电路及语音音频电路组成。

红外检测主要是通过红外对管的发射极发送信号，接收极接收信号。

当纱线正常工作时，接收端在单位时间内输出相同频率的脉冲。

当断纱时，接收端在单位时间内输出不同频率的脉冲。

数码管显示驱动电路插在最小系统板上面的用于74HC595扩展I/O端口上，实现3个I/O口扩展8个数码管的功能，节约端口。

数码管用于显示实时已绕制的纱线长度。

原理图如附录2所示。

通过语音芯片XF-S3111-FSD来合成语言输出。

当接收到纱断信号的时候语音芯片提示工作人员应该进行检修，方便了工作人员的及时抢修工作，主要由软件完成。

语音芯片供电为3.3V，使时必须采用相应的音频输出电路。

通过语音芯片XF-S3111-FSD来合成语言输出。

当接收到纱断信号的时候语音芯片提示工作人员应该进行检修，方便了工作人员的及时抢修工作，主要由软件完成。

语音芯片供电为3.3V，使时必须采用相应的音频输出电路。

XF-S3111-FSD通过串口（UART）接收上位机发送的命令和数据，命令和数据以帧的方式进行封装和发送。

通讯波特率9600bps。

采用单片机I/O口，传送语音合成数据，生成需要的语音输出。

XF-S3111-FSD芯片有10bitDAC模拟音频输出，音频信号采用功放电路放大。

成本低，增益较大，输出音量大。

系统的软件设计与实现：

系统的软件设计采用C语言，可以大大提高程序编写时的效率。

设计的关键是断纱检测、语音提示和长度计算。

软件实现的功能包括：

（1）断纱检测，并将纱线扰动频率信号传输到单片机，由单片机进行控制处理，此功能是通过红外传感器检测和单片机共同来实现的；

（2）实现语音控制，断纱信号到来时由单片机控制语音芯片的实时提示；

（3）长度计算，此功能是通过单片机来实现的；

（4）数码管显示，单片机将长度计算的结果传送给数码管，在数码管上进行长度的显示；

主程序主要起到一个初始化和调用子函数的功能。

主程序循环扫描及语音播报程序，包括中断初始化函数、显示初始化函数等，见图2。

红外检测模块主要由红外传感器组成，当纺纱工作正常进行时，接收管可以收到发射管发射的一定频率的信号，此时输出端输出频率信号；当断纱时，红外接收管不到相同频率的信号，单片机通过检测此频率来实现感知纱线的运行情况，程序流程图如下所示。

图3红外检测模块程序流程图

绕纱长度模块主要是由定时中断计时，算出实时绕纱的长度，再通过数码管显示出来；数码管显示驱动电路如附录1。

4.多功能纺纱报断器的测试

测试方法：

1）当纱线在红外传感器前快速转动，看看它能否检测到纱线是运转情况、数码管的显示状态和扬声器的状态。

现象：

当纱线快速转动时，数码管实时显示已绕纱线长度，扬声器未报警；

2）当纱线在红外传感器前慢速转动时，看看它是否能够检测到纱线的运转状态及扬声器的状态。

现象：

当纱线慢速转动的情况下，数码管停止显示数据，扬声器发出报警信号；将纱线调整为快速转动后，按下按钮，此时的现象同1）。

测试结果：

次数

纱线状态

数码管显示

语音报警

1

快动

实时长度

无

2

快动

实时长度

无

3

快动

实时长度

无

4

快动

实时长度

无

5

慢动

不显示

有

6

慢动

不显示

有

7

慢动

不显示

有

8

慢动

不显示

有

测试结果分析：

通过测试证明，多功能纺纱报断器的设计实现了预计的全部指标。

该作品还可以在外观上还可以进一步完善，美观化、人性化，并且可以大批量的生产，方便纱线厂家的使用。

5、参考文献

[1]胡文金.单片机应用技术实训教程.重庆：

重庆大学出版社.2005,2.

[2]阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社.2003.6

[3]沈任元.数字电子技术.机械工业出版社.2004.5

[4]王宛平.电路与模拟电子技术基础.电子工业出版社.2005.4

[5]康华光.电子技术基础.高等教育出版社.2005.7

[6]孙建三.数字电子技术.机械工程出版社.1998.5

[7]沙占友等.单片机外围电路设计.电子工业出版社.2003.1

[8]赵继文.传感器与应用电路设计.科学出版社.2002

[9]21IC中国电子网

附录1：

项目硬件原理图：

红外检测模块电路图

功放电路图

数码管显示模块电路图

附录2：

项目程序代码：

#ifndef_common_H_

#define_common_H_

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#definelintlongint

sbitp10=P1^0;

sbitp11=P1^1;

sbitp12=P1^2;

sbitp13=P1^3;

sbitp14=P1^4;

sbitp15=P1^5;

sbitp16=P1^6;

sbitp17=P1^7;

sbitp20=P2^0;

#defineRCLK_595p10

#defineSRCLK_595p11

#defineSER_595p12

#definegreen_lightp13

#definered_lightp20

#definestartp17

#definerestartp16

#definezhuansu22//每秒的转速、、、、、、

voiddelay（inta）;

#endif

#include"common.h"

voiddelay（uinta）

{

uintj;

for（j=0;j

}

#ifndef_display_H_

#define_display_H_

#include"common.h"

voidINIT（void）;

voidWR_595（void）;

voidOUT_595（void）;

voiddisplay（ucharwei,ucharadata）;

voidshumaguan（longcount）;

#endif

#include

#include"common.h"

#include"display.h"

constucharDATA[20]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x72,0x73,0x37,0x38};

//r=16,p=17,n=18,l=19

constucharBIT[8]={0x10,0x20,0x40,0x80,0x01,0x02,0x04,0x08};uchardisplay_buf[8];

uchartemp;

externunsignedcharchan[8];

externlongmiao;

voidINIT（void）

{

RCLK_595=0;

SRCLK_595=1;

}

/********************************************************/

/**/

/*将显示数据送入74HC595内部移位寄存器*/

/**/

/********************************************************/

voidWR_595（void）

{

ucharj;

for（j=0;j<8;j++）

{

SER_595=temp&0x80;

temp=temp<<1;

SRCLK_595=0;//上升沿发生移位

delay

（1）;

SRCLK_595=1;

}

}

/********************************************************/

/*将移位寄存器内的数据锁存到输出寄存器并显示*/

/********************************************************/

voidOUT_595（void）

{

RCLK_595=0;

delay

（1）;

RCLK_595=1;//上升沿将数据送到输出锁存器

delay

（1）;

RCLK_595=0;

}

voidshumaguan（longcount）//数码管各位存值

{

longcc=0,i=0;//

count=miao*zhuansu;//时间乘以转速等于产量

chan[0]=count%10;

cc=count/10;

for（i=1;i<8;i++）

{

chan[i]=cc%10;

cc=cc/10;

}

}

voiddisplay（ucharwei,ucharadata）

{INIT（）;

temp=BIT[wei];//送位选数据

WR_595（）;

temp=DATA[adata];//送段码数据

WR_595（）;

OUT_595（）;//输出数据

}

#ifndef_yuyinbaobo_H_

#define_yuyinbaobo_H_

#include"reg51.h"

#include"common.h"

voidUSART1_SEND（charx）;

voidUSART_INIT（）;

voidYuyin_BOBAO（unsignedchar*x）;

voidTime1（void）;

#endif

#include

#include"yuyinbaobo.h"

ucharx=0;

voidTime1（）

{

TMOD=0x20;

TH1=0xFA;

TL1=0xFA;

TR1=1;

PCON=0X80;

}

voidUSART1_SEND（charx）

{

TI=0;

SBUF=x;

while（TI==0）;

TI=0;

}

voidUSART_INIT（）

{

SCON=0x50;

}

//,用USART1

voidYuyin_BOBAO（unsignedchar*x）

{

USART1_SEND（0xfe）;//发送帧头标志0xFE

USART1_SEND（0x01）;//发送合成命令

USART1_SEND（0x00）;//发送字节长度的高8位

USART1_SEND（0x08）;//发送字节长度

do{

USART1_SEND（*x）;

x++;

if（*x==0x00）break;

}while

（1）;

}

#include

#include"common.h"

#include"display.h"

#include"yuyinbaobo.h"

longcount=0,miao=0;//圈数定时

uchardingshi=0;

longzhongduan_dianshi=0;

unsignedcharchan[8];

voiddelay1（longa）

{

longj;

for（j=0;j

}

voidinitial（）

{

count=0;

green_light=0;

red_light=1;

dingshi=0;

miao=0;//定时初始

EA=1;

EX0=1;

IT0=1;

ET0=1;

TMOD=0x21;//ceshi

TH0=0xee;

TL0=0x00;

TR0=1;

}

intflag=0;

voidmain（）

{

inti,j=0,l=0;

inta=0;

initial（）;

Time1（）;

USART_INIT（）;

while

（1）

{

if（start==0）

{

flag=0;

while（zhongduan_dianshi>=1000）//沙断的响应时间参数

{

TR0=0;

red_light=0;

green_light=1;

flag=1;

if（restart==0）

zhongduan_dianshi=0;

shumaguan（count）;

for（a=0;a<20;a++）

for（i=7;i>=0;i--）

{

display（j,chan[i]）;

j++;

if（j>=8）

j=0;

}

Yuyin_BOBAO（"纺纱断了"）;

//for（a=0;a<50000&&restart==1;a++）;

delay1（20000）;

}

red_light=1;

green_light=0;

TR0=1;

shumaguan（count）;

for（i=7;i>=0;i--）

{

display（j,chan[i]）;

j++;

if（j>=8）

j=0;

}

}

}

}

voidint0（）interrupt0//外部中断

{

if（flag==0）

zhongduan_dianshi=0;

}

voidtim（）interrupt1

{

if（start==0）

{

TH0=0xee;

TL0=0x00;

dingshi++;

zhongduan_dianshi++;

if（dingshi>=20）

{

dingshi=0;

miao++;

}

}

}