红外光电探边控制系统的设计与实现

论文摘要

在纺织、印染等行业中,红外光电探边仪是染色、印花、热定型等工序前的重要设备,可保证布匹在生产线上高速移动,但传送的方向不能发生偏离,避免布卷卷边不整齐,影响后续工序的加工质量。红外探边仪能自动精确地跟踪布边位置,利用机械装置锁死布边,保证了布匹后续工序的加工质量。本文以红外探边系统为研究对象,设计了一个适用于流水线的且跟踪速度快、探边精度高、抗干扰能力好、性能可靠的红外光电探边仪。主要内容有:(1)分析红外探边仪的工作原理和发展趋势,研究MCU技术在仪器设备上的运用,阐述红外光电探边仪的性能要求及参数指标。(2)研究了当前红外探边仪常用的一些控制机构以及执行机构,对各个组成部分的功能以及关键技术作了介绍,并根据实际要求和主要技术指标构建了系统的设计目标和整体模型,给出了软硬件的总体设计方案。(3)开发了红外光电探边仪的硬件系统模块,包括MCU控制模块、伺服电机控制模块、D/A应用模块、信号发射和检测模块、键盘及LED显示模块、串口通信模块和电源模块。完成了各模块的原理图绘制及PCB制板,对各模块进行了调试。(4)对红外光电探边仪的软件进行了分块设计,主要分为数据发送和采集、键盘数据处理、MCU与伺服电机的串行通信。同时对红外探测头的抗干扰函数具体算法与流程进行了详细的分析与设计,编写了各模块程序并进行了编译调试。(5)根据系统总体设计要求,开发了红外光电探边仪样机,对其硬件电路及控制软件进行了整体调试,给出了调试结果并进行了分析。经过样机实验表明,本设计开发的红外光电探边仪具有精度高、跟踪速度快等特点。样机的定位精度、控制特性曲线、比例控制范围、响应速度、驱动力等主要技术参数均达到或优于设计指标,系统运行稳定可靠,达到了预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 探边仪的研究发展状况
• 1.2.1 我国印染机械设备现状
• 1.2.2 探边仪的发展状况
• 1.3 课题来源及意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 红外光电探边系统技术基础和总体设计
• 2.1 系统技术指标以及理论基础
• 2.1.1 系统技术指标
• 2.1.2 红外探测头以及控制系统技术
• 2.1.3 执行机构技术及其应用
• 2.2 红外光电探边系统总体设计方案
• 2.2.1 红外光电探边仪总体结构
• 2.2.2 系统硬件设计方案
• 2.2.3 系统软件设计方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 红外光电探边系统硬件设计以及实现
• 3.1 系统总体构成
• 3.2 系统硬件设计
• 3.2.1 MCU 控制模块
• 3.2.2 信号发射和接收模块
• 3.2.3 LED 显示以及键盘显示模块
• 3.2.4 伺服电机控制模块
• 3.2.5 D/A 转换
• 3.2.6 串行通信模块
• 3.2.7 稳压电源和实时时钟
• 3.3 PCB 设计要点
• 3.4 本章小结
• 第4章 红外光电探边系统软件设计以及实现
• 4.1 软件开发环境
• 4.2 系统软件模块设计
• 4.2.1 软件模块结构和设计思想
• 4.2.2 初始化模块
• 4.2.3 数据发送与采集模块
• 4.2.4 键盘处理模块
• 4.2.5 串行通信模块
• 4.3 系统抗干扰设计
• 4.3.1 硬件抗干扰设计
• 4.3.2 软件抗干扰设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统联调与测试
• 5.1 系统调试环境以及调试工具
• 5.2 硬件制板及调试说明
• 5.2.1 硬件制板
• 5.2.2 硬件调试及简要说明
• 5.3 系统联调
• 5.3.1 伺服电机通信协议设置
• 5.3.2 MCU 和伺服电机通信调试
• 5.3.3 软件调试以及难点
• 5.4 系统现场测试
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 1.课题总结
• 2.课题展望
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 附录B 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 附录C 部分程序源代码
• 致谢