专利名称：一种自适应光电式电子清纱器的制作方法
技术领域：
本发明属于嵌入式系统技术领域，涉及纺织机械控制领域的纱线检测头，具体是一种基于AD采样的传感电路和单片机内核的检测控制电路。
背景技术：
在纱线的成纱过程中受多种因素的影响纱线疵点是经常发生的，无论是传统纺纱 方法还是各类新型纺纱方法(转杯纺、喷气纺等)，即使使用最好的纺纱原料，最新的纺纱设备以及最优的纺纱エ艺，纱线疵点也是不可避免的。纱疵的出现严重的影响纱线质量和布面质量。纺织厂要提高产品质量、増加经济效益，其主要任务之一就是在提高生产效率的基础上，有效控制纱疵，保持稳定的纱线均匀度，以织出人们满意的优质产品。电子清纱器应运而生，它是应用于纺织エ业络筒エ序中，用来检查有害纱疵并予以清除，从而控制纱线质量的电子装置。它能够按照纱线质量、产品档次等要求，依据纱线粗细度和长度两个參数，自行鉴别和清除有害纱疵。电子清纱器的应用可以监瞀前道エ序的工作状况，可以清除有害纱疵、控制纱线质量，极大的提高后道エ序的工作效率，是现代纺织必不可少的电子设备。目前市场上供应的电子清纱器以模拟电路实现为主，其缺点是器件老化引起的參数变化导致误切率上升，不仅參数设置复杂，而且对于数据统计、监控等功能难以实现，同时缺乏相应的显示，直观性不強。针对由于光线发送器以及光电传感器长期使用老化而引起的纱线检测故障，设计ー种新的检测控制以及显示电路以克服以上问题。
发明内容
本发明是针对目前清纱器器件老化所造成的纱线检测故障以及设置复杂和检测精度过低。设计ー种带显示功能的低功耗自适应光源调整检测电路。本发明采用的技术方案是控制器给出驱动外部光源模块所需要的电压值，控制器将光电传感器采集处理得到的最高模拟电压值经内部A/D模块转换成数字量，该值与系统设定的光亮值进行比较处理，来判断当前的光亮值是否符合预期的设定值，井根据此依据适当的调整输出的PWM方波的占空比，以调整光源模块的电压值，在一定程度上解决由于器件老化光亮减弱造成的测量精度下降的问题。同时信号采集模块将光信号转化为电压信号，经过控制器内部A/D模块转换为数字信号，在控制器内进行处理，得出当前纱线的直径，依据纱线直径的变化判断纱疵的出现，输入输出模块用来显示出现大量纱线疵点时的报警类型信息以便提示操作人员及时的进行相应处理，同时通讯模块中的485接ロ用于接收上位机的配置信息以及传输纱线质量信息。本发明解决技术问题所采取的具体技术方案为
本发明包括电源管理模块、控制模块、RS485通讯模块、信号检测与接ロ模块、外部光源模块、报警显示与操作模块。
电源管理模块包括第一电源模块和第二电源模块。第一电源模块包括第一电源管理芯片ICl (LM2596)，第一保 险熔断器F1，第一滤波电解电容Cl，第二滤波电容C2，第一防反接ニ极管VDl，第一滤波电感LI，第三滤波电解电容C3，第四滤波电容C4，第一分压电阻Rl和第一发光二极管LEDl。第一保险熔断器Fl的一端接给定的24V总供电电源，第一保险熔断器Fl的另ー端接第一滤波电解电容Cl的正极、第二滤波电容C2的一端以及第ー电源管理芯片ICl的I号引脚；第一滤波电解电容Cl的负极接地，第二滤波电容C2的另外一端接地；第一电源管理芯片ICl的3号引脚以及第ー电源管理芯片ICl的5号引脚接地；第一电源管理芯片ICl的4号引脚接第一滤波电感LI的一端、第三滤波电解电容C3的正极、第四滤波电容C4的一端以及第一分压电阻Rl的一端；第一滤波电感LI的另外一端接第一电源管理芯片ICl的2号引脚以及第一防反接ニ极管VDl的阴极，第一防反接ニ极管VDl的阳极接地 ，第三滤波电解电容C3的负极以及第四滤波电容C4的另外一端接地；第一分压电阻Rl的另外一端接第一发光二极管LEDl的阳极，第一发光二极管LEDl的阴极接地。第二电源模块包括第五滤波电解电容C5，第六滤波电容C6，第二电源管理芯片IC3 (AMS1117-3. 3)，第七滤波电解电容C7，第八滤波电容C8，第二分压电阻R2以及第ニ发光二极管LED2。第五滤波电解电容C5的正极接由第一电源模块所提供的5V工作电压、第六滤波电容C6的一端以及第ニ电源管理芯片IC3的3号引脚；第五滤波电解电容C5的负极接地，第六滤波电容C6的另外一端以及第二电源管理芯片IC3的I号引脚也接地；第二电源管理芯片IC3的2号引脚接连第七滤波电解电容C7的正极、第八滤波电容C8的一端以及第二分压电阻R2的一端，第七滤波电解电容C7的负极接地；第八滤波电容C8的另外一端接地，第二分压电阻R2的另外一端接第二发光二极管LED2的阳极，第二发光二极管LED2的阴极接地。控制模块包括控制芯片IC4(STC12C54)，第二十滤波电容C20，第二i^一滤波电容C21，第二十二滤波电容C22，第十三滤波电解电容C13，第十四滤波电容C14，第十五滤波电解电容C15，第十分压电阻R10，第十一分压电阻R11，第十二分压电阻R12，第十六滤波电容C16，第十七滤波电容C17，时钟晶振XTALl以及串行接ロ J1。串行接ロ Jl的I号脚接3. 3V电源，串行接ロ Jl的2号脚接第i^一分压电阻Rll的一端以及RS485通讯模块中芯片IC5的I号引脚，串行接ロ Jl的3号引脚接第十二分压电阻R12的一端以及RS485通讯模块中芯片IC5的4号引脚，串行接ロ Jl的4号引脚接地；第二十滤波电容C20、第二i^一滤波电容C21以及第二十二滤波电容C22的一端接3. 3V电源，第二十滤波电容C20、第二i^一滤波电容C21以及第二十二滤波电容C22的另外一端均接地；第十三滤波电解电容C13的正极接3. 3V电源、控制芯片IC4的32号引脚以及第十四滤波电容C14的一端，第十三滤波电解电容C13的负极接地；第十四滤波电容的另外一端接地；时钟晶振XTALl的一端接控制芯片IC4的7号引脚以及第十六滤波电容C16的一端，时钟晶振XTALl的另外一端接控制芯片IC4的8号引脚以及第十七滤波电容C17的一端；第十六滤波电容C16的另外一端以及第十七滤波电容C17的另外一端接地；第十五滤波电解电容C15的正极接3. 3V供电电源，第十五滤波电解电容C15的负极接第十分压电阻RlO的一端以及控制芯片IC4的3号引脚，第十分压电阻RlO的另外一端接地；第十一分压电阻Rll的另外一端接控制芯片IC4的4号引脚，第十二分压电阻R12的另外一端接控制芯片IC4的5号引脚；控制芯片IC5的I号引脚接RS485通讯模块中芯片IC5的3号引脚，控制芯片IC5的6号引脚接RS485通讯模块中芯片IC5的2号引脚，控制芯片IC5的12号引脚接检测与接ロ模块中接ロ JO的4号引脚，控制芯片IC5的13号引脚接检测与接ロ模块中接ロ JO的2号引脚，控制芯片IC5的14号引脚接外部光源模块中分压电阻R3的一端；控制芯片IC5的15号引脚接报警与操作模块中电阻R20的一端；控制芯片IC5的16号引脚接地；控制芯片IC5的17号引脚、18号引脚、19号引脚分别接报警与操作模块中分压电阻R19的一端,分压电阻R18的一端以及分压电阻R17的一端；控制芯片IC5的20号引脚和21号引脚均连接检测与接ロ模块中接ロ JO的7号引脚；控制芯片IC5的22号引脚接外部光源模块中限流电阻R18和限流电阻R19的一端；控制芯片IC5的23号引脚至30号引脚分别接显示模块中分压电阻R21的一端，分压电阻R22的一端，分压电阻R23的一端，分压 电阻R24的一端，分压电阻R25的一端，分压电阻R26的一端，分压电阻R27的一端和分压电阻R28的一端。RS485通讯模块包括RJ45接ロ J2，RS485通讯芯片IC5 (SN75176)，第十三分压电阻R13，第十四分压电阻R14，第十五上拉电阻R15，第十六下拉电阻R16，第十八滤波电容C18，第一瞬态电压抑制ニ极管TVSl，第二瞬态电压抑制ニ极管TVS2和第三瞬态电压抑制ニ极管TVS3。RJ45接ロ J2的I号脚和8号脚接5V的工作电源，RJ45接ロ J2的2号脚和7号脚接地，RJ45接ロ J2的3号脚和4号脚接第十三分压电阻R13的一端以及第十六下拉电阻R16的一端，RJ45接ロ J2的5号脚和6号脚接第十四分压电阻R14的一端以及第十五上拉电阻R15的一端；RS485通讯芯片IC5的I号引脚接控制模块中分压电阻Rll的一端，RS485通讯芯片IC5的4号引脚接控制模块中分压电阻R12的一端，RS485通讯芯片IC5的
2号脚接控制芯片IC4的6号引脚，RS485通讯芯片IC5的3号脚接控制芯片IC4的I号引脚；RS485通讯芯片IC5的5号引脚，第十六下拉电阻R16的另外一端以及第十八滤波电容C18的一端接地，RS485通讯芯片IC5的6号引脚接第十四分压电阻R14的另外一端，RS485通讯芯片IC5的7号引脚接第十三分压电阻R13的另外一端，第十五上拉电阻R15的另外一端以及RS485通讯芯片IC5的8号引脚接5V的工作电源以及第十八滤波电容C18的另外一端；第一瞬态电压抑制ニ极管TVSl的阳极，第二瞬态电压抑制ニ极管TVS2的阳极和第三瞬态电压抑制ニ极管TVS3阳极均接地，第一瞬态电压抑制ニ极管TVSl的阴极接RJ45接ロ J2的3号脚和4号脚，第二瞬态电压抑制ニ极管TVS2的阴极接RJ45接ロ J2的5号脚和6号脚，第三瞬态电压抑制ニ极管TVS3的阴极接5V工作电源。信号检测与接ロ模块包括第一接ロ J0，第十九滤波电容C19，光电传感芯片ICO(P358PLCC)，第三i^一分压电阻R31，第三十二分压电阻R32，第三十三分压电阻R33，第二十三滤波电容C23，第二十四滤波电容C24，第二十五滤波电容C25。光电传感芯片ICO的2号引脚接第三十二分压电阻R32的一端，第三十二分压电阻R32的另外一端接地；光电传感芯片ICO的3号引脚接第三十一分压电阻R31的一端；第
分压电阻R31的另外一端、光电传感芯片ICO的4号引脚和7号引脚、第二十四滤波电容C24的一端以及第二十五滤波电容C25的一端均接3. 3V工作电源；第二十四滤波电容C24的另外一端以及第二十五滤波电容C25的另外一端均接地；光电传感芯片ICO的5号引脚接第二十三滤波电容C23的一端，第二十三滤波电容C23的另外一端接地；光电传感芯片ICO的6号引脚和9号引脚接地；光电传感芯片ICO的8号引脚接接ロ JO的7号脚，光电传感芯片ICO的10号引脚接第三十三分压电阻R33的一端，第三十三分压电阻R33的另外一端接地；光电传感芯片ICO的11号引脚接接ロ JO的2号脚，光电传感芯片ICO的12号引脚接接ロ JO的4号脚。第一接ロ JO的I号脚和5号脚接3. 3V电源，第一接ロ JO的
3号脚、6号脚和8号脚接地，第一接ロ JO的2号脚接控制芯片IC4的13号引脚，第一接ロJO的4号脚接控制芯片IC4的12号引脚；第一接ロ JO的7号脚接控制芯片IC4的20号引脚、21号引脚以及第十九滤波电容C19的一端；第十九滤波电容C19的另外一端接地。外部光源模块包括第三分压电阻R3，第四分压电阻R4，第五分压电阻R5，第九滤波电容C9，第十滤波电容C10，第i^一滤波电容Cl I，运算放大器芯片IC2 (LM2904)，第六分压电阻R6，第七分压电阻R7，第十二滤波电容C12，第一晶体三极管Ql(9013)，第六发光二
极管LED0，第八限流电阻R8，第九限流电阻R9。集成运算放大器IC2的5号引脚和6号引脚接地，第三分压电阻R3的一端接控制芯片IC4的14号引脚，第三分压电阻R3的另外一端接第九滤波电容C9的一端以及第四分压电阻的R4 —端，第九滤波电容C9的另外一端接地；第四分压电阻R4的另外一端接第十滤波电容ClO的一端以及第五分压电阻R5的一端，第十滤波电容ClO的另外一端接地；第五分压电阻R5的另外一端接第i 滤波电容Cll的一端以及IC2的3号引脚,第^ 滤波电容Cll的另外一端接地；集成运算放大器IC2的4号引脚接地，IC2的8号引脚接5V的工作电源；集成运算放大器IC2的2号引脚接第七分压电阻R7的一端以及第十二滤波电容C12的一端；第七分压电阻R7的另外一端和第十二滤波电容C12的另外一端接第六发光二极管LEDO的阳极和第一晶体三极管Ql的发射极；集成运算放大器IC2的I号引脚接第六分压电阻R6的一端,第六分压电阻R6的另外一端接第一晶体三极管Ql的基极，第一晶体三极管Ql的集电极接5V工作电源；第六发光二极管LEDO的阴极接第八限流电阻R8的一端、第九限流电阻R9的一端以及控制芯片IC4的22号引脚，第八限流电阻R8的另外一端和第九限流电阻R9的另外一端接地。报警显示与操作模块包括第二十分压电阻R20，第一按钮KEYl第二十九上拉电阻R29，第三十下拉电阻R30，第十七分压电阻R17，第十八分压电阻R18，第十九分压电阻R19，第三发光二极管LED3，第四发光二极管LED4，第五发光二极管LED5，七段数码管DSl(CPS03211)，第二i^一分压电阻R21，第二十二分压电阻R22，第二十三分压电阻R23，第二十四分压电阻R24，第二十五分压电阻R25，第二十六分压电阻R26，第二十七分压电阻R27和第二十八分压电阻R28。第二十分压电阻R20的一端接控制芯片IC4的15号引脚，第二十分压电阻R20的另外一端接第一按钮KEYl的一端以及第三十下拉电阻R30的一端，第一按钮KEYl的另外一端接第二十九上拉电阻R29的一端，第二十九上拉电阻R29的另外一端接3. 3V工作电源，第三十下拉电阻R30的另外一端接地；第十七分压电阻R17的一端接控制芯片IC4的19号引脚另外一端接第三发光二极管LED3的阳极，第十八分压电阻R18的一端接控制芯片IC4的18号引脚另外一端接第四发光二极管LED4的阳极，第十九分压电阻R19的一端接控制芯片IC4的17号引脚另外一端接第五发光二极管LED5的阳极；第三发光二极管LED3，第四发光二极管LED4，第五发光二极管LED5的阴极均接地；第二十一分压电阻R21的一端，第二十二分压电阻R22的一端，第二十三分压电阻R23的一端，第二十四分压电阻R24的一端，第二十五分压电阻R25的一端，第二十六分压电阻R26的一端，第二十七分压电阻R27的一端和第二十八分压电阻R28的一端分别接控制芯片IC4的23至30号引脚；第二十一分压电阻R21的另外一端接七段数码管DSl的I号脚，第二十二分压电阻R22的另外一端接七段数码管DSl的10号脚，第二十三分压电阻R23的另外一端接七段数码管DSl的8号脚，第二十四分压电阻R24的另外一端接七段数码管DSl的5号脚，第二十五分压电阻R25的另外一端接七段数码管DSl的4号脚，第二十六分压电阻R26的另外一端接七段数码管DSl的2号脚，第二十七分压电阻R27的另外一端接七段数码管DSl的3号脚，第二十八分压电阻R28的另外一端接七段数码管DSl的6号脚；七段数码管DSl的7号脚、七段数码管DSl的9号脚接3. 3V工作电源。本发明中各模块均采用现有成熟技术，依据控制器给出驱动外部光源模块所需要 的电压值，控制器根据光电传感器采集处理得到的最高模拟电压值，将其转换成数字量后与系统设定的光亮值进行比较处理，来判断当前的光亮值是否符合预期的设定值，使得外部光源稳定可靠，进一歩提高采集准确度，同时芯片外围的报警显示电路给操作人员更加直观的信息。
图I纱线检测的光学传感器測量原理；
图2纱线检测电路的结构示意框 图3纱线检测电路第一电源模块电路原理 图4纱线检测电路第二电源模块电路原理 图5纱线检测电路控制模块电路原理 图6纱线检测电路RS485通讯模块电路原理 图7纱线检测电路检测与接ロ模块电路原理 图8纱线检测电路外部光源模块电路原理 图9纱线检测电路报警显示与操作模块电路原理图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进ー步说明。本发明的具体实施例如附图所示，图I所示的是光学检测纱线的基本原理图，待检测的纱线在光线发送器(LED外部光源)和光线接收器(光电传感器)之间的区域内移动，这样纱线直径的变化就可以由光线接收器上所接收的光通量的改变来決定。图2所示为纱线检测电路的结构示意框图，主要是由第一电源模块I、第二电源模块2、控制模块3、RS485通讯模块4、信号检测模块5、外部光源模块6、报警显示操作模块7所组成。该电子清纱器的工作流程如下当纱线经由光线发送器与光线接收器之间时，将会带来光线接收器某一区域内的光通量的改变。将光线接收器的一次模拟输出经过相应的调制滤波后再将信号传输给控制芯片，控制芯片经由AD转换以及程序内部的操作处理将这ー电信号換算成经过发送器与接收器之间的纱线直径參量，从而可以依据检测到的纱线直径变化判断是否出现纱线疵点并将这些信息传递给上位机，同时对于过多的纱线疵点给出相应的报警信息并在发光二极管以及数码管上予以显示。此外由于光源等的老化等原因，将会使得检测到的最大光强值随着使用时间的延长越来越低，此时通过对芯片内部采样到的最大光强值与实际期待光亮值之间的差异，适当的调整芯片的输出来控制光源的电流以提高光強，降低老化带来的影响。如图3所示，第一电源模块包括保险熔断器F1，滤波电解电容Cl，滤波电容C2，防反接ニ极管VD1，电源管理芯片ICl (LM2596)，滤波电感LI，滤波电解电容C3，滤波电容C4，分压电阻Rl，发光二极管LEDI。电源管理芯片LM2596为24V转5V的稳压芯片，它将常规的エ业级工作电压24V转换成5V，为RS485通讯模块，第二电源模块以及外部光源模块提供稳定的5V工作电压。同时为了防止エ业24V供电电路中出现冲击电流，在LM2596前段输入级加入自恢复保险丝以消除过冲电流对设备的影响。保险熔断器Fl的一端接给定的24V总供电电源，保险熔断器 Fl的另一端接滤波电解电容Cl的正极、滤波电容C2的一端以及电源管理芯片ICl的I号引脚；滤波电解电容Cl的负极接地，滤波电容C2的另外一端接地；电源管理芯片ICl的3号引脚以及电源管理芯片ICl的5号引脚接地；电源管理芯片ICl的4号引脚接滤波电感LI的一端、滤波电解电容C3的正极、滤波电容C4的一端以及分压电阻Rl的一端；滤波电感LI的另外一端接电源管理芯片ICl的2号引脚以及防反接ニ极管VDl的阴极，防反接ニ极管VDl的阳极接地；滤波电解电容C3的负极以及滤波电容C4的另外一端接地；分压电阻Rl的另外一端接发光二极管LEDl的阳极，发光二极管LEDl的阴极接地。如图4所示，第二电源模块包括滤波电解电容C5，滤波电容C6，电源管理芯片IC3(AMS1117-3. 3)，滤波电解电容C7，滤波电容C8，分压电阻R2以及发光二极管LED2。由于大多数的处理器的标准工作电压为3. 3V左右，故而需将电压降至3. 3V，以给控制芯片IC1，报警显示操作模块以及检测电路提供工作电源。滤波电解电容C5的正极接第一电源模块所提供的5V工作电压、滤波电容C6的一端以及电源管理芯片IC3的3号引脚；滤波电解电容C5的负极接地，滤波电容C6的另外一端以及电源管理芯片IC3的I号引脚也接地；电源管理芯片IC3的2号引脚接连滤波电解电容C7的正极、滤波电容C8的一端以及分压电阻R2的一端；滤波电解电容C7的负极接地；滤波电容C8的另外一端接地，分压电阻R2的另外一端接发光二极管LED2的阳极，发光二极管LED2的阴极接地。如图5所示，控制模块包括控制芯片IC4(STC12C54)，滤波电容C20，滤波电容C21，滤波电容C22，滤波电解电容C13，滤波电容C14，滤波电解电容C15，分压电阻R10，分压电阻R11，分压电阻R12，滤波电容C16，滤波电容C17，时钟晶振XTALl以及串行接ロ J1。控制芯片STC12C54是ー种低功耗、芯片内部集成多路AD的高性能单片机，同时它能够较为方便和灵活的输出占空比可调节的方波信号，以实现对外部光源模块的控制和采集部分的启动转换。串行接ロ Jl的I号脚接3. 3V电源，串行接ロ Jl的2号脚接分压电阻Rll的一端以及RS485通讯模块中IC5的I号引脚，串行接ロ Jl的3号引脚接分压电阻R12的一端以及RS485通讯模块中IC5的4号引脚，串行接ロ Jl的4号引脚接地；滤波电容C20、滤波电容C21以及滤波电容C22的一端接3. 3V电源，滤波电容C20、滤波电容C21以及滤波电容C22的另外一端均接地；滤波电解电容C13的正极接3. 3V电源、控制芯片IC4的32号引脚以及滤波电容C14的一端，滤波电解电容C13的负极接地，滤波电容C14的另外一端接地；时钟晶振XTALl的一端接控制芯片IC4的7号引脚以及滤波电容C16的一端，时钟晶振XTALl的另外一端接控制芯片IC4的8号引脚以及滤波电容C17的一端；滤波电容C16的另外一端以及滤波电容C17的另外一端均接地；滤波电解电容C15的正极接3. 3V供电电源，滤波电解电容C15的负极接分压电阻RlO的一端以及控制芯片IC4的3号引脚；分压电阻RlO的另外一端接地，分压电阻Rll的另外一端接控制芯片IC4的4号引脚；分压电阻R12的另外一端接控制芯片IC4的5号引脚；控制芯片IC5的I号引脚接RS485通讯模块中芯片IC5的3号引脚，控制芯片IC5的6号引脚接RS485通讯模块中芯片IC5的2号引脚，控制芯片IC5的12号引脚接检测与接ロ模块中接ロ JO的4号引脚，控制芯片IC5的13号引脚接检测与接ロ模块中接ロ JO的2号引脚，控制芯片IC5的14号引脚接外部光源模块中分压电阻R3的一端；控制芯片IC5的15号引脚接报警与操作模块中电阻R20的一端；控制芯片IC5的16号引脚接地；控制芯片IC5的17号引脚、18号引脚、19号引脚分别接报警与操作模块中分压电阻R19的一端，分压电阻R18的一端以及分压电阻R17的一端；控制芯片IC5的20号引脚和21号引脚均连接检测与接ロ模块中接ロ JO的7号引脚； 控制芯片IC5的22号引脚接外部光源模块中限流电阻R18和限流电阻R19的一端；控制芯片IC5的23号引脚至30号引脚分别接显示模块中分压电阻R21的一端，分压电阻R22的一端，分压电阻R23的一端，分压电阻R24的一端，分压电阻R25的一端以及分压电阻R26的一端，分压电阻R27的一端和分压电阻R28的一端。如图6所示，RS485通讯模块包括RJ45接ロ J2，RS485通讯芯片IC5 (SN75176),分压电阻R13，分压电阻R14，上拉电阻R15，下拉电阻R16，滤波电容C18，瞬态电压抑制ニ极管TVSl，瞬态电压抑制ニ极管TVS2和瞬态电压抑制ニ极管TVS3。在エ业现场中，传输线路上难免会出现这样或那样不可抗拒的外部干扰，使用485的差分信号可以在很大程度上消除外部信号对通讯的干扰，同时加入瞬态电压抑制ニ极管可以防止诸如雷击等大电流高电压对设备的影响。RJ45接ロ J2的I号脚和8号脚接5V的工作电源，RJ45接ロ J2的2号脚和7号脚接地，RJ45接ロ J2的3号脚和4号脚接分压电阻R13的一端以及下拉电阻R16的一端，RJ45接ロ J2的5号脚和6号脚接分压电阻R14的一端以及上拉电阻R15的一端；RS485通讯芯片IC5的I号引脚接控制模块中分压电阻Rll的一端，RS485通讯芯片IC5的4号引脚接控制模块中分压电阻R12的一端，RS485通讯芯片IC5的2号脚接控制芯片的6号引脚，RS485通讯芯片IC5的3号脚接控制芯片的I号引脚；RS485通讯芯片IC5的5号引脚，下拉电阻R16的另外一端以及滤波电容C18的一端接地；RS485通讯芯片IC5的6号引脚接分压电阻R14的另外一端，RS485通讯芯片IC5的7号引脚接分压电阻R13的另外一端；上拉电阻R15的另外一端以及RS485通讯芯片IC5的8号引脚接5V的工作电源以及滤波电容C18的另外一端；瞬态电压抑制ニ极管TVSl的阳极，瞬态电压抑制ニ极管TVS2的阳极和瞬态电压抑制ニ极管TVS3阳极均接地，瞬态电压抑制ニ极管TVSl的阴极接RJ45接ロ J2的3号脚和4号脚，瞬态电压抑制ニ极管TVS2的阴极接RJ45接ロ J2的5号脚和6号脚，瞬态电压抑制ニ极管TVS3的阴极接5V工作电源。如图6所示，信号检测与接ロ模块包括接ロ JO，滤波电容C19，光电传感芯片ICO(P358PLCC)，分压电阻R31，分压电阻R32，分压电阻R33，滤波电容C23，滤波电容C24，滤波电容C25。光线接收器采用光电传感芯片IC0(P358PLCC)，它是由众多的微型光敏接受点所组成，可以精确的检测光通量的变化并将其转换成相应的模拟信号输出。光电传感芯片ICO的2号引脚接分压电阻R32的一端，分压电阻R32的另外一端接地；ICO的3号引脚接分压电阻R31的一端；分压电阻R31的另外一端、ICO的4号引脚和7号引脚、滤波电容C24的一端以及滤波电容C25的一端均接3. 3V工作电源；滤波电容C24的另外一端以及滤波电容C25的另外一端均接地；IC0的5号引脚接滤波电容C23的一端，滤波电容C23的另外一端接地；IC0的6号引脚和9号引脚接地；IC0的8号引脚接接ロ JO的7号脚，ICO的10号引脚接分压电阻R33的一端，分压电阻R33的另外一端接地；IC0的11号引脚接接ロ JO的2号脚，ICO的12号引脚接接ロ JO的4号脚。接ロ JO的I号脚和5号脚接3. 3V电源，接ロJO的3号脚、6号脚和8号脚接地，接ロ JO的2号脚接控制芯片IC4的13号引脚，接ロ JO的4号脚接控制芯片IC4的12号引脚；接ロ JO的7号脚接控制芯片IC4的20号引脚、21号引脚以及滤波电容C19的一端；滤波电容C19的另外一端接地。本模块在提供检测电路的基础之上给出了其与控制处理电路之间的一个电路接ロ。如图8所示，外部光源模块包括分压电阻R3，分压电阻R4，分压电阻R5，滤波电容 C9，滤波电容C10，滤波电容C11，算放大器芯片IC2 (LM2904)，分压电阻R6，压电阻R7，滤波电容C12，晶体三极管Ql (9013)，发光二极管LED0，限流电阻R8，限流电阻R9。光源模块中发光二极管LEDO作为光线发送器。光线发送器发光强度的变化将会直接影响到光电传感芯片上所检测到的光通量的变化进而导致纱线检测宽度的变化，而实际的エ业生产过程中需要使得系统在无纱线经过时传感器上所检测到的光通量保持不变，为此需要实现对外部光源模块的调整。集成运算放大器IC2的5号引脚和6号引脚均接地，分压电阻R3的一端接控制芯片IC4的14号引脚，分压电阻R3的另外一端接滤波电容C9的一端以及分压电阻的R4 —端，滤波电容C9的另外一端接地；分压电阻R4的另外一端接滤波电容ClO的一端以及分压电阻R5的一端；滤波电容ClO的另外一端接地；分压电阻R5的另外一端接滤波电容Cll的一端以及IC2的3号引脚，滤波电容Cll的另外一端接地；IC2的4号引脚接地，IC2的8号引脚接5V的工作电源；IC2的2号引脚接分压电阻R7的一端以及滤波电容C12的一端；分压电阻R7的另外一端和滤波电容C12的另外一端接发光ニ极管LEDO的阳极和晶体三极管Ql的发射极；集成运算放大器IC2的I号引脚接分压电阻R6的一端，分压电阻R6的另外一端接晶体三极管Ql的基极，晶体三极管Ql的集电极接5V工作电源；发光二极管LEDO的阴极接限流电阻R8的一端、限流电阻R9的一端以及控制芯片IC4的22号引脚，限流电阻R8的另外一端和限流电阻R9的另外一端均接地。如图9所示，报警显示与操作模块包括分压电阻R20，按钮KEYl上拉电阻R29，下拉电阻R30，分压电阻R17，分压电阻R18，分压电阻R19，发光二极管LED3，发光二极管LED4,发光二极管LED5，七段数码管DSl (CPS03211),分压电阻R21，分压电阻R22，分压电阻R23，分压电阻R24，分压电阻R25，分压电阻R26，分压电阻R27和分压电阻R28。分压电阻R20的一端接控制芯片IC4的15号引脚，分压电阻R20的另外一端接按钮KEYl的一端以及下拉电阻R30的一端，按钮KEYl的另外一端接上拉电阻R29的一端；上拉电阻R29的另外一端接3. 3V工作电源，下拉电阻R30的另外一端接地；分压电阻R17的一端接控制芯片IC4的19号引脚另外一端接发光二极管LED3的阳极,分压电阻R18的一端接控制芯片IC4的18号引脚另外一端接发光二极管LED4的阳极，分压电阻R19的一端接控制芯片IC4的17号引脚另外一端接发光二极管LED5的阳极；发光二极管LED3，发光ニ极管LED4，发光二极管LED5的阴极均接地；分压电阻R21的一端，分压电阻R22的一端，分压电阻R23的一端，分压电阻R24的一端，分压电阻R25的一端，分压电阻R26的一端，分压电阻R27的一端和分压电阻R28的一端分别接控制芯片IC4的23至30号引脚；分压电阻R21的另外一端接七段数码管DSl的I号脚，分压电阻R22的另外一端接七段数码管DSl的10号脚，分压电阻R23的另外一端接七段数码管DSl的8号脚，分压电阻R24的另外ー端接七段数码管DSl的5号脚，分压电阻R25的另外一端接七段数码管DSl的4号脚，分压 电阻R26的另外一端接七段数码管DSl的2号脚，分压电阻R27的另外一端接七段数码管DSl的3号脚，分压电阻R28的另外一端接七段数码管DSl的6号脚；七段数码管DSl的7号脚、七段数码管DSl的9号脚接3. 3V工作电源。
权利要求
1.ー种自适应光电式电子清纱器，包括电源管理模块、控制模块、RS485通讯模块、信号检测与接ロ模块、外部光源模块、报警显示与操作模块，其特征在干 电源管理模块包括第一电源模块和第二电源模块；第一电源模块包括第一电源管理芯片IC1，第一保险熔断器F1，第一滤波电解电容Cl，第二滤波电容C2，第一防反接ニ极管VDl,第一滤波电感LI,第三滤波电解电容C3,第四滤波电容C4,第一分压电阻Rl和第一发光二极管LEDl ； 第一保险熔断器Fl的一端接给定的24V总供电电源，第一保险熔断器Fl的另一端接第一滤波电解电容Cl的正极、第二滤波电容C2的一端以及第ー电源管理芯片ICl的I号引脚；第一滤波电解电容Cl的负极接地，第二滤波电容C2的另外一端接地；第一电源管理芯片ICl的3号引脚以及第ー电源管理芯片ICl的5号引脚接地；第一电源管理芯片ICl的4号引脚接第一滤波电感LI的一端、第三滤波电解电容C3的正极、第四滤波电容C4的一端以及第一分压电阻Rl的一端；第一滤波电感LI的另外一端接第一电源管理芯片ICl的2号引脚以及第一防反接ニ极管VDl的阴极，第一防反接ニ极管VDl的阳极接地；第三滤波电解电容C3的负极以及第四滤波电容C4的另外一端接地；第一分压电阻Rl的另外一端接第一发光二极管LEDl的阳极，第一发光二极管LEDl的阴极接地，所述的第一电源管理芯片ICl的型号为LM2596 ； 第二电源模块包括第五滤波电解电容C5,第六滤波电容C6,第二电源管理芯片IC3,第七滤波电解电容C7，第八滤波电容CS，第二分压电阻R2以及第ニ发光二极管LED2 ； 第五滤波电解电容C5的正极接由第一电源模块所提供的5V工作电压、第六滤波电容C6的一端以及第二电源管理芯片IC3的3号引脚；第五滤波电解电容C5的负极接地，第六滤波电容C6的另外一端以及第二电源管理芯片IC3的I号引脚也接地；第二电源管理芯片IC3的2号引脚接第七滤波电解电容C7的正极、第八滤波电容CS的一端以及第二分压电阻R2的一端，第七滤波电解电容C7的负极接地；第八滤波电容C8的另外一端接地，第二分压电阻R2的另外一端接第二发光二极管LED2的阳极，第二发光二极管LED2的阴极接地，所述的第二电源管理芯片IC3型号为AMSl117-3. 3 ； 控制模块包括控制芯片IC4，第二十滤波电容C20，第二i^一滤波电容C21，第二十二滤波电容C22，第十三滤波电解电容C13，第十四滤波电容C14，第十五滤波电解电容C15，第十分压电阻R10，第十一分压电阻R11，第十二分压电阻R12，第十六滤波电容C16，第十七滤波电容C17，时钟晶振XTALl以及串行接ロ Jl ； 串行接ロ Jl的I号脚接3. 3V电源，串行接ロ Jl的2号脚接第i^一分压电阻Rll的一端以及RS485通讯模块中芯片IC5的I号引脚，串行接ロ Jl的3号引脚接第十二分压电阻R12的一端以及RS485通讯模块中芯片IC5的4号引脚，串行接ロ Jl的4号引脚接地；第二十滤波电容C20、第二i^一滤波电容C21以及第二十二滤波电容C22的一端接3. 3V电源，第二十滤波电容C20、第二i^一滤波电容C21以及第二十二滤波电容C22的另外一端均接地；第十三滤波电解电容C13的正极接3. 3V电源、控制芯片IC4的32号引脚以及第十四滤波电容C14的一端，第十三滤波电解电容C13的负极接地；第十四滤波电容的另外一端接地；时钟晶振XTALl的一端接控制芯片IC4的7号引脚以及第十六滤波电容C16的一端，时钟晶振XTALl的另外一端接控制芯片IC4的8号引脚以及第十七滤波电容C17的一端；第十六滤波电容C16的另外一端以及第十七滤波电容C17的另外一端接地；第十五滤波电解电容C15的正极接3. 3V供电电源，第十五滤波电解电容C15的负极接第十分压电阻RlO的一端以及控制芯片IC4的3号引脚，第十分压电阻RlO的另外一端接地；第十一分压电阻Rll的另外一端接控制芯片IC4的4号引脚，第十二分压电阻R12的另外一端接控制芯片IC4的5号引脚；控制芯片IC5的I号引脚接RS485通讯模块中芯片IC5的3号引脚，控制芯片IC5的6号引脚接RS485通讯模块中芯片IC5的2号引脚，控制芯片IC5的12号引脚接检测与接ロ模块中接ロ JO的4号引脚，控制芯片IC5的13号引脚接检测与接ロ模块中接ロ JO的2号引脚，控制芯片IC5的14号引脚接外部光源模块中分压电阻R3的一端；控制芯片IC5的15号引脚接报警与操作模块中电阻R20的一端；控制芯片IC5的16号引脚接地；控制芯片IC5的17号引脚、18号引脚、19号引脚分别接报警与操作模块中分压电阻R19的一端,分压电阻R18的一端以及分压电阻R17的一端；控制芯片IC5的20号引脚和21号引脚均连接检测与接ロ模块中接ロ JO的7号引脚；控制芯片IC5的22号引脚接外部光源模块中限流电阻R18和限流电阻R19的一端；控制芯片IC5的23号引脚至30号引脚分别接显示模块中分压电阻R21的一端，分压电阻R22的一端，分压电阻R23的一端，分压电阻R24的一端，分压电阻R25的一端，分压电阻R26的一端，分压电阻R27的一端和分压电阻R28的一端，所述的控制芯片IC4型号为STC12C54 ； RS485通讯模块包括RJ45接ロ J2，RS485通讯芯片IC5，第十三分压电阻R13，第十四分压电阻R14,第十五上拉电阻R15,第十六下拉电阻R16,第十八滤波电容C18,第一瞬态电压抑制ニ极管TVSl，第二瞬态电压抑制ニ极管TVS2和第三瞬态电压抑制ニ极管TVS3 ； RJ45接ロ J2的I号脚和8号脚接5V的工作电源，RJ45接ロ J2的2号脚和7号脚接地，RJ45接ロ J2的3号脚和4号脚接第十三分压电阻R13的一端以及第十六下拉电阻R16的一端，RJ45接ロ J2的5号脚和6号脚接第十四分压电阻R14的一端以及第十五上拉电阻R15的一端；RS485通讯芯片IC5的I号引脚接控制模块中分压电阻Rll的一端，RS485通讯芯片IC5的4号引脚接控制模块中分压电阻R12的一端，RS485通讯芯片IC5的2号脚接控制芯片IC4的6号引脚，RS485通讯芯片IC5的3号脚接控制芯片IC4的I号引脚；RS485通讯芯片IC5的5号引脚，第十六下拉电阻R16的另外一端以及第十八滤波电容C18的一端接地，RS485通讯芯片IC5的6号引脚接第十四分压电阻R14的另外一端，RS485通讯芯片IC5的7号引脚接第十三分压电阻R13的另外一端，第十五上拉电阻R15的另外ー端以及RS485通讯芯片IC5的8号引脚接5V的工作电源以及第十八滤波电容C18的另外一端；第一瞬态电压抑制ニ极管TVSl的阳极，第二瞬态电压抑制ニ极管TVS2的阳极和第三瞬态电压抑制ニ极管TVS3阳极均接地，第一瞬态电压抑制ニ极管TVSl的阴极接RJ45接ロJ2的3号脚和4号脚，第二瞬态电压抑制ニ极管TVS2的阴极接RJ45接ロ J2的5号脚和6号脚，第三瞬态电压抑制ニ极管TVS3的阴极接5V工作电源，所述的RS485通讯芯片IC5型号为 SN75176 ； 信号检测与接ロ模块包括第一接ロ J0，第十九滤波电容C19，光电传感芯片IC0，第Hi^—分压电阻R31，第三十二分压电阻R32，第三十三分压电阻R33，第二十三滤波电容C23，第二十四滤波电容C24，第二十五滤波电容C25 ； 光电传感芯片ICO的2号引脚接第三十二分压电阻R32的一端，第三十二分压电阻R32的另外一端接地；光电传感芯片ICO的3号引脚接第三十一分压电阻R31的一端；第三十一分压电阻R31的另外一端、光电传感芯片ICO的4号引脚和7号引脚、第二十四滤波电容C24的一端以及第二十五滤波电容C25的一端均接3. 3V工作电源；第二十四滤波电容C24的另外一端以及第二十五滤波电容C25的另外一端均接地；光电传感芯片ICO的5号引脚接第二十三滤波电容C23的一端，第二十三滤波电容C23的另外一端接地；光电传感芯片ICO的6号引脚和9号引脚接地；光电传感芯片ICO的8号引脚接接ロ JO的7号脚,光电传感芯片ICO的10号引脚接第三十三分压电阻R33的一端，第三十三分压电阻R33的另外一端接地；光电传感芯片ICO的11号引脚接接ロ JO的2号脚，光电传感芯片ICO的12号引脚接接ロ JO的4号脚；第一接ロ JO的I号脚和5号脚接3. 3V电源，第一接ロ JO的3号脚、6号脚和8号脚接地，第一接ロ JO的2号脚接控制芯片IC4的13号引脚，第一接ロ JO的4号脚接控制芯片IC4的12号引脚；第一接ロ JO的7号脚接控制芯片IC4的20号引脚、21号引脚以及第十九滤波电容C19的一端；第十九滤波电容C19的另外一端接地，所述的光电传感芯片ICO型号为P358PLCC ； 外部光源模块包括第三分压电阻R3，第四分压电阻R4，第五分压电阻R5，第九滤波电容C9，第十滤波电容C10，第十一滤波电容C11，运算放大器芯片IC2，第六分压电阻R6，第七分压电阻R7，第十二滤波电容C12，第一晶体三极管Ql(9013)，第六发光二极管LED0，第八限流电阻R8和第九限流电阻R9 ； 集成运算放大器IC2的5号引脚和6号引脚接地，第三分压电阻R3的一端接控制芯片IC4的14号引脚，第三分压电阻R3的另外一端接第九滤波电容C9的一端以及第四分压电阻的R4 —端，第九滤波电容C9的另外一端接地；第四分压电阻R4的另外一端接第十滤波 电容ClO的一端以及第五分压电阻R5的一端,第十滤波电容ClO的另外一端接地；第五分压电阻R5的另外一端接第十一滤波电容Cll的一端以及集成运算放大器IC2的3号引脚，第十一滤波电容Cll的另外一端接地；集成运算放大器IC2的4号引脚接地，IC2的8号引脚接5V的工作电源；IC2的2号引脚接第七分压电阻R7的一端以及第十二滤波电容C12的一端；第七分压电阻R7的另外一端和第十二滤波电容C12的另外一端接第六发光二极管LEDO的阳极和第一晶体三极管Ql的发射极；集成运算放大器IC2的I号引脚接第六分压电阻R6的一端,第六分压电阻R6的另外一端接第一晶体三极管Ql的基极，第一晶体三极管Ql的集电极接5V工作电源；第六发光二极管LEDO的阴极接第八限流电阻R8的一端、第九限流电阻R9的一端以及控制芯片IC4的22号引脚，第八限流电阻R8的另外一端和第九限流电阻R9的另外一端接地，所述的运算放大器芯片IC2型号为LM2904 ； 报警显示与操作模块包括第二十分压电阻R20，第一按钮KEYl第二十九上拉电阻R29，第三十下拉电阻R30，第十七分压电阻R17，第十八分压电阻R18，第十九分压电阻R19，第三发光二极管LED3，第四发光二极管LED4，第五发光二极管LED5，七段数码管DSl，第二十一分压电阻R21，第二十二分压电阻R22，第二十三分压电阻R23，第二十四分压电阻R24，第二十五分压电阻R25，第二十六分压电阻R26，第二十七分压电阻R27和第二十八分压电阻R28 ； 第二十分压电阻R20的一端接控制芯片IC4的15号引脚，第二十分压电阻R20的另外一端接第一按钮KEYl的一端以及第三十下拉电阻R30的一端，第一按钮KEYl的另外一端接第二十九上拉电阻R29的一端，第二十九上拉电阻R29的另外一端接3. 3V工作电源，第三十下拉电阻R30的另外一端接地；第十七分压电阻R17的一端接控制芯片IC4的19号引脚，另外一端接第三发光二极管LED3的阳极，第十八分压电阻R18的一端接控制芯片IC4的18号引脚，另外一端接第四发光二极管LED4的阳极，第十九分压电阻R19的一端接控制芯片IC4的17号引脚，另外 一端接第五发光二极管LED5的阳极；第三发光ニ极管LED3，第四发光二极管LED4，第五发光二极管LED5的阴极均接地；第二十一分压电阻R21的一端，第二十二分压电阻R22的一端，第二十三分压电阻R23的一端，第二十四分压电阻R24的一端，第二十五分压电阻R25的一端，第二十六分压电阻R26的一端，第二十七分压电阻R27的一端和第二十八分压电阻R28的一端分别接控制芯片IC4的23至30号引脚；第二十一分压电阻R21的另外一端接七段数码管DSl的I号脚，第二十二分压电阻R22的另外一端接七段数码管DSl的10号脚，第二十三分压电阻R23的另外一端接七段数码管DSl的8号脚，第二十四分压电阻R24的另外一端接七段数码管DSl的5号脚，第二十五分压电阻R25的另外一端接七段数码管DSl的4号脚，第二十六分压电阻R26的另外一端接七段数码管DSl的2号脚，第二十七分压电阻R27的另外一端接七段数码管DSl的3号脚，第二十八分压电阻R28的另外一端接七段数码管DSl的6号脚；七段数码管DSl的7号脚、七段数码管DSl的9号脚接3. 3V工作电源，所述的七段数码管DSl型号为CPS03211。
全文摘要
本发明涉及一种自适应光电式电子清纱器。本发明包括电源管理模块、控制模块、RS485通讯模块、信号检测与接口模块、外部光源模块、报警显示与操作模块。控制模块给出驱动外部光源模块所需要的电压值，控制模块将光电传感器采集处理得到的最高模拟电压值经内部A/D模块转换成数字量，该值与系统设定的光亮值进行比较处理，来判断当前的光亮值是否符合预期的设定值，并根据此依据适当的调整输出的PWM方波的占空比，以调整光源模块的电压值。本发明进一步提高了采集准确度，同时芯片外围的报警显示电路给操作人员更加直观的信息。
文档编号D01H13/32GK102677237SQ20121019004
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者孔亚广, 薛安克, 贾孔昊, 赵晓东, 邹洪波 申请人:杭州电子科技大学