基于LabVIEW和C8051F350的紡絲張力監控系統

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

0 引言
絲線張力是紡紗、假捻等加工過程中影響產品質量與加工效率的一個重要參數。其中，絲線張力波動越大，產品質量越差，并將影響后序加工產品的外觀及舒適性。因此需對生產過程中絲線張力加以監測、控制，以減小絲線張力的波動。目前，國內對絲線張力的監測大多還停留在隨機抽檢階段，監測準確性不高，效率較低；國外的一些監測設備可實現絲線張力實時監測，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控系統。

1 系統總體運行機制
基于LabVIEW和C8051F350單片機的紡絲在線張力監控系統采用國產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控系統。
圖1是系統總體結構圖，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理電路處理。
(2)信號調理完畢后，輸入控制器，經單片機處理輸出信號完成閉環控制，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，完成參數設置，張力在線監控顯示。其中，顯示內容包括設定張力值、實測張力值、張力控制器運行狀態(手動、自動及參數設置狀態)等。

2 系統硬件設計
2．1 處理器選擇
根據張力控制原理，本文采用稱重法實現張力檢測與控制。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。本文依據上述需要選擇C8051F350 MPU為嵌入式處理器，其內部含有一個全差分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的可編程計數陣列(PCA)脈寬調制(PWM)功能，具有16位轉換精度，且便于光電隔離。硬件實現參數包括SPI，SMBus／IIC和1個UART串行接口，8 KB可在系統編程的FLASH存儲器，768 B(512+256)的片內RAM，片內看門狗定時器，1個比較器，以及VDD監視器和溫度傳感器，17個I／O端口，-40～+85℃工業級溫度范圍，2．7～3．6 V工作電壓。