变压器的智能绕线功能系统资料正文Word格式.docx

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绕线骨架有效长度、绕线线径以及绕线圈数是影响部件电气性能的3个主要技术参数，同时，也是评价绕线设备绕线质量的重要功能指标。

由于单片微机的出现和其在实时控制系统应用方面表现出的优异功能，使现代绕线机越来越多地采用单片机作为其控制电路的核心，通过适当设计可以克服上述问题，并能实现人--机对话。

本文提出了一种采用AVR单片微机为核心的智能绕线机控制电路。

由微机控制的绕线机通常由四部分组成：

电源、微机控制电路、定位伺服放大系统和机头。

其电源部分由主电源和数控电源组成，以向电机、控制电路和伺服放大系统等提供电能；

定位伺服放大系统可采用脉宽调制控制伺服放大器。

通过改变直流伺服电动机电枢上的电压控制电动机转速，改变脉冲个数控制电机转过的角度，从而实现准确定位和较大范围调速；

本文利用步进电机变细分驱动排线机构、直流电机调速驱动绕头，以单片机作为控制微机开发了新型自动绕线机。

该机能在有效长度不同的绕线骨架上，对不同线径的绕线实现定圈数高质量绕排，具有结构简单，变通性强，性能价格比较高等优点。

绕制绕组的设备一般都装有计数器，常用的计数器有机械式和电子式计数器。

准确快速地计数对保证产品质量和提高工作效率非常重要。

在绕组绕制过程中，当绕组匝数达到规定值停机时，由于绕线机转动惯量很大，因而绕线机不会立刻停止转动，即使是采取提前停机的措施也很难正好绕到绕组规定的匝数，还需要进行正转或反转的调整。

为此设计了一种绕线机自动计数控制器，能进行绕线机自动起、停控制和正、反转计数。

该计数控制器在测试中取得了满意的效果。

该装置运用了先进的新型MCU和显示驱动专用芯片，使其计数、显示、控制一气呵成，形成了集成度高、运行可靠、操作安全的智能化控制系统。

这种简捷、清晰、精锐的系统结构不但可用于绕线机的控制装置，也可改造并使其它机械设备的智能化程度得到提高。

1系统概述

1.1系统功能要求

1）用户能够输入产品的参数信息。

2）采用PWM控制，无极变速，慢速启动

3）自动排线，换向灵敏，到匝自动停车

4）绕制线圈最大外径：

120mm

5）绕制线圈最大长度：

180mm

6）绕制线圈最小长度：

3mm

7）绕制线圈线径范围：

0.03～0.5mm

8）计数器范围：

0～99999圈

9）主轴转速：

80～2500转/分钟

10）断线时停车报警

11）液晶屏显示参数

12）能够保存30个产品参数信息

1.2系统组成

经过分析系统功能的要求，可以将各部分功能分别由硬件完成，或硬件与软件共同完成。

得出系统的框图如图1.1。

图1.1系统组成

在硬件设计时需考虑上面所述的1），2），10），11）点。

硬件部分应该包含：

主轴电机控制电路，排线电机控制电路，圈数计数电路，排线到位检测电路，键盘输入电路，显示电路，电源电路。

此外，硬件电路设计时要考虑数字与模拟间的抗干扰问题，采取有效的抗干扰措施。

在软件设计时需考虑上面所述的1）～12）各点。

软件部分应该实现：

键盘按键的捕捉识别，主轴电机的控制，排线电机的控制，数据的显示，参数的存取，圈数计数，断线报警。

2系统设计方案的比较

2.1控制器的方案论证与选择

方案一：

采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。

CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。

采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。

但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。

且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。

方案二：

采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。

处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。

但是当凌阳单片机在语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得处理其它任务的速度和能力降低。

方案三：

采用Atmel公司的ATmaga16L单片机作为主控制器。

ATmaga16是一个低功耗，高性能的8位单片机，片内含16k空间的可反复擦些100,000次的Flash只读存储器，具有1Kbytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个8位可编程定时计数器，1个16位可编程定时计数器，四通道PWM，内置8路10位ADC。

且maga系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。

从各个角度考虑，方案三的可行性高。

2.2直流电机驱动电路的方案论证与选择

使用模拟电路，通过电位器调节电机两端电压进行调速。

如图2.1，达林顿管串联在直流电机回路上，通过调节电位器改变电机回路的电流的大小，从而达到控制电机速度的目的。

此方案的优点在，电路简单，通过一个电位器就可以达到调节电机速度的目的，但它也存在明显的不足，三极管工作在放大区时在电机回路上将产生一个0.7～24V的压降，会产生很多的热量，效率很低。

利用PWM控制电机调速。

PWM控制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

PWM控制技术[1]的理论基础是：

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

PWM对半导体器件的导通和关断进行控制，是输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也改变输出频率。

如图2.2所示，将方案一中的达林顿管换成场效应管。

从场效应管的栅极输入一PWM脉冲，通过调节PWM波的占空比来控制场效应管导通与截止的时间比，从而达到调整电机速度的效果。

由于场效应管工作在开关状态，且导通电阻很小，可达10毫欧，所以用此电路的效率很高，但必须有PWM波电路。

图2.1电机驱动方式1图2.2电机驱动方式2

比较方案一与方案二，方案二的优势显著，且ATmaga16L单片机集成了PWM波输出，可以通过软件来实现电机速度的调节，所以选择方案二。

2.3显示电路的方案论证与选择

采用数码管显示。

数码管显示的亮度高，显示效果鲜明，且价格低，软件编程简单，但数码管显示内容单一，只限于显示数字，显示的区域小，硬件连接麻烦。

如图2.3。

图2.3数码管显示的效果

采用液晶屏显示。

液晶屏显示的内容多，不仅可以显示数字，还可以显示汉字和字母，显示区域也比数码管的大。

可以通过编程实现菜单操作，用户操作起来很方便简单。

如图2.4。

图2.4液晶显示的效果

本系统要显示的数据较多，要存取的数据也多，用液晶显示可以设计成菜单结构，显示内容直观，操作方便，故选择方案二比较合适。

3系统硬件设计

3.1单片机电路

3.1.1AVR单片机内部结构

AVR单片机[2]内部资源非常丰富，集成了各种常用的外围设备，如图3.1所示，主要由以下部分组成：

●16K字节擦写寿命10000次的系统内可编程Flash

●具有独立锁定位的可选Boot代码区

●片上Boot程序实现系统内编程

●可同时读写操作的512字节擦写寿命100000次的EEPROM

●1K字节的片内SRAM

●可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密

●JTAG接口，标准的边界扫描功能支持扩展的片内调试功能

●通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程

●两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器

●一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器

●具有独立振荡器的实时计数器RTC

●四通道PWM

●8路10位ADC

●2个具有可编程增益（1x,10x,或200x）的差分通道

●面向字节的两线接口IIC

●两个可编程的串行USART

●可工作于主机/从机模式的SPI串行接口

●具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器TWI

●片内模拟比较器

●上电复位以及可编程的掉电检测BOD

●片内经过标定的RC振荡器

●片内/片外中断源

●6种睡眠模式:

空闲、ADC噪声抑制、省电、掉电、Standby模式

●32个可编程的I/O口

AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。

所有的寄存器都直接与算逻单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。

这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。

AVR的ATmega16有如下特点:

16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；

掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；

在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；

ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；

Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；

扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。

是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。

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