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++;
}
}
}
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