微机布机监测系统大屏幕系统设计.docx

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微机布机监测系统大屏幕系统设计

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摘要

为了提高鞍山化纤毛纺织总厂的现代化管理，提高产品的生产效率，研究设计了一个微机布机监测系统。

本设计以W77E58为核心，用霍尔传感器对布机工作情况进行信号采集。

采集到的信号集中在数据采集板，数据采集板将采集到的布机数据通过串行通讯口传送给上位机，以供管理人员随时对布机的工作情况进行了解。

本系统能够检测某个机台、某个工作站及整个系统的工作情况，若有故障发生即刻发出声光报警，并采用了DS1230Y/AB作为掉电保护装置，防止突发性停电导致数据的丢失。

W77E58对下位机传输的数据处理后在大屏幕上每4秒显示一次台位产量，便于挡车工及时了解自己台位的当前生产情况，产量与计件工资挂钩调动了挡车工的生产积极性。

采用微机织机监测系统，准确及时的监测、采集和分析处理生产现场的各种数据并做出正确的决策，有益于企业管理的科学化。

关键词：

织布机，监测，W77E58，数据采集

Abstract

Forthesakeofthemodernizationoftheexaltationspinningindustryandtheproductionefficiencyoftheexaltationproduct.ThisdesigntakesW77E58asthenucleus,usesthesensor,transducerofHUOERtoworktotheloomthecircumstancecarryonsemaphore'scollect,thecollectedsemaphoreconcentratesonthedataacquisitionboard,andthedataacquisitionboardpassestheclothmachinedatathestringrowtelecommunicationorificeanddeliverstotheplaceofhonormachine,whichthemanagerdependsonatanytimetocarryontheunderstandingcircumstanceoftheclothmachine.Thissystemcanexaminetheworkcircumstanceofacertainmachineset,acertainworkstation,thewholesystem,oncethefaulthappens,thenitsendoutthesoundandlighttoreporttothepolicerightaway.AdoptedtheDS1230Y/ABtobeusedastogiveorgetanelectricshocktheprotectivedeviceandkeepabruptsexoutofcausingthedatathrowtolose.TheW77E58displayssetyieldevery4secondsonthebigscreenbehindtothebottomdataprocessingofthepositionmachinetransmission,andblockthecarworktounderstandthecurrentproductioncircumstanceofoneselfintimeeasily,theyieldandpiecewageslinkedtotransfertoblocktheproductionaggressiveofthecarwork.Adoptingthetinymachineknitsthemachinemonitorsystemcanaccurateintimeofmonitor,collectandanalyzetohandlevariousdataofproducethespottodoadecisionofexactitude.Finallythesystemwillbegoodforbusinessenterprisesmanagescientific.

Keywords:

Loom,monitor,W77E58,dataacquisition

目录

摘要I

AbstractII

Keywords:

Loom,monitor,W77E58,dataacquisitionII

1绪论1

1.1“后配额时代”与WTO1

1.2布机监测3

2系统的总体设计5

2.1工艺介绍5

2.2传感器6

2.2.1传感器的选择6

2.2.2传感器的安装6

2.2.3传感器的工作原理7

2.3CPU的选择7

2.4时钟芯片的选择8

2.5掉电保护芯片的选择10

2.6系统结构框图及工作原理11

2.8大屏幕板13

2.9键盘及显示13

3数据采集子程序14

3.1数据采集和处理14

3.1.1子程序设计15

4大屏幕显示18

4.1数码管显示技术18

4.1.1静态显示18

4.1.2动态显示方式19

4.2大屏幕显示驱动的选择19

4.2.1光电耦合器19

4.2.2ULN200320

结论22

致谢23

参考文献24

1绪论

1.1“后配额时代”与WTO

根据世贸组织《纺织品与服装协议》（ATC）规定的自由贸易回归的期限，2004年是实行纺织品服装配额管理的最后一年，从2005年1月1日开始取消纺织品服装配额。

取消配额后，意味着价廉物美的纺织品可以自由进入任何国家，国际纺织资源将得以更加有序地进行市场化配置，一个更加公平、自由的贸易竞争时代就要到来。

纺织界将目前的这段时间称为全球纺织服装业的“后配额时代”。

目前，纺织服装产品的配额仍然是制约中国纺织服装产品出口的主要因素，受限的纺织服装产品的数量占到了我国出口纺织服装产品总量的三分之一以上。

除日本等亚洲国家之外，我国主要的纺织服装出口国如美国、欧盟、加拿大、土耳其等均对我国产品进行配额限制；在发展中国家中，以墨西哥为代表的很少一部分国家也对我国纺织服装产品设限。

而从受限产品的范围来看，配额几乎涉及到了纱、布、服装等所有产品。

被国外评价为“纺织业巨人”的中国纺织业，在2005年之后，究竟是否会像外界评说的那样，一统天下，成为ATC取消后的最大赢家，还是将遭遇反倾销、技术壁垒等越来越激烈的贸易保护措施的“十面埋伏”？

我国加入WTO，对纺织行业产生了积极的影响。

首先是能够享受多边最惠国待遇。

其次，在发达国家日益严重的贸易保护面前，利用世贸组织解决贸易争端。

随着世界经济的发展，近几年内世界纺织品贸易年增长3%-5%。

我国已经是世界上最大的纺织品出口国，占有1/8左右的国际市场份额。

随着国际纺织品贸易的增长，即使仅保持这一份额，我国纺织品出口仍有较大的增长空间。

   纺织工业是我国重要产业之一，随着改革的不断深入和市场变化，商品经济的不断发展，大中型纺织行业面临着材料大幅度上涨，纺织工业长期积累的一些深层次问题和结构性矛盾仍然很突出。

技术装备水平不高，劳动生产率低，纺织品处于滞销的困境。

要想改变这些，就必须从降低成本，提高效率等方面入手。

实施科学的现代化管理，是行之有效的手段之一，将织布生产过程从依靠经验及人工计产、抽样测试的传统管理到全量、全过程的科学管理，是促进企业发展、降低成本的关键。

目前，属于80年代或70年代水平的棉纺设备仍有2/3。

发达国家的清梳联合机占有率为50%，我国仅占14%；发达国家的自动络筒机、无梭织机占有率均在90%以上，我国仅占32%、9.7%。

我国毛纺和印染行业仅有10%的设备达到国际先进水平。

在纺纱、织布、印染、制衣各环节，电脑过程控制系统和电脑辅助设计系统拥有率较低。

现代纺织技术向设备高速化、自动化、工序连续化方向发展，传统技术与新技术之间的差距越来越大[1]。

鞍山化纤毛纺织总厂于1994年投入使用了改进的微机布机监测系统。

该系统采用8031单片机作为下位机的主机，用数据采集板取代原系统的发信板，信号传输方式采用点对点的传输方式。

采用多电源分别对下位机主机板、数据采集板及传感器进行供电，并且每个机台传感器都加有短路保护措施，提高了系统的抗干扰性能。

该系统的主要特点是系统采用分布式结构车间内设有三个工作站负责布机数据采集及初步处理。

计算机房内设有一台中转机主要完成对下设三个工作站的通讯并将通讯取得的布机数据经处理后通过大屏幕按台位序号依次显示产量，便于一线职工及管理人员了解目前生产状况，并具有自动搬家功能及存储五个班次产量，同时对单片机和坑的故障进行声光报警，还可由通讯口与上位机通讯，经过处理后打印班次产量、停车时间、布机效率、低效率机台、故障机台等数据报表。

本系统在鞍山化纤毛纺织厂的微机布机监测系统的基础上进行改进。

由于CPU要把当前采集到的数据（即每台织布机的织布产量）通过大屏幕的显示，大屏幕与CPU之间应有一个数据通讯串行口，CPU把采集到的数据通过处理之后，还要把它送到上位机，它们之间也需要一个通讯串行口，这样CPU就需要两个串行通讯口进行数据的传送。

我们选取具有两个串行口的单片机W77E58，它有一个全双工串行口。

该串行口还为用户提供帧错误检测、自动地址识别等附加功能。

该串行口提供同步及异步通信方式。

在同步方式下串行口产生时钟并以半双工的方式工作，在异步模式下，能以全双工的方式工作，即同时可以收发数据。

发送、接收寄存器均用SBUF来访问，对SBUF的写是发送数据，从SBUF读是读取数据。

晶体振荡器的振荡频率不稳定，导致计算机内部的时钟计时不精确，此时采用实时时钟芯片DS12887。

自带晶体振荡器和电池，在没有外部电源的情况下也可以工作十年，可以计算到2100年前的秒、分、时、星期、日、月、年七种日历信息并带闰年的补偿。

当外部通电高于4.25V200ms后，芯片就可以被外部程序操作；当低于4.25V时，芯片就处于写保护状态，同时所有的输出呈高阻状态；当低于3V时，芯片将自动把供电方式切换为由内部电源供电。

这样，不管VCC输入的电平高低如何,实时时钟都能连续工作，同时所有的内存单元信息均不会丢失。

同时还应用了掉电保护系统，以防止突发性掉电，导致数据的丢失。

DS1230Y/AB内部配有锂电池，能够不断监视外部输入电路的电压，如果外部提供的电压低于限制电压时，锂电源自动接通，提供其工作电压。

只有管理的现代化，才有企业的现代化，科学的企业管理是促进企业提高经济效益的关键。

准确及时地监测、采集和分析处理生产现场的各种数据并做出正确的决策是科学管理的基础。

微机布机监测系统就是从以前人工计产、依靠经验、抽样测试来作出决策，向科学的管理方向发展，对企业实现现代化起到了很大的推动作用[2]。

1.2布机监测

随着商品经济的不断发展，大中型纺织行业面临着材料大幅度上涨，纺织品处于滞销的窘境，要想摆脱这中窘境，就必须从减低成本，提高效率等方面入手。

实施科学的现代化管理，是行之有效的手段之一，将织布生产过程从依靠经验及人工记产、抽样测试的传统管理到全量、全过程的科学管理，是促进企业发展、降低成本的有效手段。

在八十年代中期至九十年代初，省内外的纺织行业为了实现现代管理，对国产织布机进行检测，陆续加装了微机布机监测系统。

这些微机布机监测系统从总体接上来看主要有两种：

其一是集中式数据采集系统，其二是分布式数据采集系统。

但是，以上两种结构对资料的采集方式都是采用带有发信板的电平切割方式的处理方式。

并且采用Ｚ80单板机作为下位机，下位机与发信板供应一个稳压电源，发信板没有短路保护措施没，一旦发生短路，系统的故障影响面较大，抗烦扰性能不好。

另外，由于发信板的数量很多，日常的检修维修工作两很大。

由于以上多种原因，所以这些系统运行异端时间后，基本上都处于瘫痪状态。

例如，省内的锦州纺织厂、辽阳纺织厂、营口纺织厂、沈阳绒织厂、鞍山化纤毛纺织总厂。

省外的南京第一棉纺织厂在八十年代中期至九十年代初都曾经上过微机布机监测系统，但目前都处于瘫痪状态，不能使用。

国外目前的先进织机每台都有仪态小微机，可以当即显示产量情况。

所以没有假装监测系统的必要，而每台进口织机价格是国产织机价格的15倍。

在目前国力较贫乏的情况下，对国产织机实施微机检测是必要的，也是可行的，有着广泛的推广前景[4]。

在纺织企业中，织机车间（分厂）是成品部门，其特点是多机台（数千台）、多品种（同时投产几个品种），其产品产量、质量既与前工序纺纱、整经浆沙有关，又与本工序的维修、保养、挡车技术及生产管理、工种配合等有密切联系。

由于人工不可能及时统计每台织机的停车性质与停车次数、时间，车间管理者也就不能即使准确地获取生产资料，无法掌握生产进程。

计算机监测系统是动态反映每台织机生产状态资料的现代化测试手段，对于发现故障，及时维修，减少低效机台、提高车间织机整体效率，提高产品产量和质量都有实用意义。

此外，还能长期记录生产状况，为现代化管理建立准确的数据库。

总之，纺织厂采用微机布机监测系统，势在必行。

2系统的总体设计

2.1工艺介绍

本系统是基于鞍山化纤毛纺织厂西部的468台织布机进行设计的。

为了求出每台织布机的产量，在每台织布机的刺毛辊齿轮上都安装了一个圆盘，圆盘的转速与织布机的转速同步，每个圆盘上还均匀的安装了四个磁钢，在开关托上装了一个霍尔传感器，此霍尔传感器为布长传感器；利用挂脚还在开关托上安装了一个停车传感器，在开关臂的连块上安装了一个磁钢。

当织布机停车时，传感器与磁钢的距离在10mm以内，输出信号为低电平，如果输出低电平的时间为3-8秒，此时为晃车情况，如果输出低电平的时间大于8秒，则为正常停车；当织布机工作时，传感器的输出电平为高电平。

由软件编程可以对一段时间内停车次数计数，如果一定的时间之内停车次数太多，应对该织布机进行检查。

当圆盘转动时，正常情况下，传感器在距磁钢10mm以内，输出低电平的时间一般为3-8秒，其余时间输出高电平的时间为30-50秒（即一个布长脉冲）。

当停车信号输出为高电平正常，布长传感器输出的高电平时间为60-100秒，表示缺少一个磁钢，此时发出第三种声光报警信号；布长传感器输出的高电平时间小于30秒时，表示偷产量,发出第二种声光报警信号；布长传感器输出低电平的时间小于3秒时，发出第一种声光报警信号。

正常工作时，一个布长脉冲代表0.1米长的布，通过计数布长脉冲的个数，就可以计算出布长。

四台织布机组成一个坑，每台织布机分别有两个传感器，一个坑的8个传感器通过一个短路保护装置连接起来。

循环的进行每台织布机数据的采集。

采集到的数据直接就传输到微处理器进行处理、存储。

每台织布机都需要停车计时单元，2字节，布长信号高电平计时单元，2字节，布长信号低电平计时单元，2字节，布长计数单元，2字节。

所以16个坑连接在一个芯片上，对芯片进行地址防那为的划分，需要8个芯片。

通过主机板的I/O口与外部设备的连接，还配有键盘及显示和大屏幕。

键盘设有三个键：

功能选择键（键1）、加1或加10键（键2）、减1或减10键（键3）。

功能选择键通过按键的次数不同循环选择功能。

通过单片机的串行通讯口外接6位静态显示的大屏幕，三位用于显示台位，两位用与显示该布机的当前产量。

大屏幕数码管的一个段码由18个发光二极管串联组成（小数点除外），一个二极管的管压降为0.7V，则18个发光二极管正常工作时所需要的电压为0.7×18=12.6V则工作电压选用+24V。

CPU把数据采集板传送来的数据进行处理并存储，同时也通过串行通讯口把当前每台布机的产量依次传送给大屏幕。

大屏幕每4秒一次显示台位产量,如果按25个台位计算每个挡车工即可在100秒的周期内，依次看到自己的产量完成情况。

产量与计件工资挂钩调动了挡车工的生产热情。

2.2传感器

布机监测最基本的器件就是传感器,它用来采集布机的布长信号和停车信号。

信号源质量的好坏对系统的运行影响很大，因此，传感器种类的选择及其安装位置和安装技巧是个关键问题之一。

2.2.1传感器的选择

目前，国内可用于布机监测的传感器有两种类：

有触点类的干簧继电器和微动开关，无触点类的半导体接近开关和霍尔传感器。

我们所采用的霍尔传感器，它具有响应速度高、输出等幅信号无抖动、低功耗（7mA）、无接触、寿命长、无火花无自激等优点，很适用于数字化电路。

2.2.2传感器的安装

图2.1

传感器的安装在传感器安装位置的选择上，系统采取保证信号源的可靠性、满足系统要求和结构尽量简单的原则。

布长传感器装在开关托上，其磁钢用塑料圆盘固定在刺毛辊齿轮上，每个圆盘装有四个磁钢（如图2.1），由刺毛辊的转动发生产量信号。

其特点是误差小，每个班产量误差≤－0.3m，与软件配合，使得不易作弊偷布，维修方便，结构简单，总停传感器是利用挂脚固定在开关托上，其磁钢固定在开关臂连块上，由开关柄的移动发出信号。

2.2.3传感器的工作原理

图2.2

当外加磁场达到一定强度后，霍尔电势发生器产生微弱的霍尔电势经差分放大后送施密特触发器整形转换成与TTL电平兼容的数字信号，由集电极开路电路输出（其输出与电源之间必须加一负载电阻）本系统中采用平动工作方式把传感器作为位置传感器，其工作过程是：

布机因某种原因停机时，响应的机械部件产生位移，粘接在该部件的小磁钢跟随机械位移通过霍尔传感器工作面中心线，使传感器磁通量变大，从而触发传感器输出信号翻转，发出信号。

磁钢我们采用铁氧体磁钢，表面磁感强度达2000高斯左右，从而保证传感器在距磁钢10mm以内即能采集到信号，传感器采用+5V工作电压，常态取截止态。

由于各厂家要解决的问题不同，因此设置传感信号的种类、数量及安装位置也不尽相同。

根据普遍的实际情况，系统设置了布长、总停二个信号，避免了过多浪费又满足了当前生产的需要。

2.3CPU的选择

在CPU的选择上，我们选择了与8051类似的W77E58，为什么我们要选择W77E58而没有选择8051或者8052呢？

W77E58与8052在管脚及指令集上兼容。

它具有两个串行口，一个和大屏幕相连显示当前的台位产量，一个和上位机相连。

此外它还具有8052的资源如：

4个双向8位I/O口，3个16位定时器/计数器，全双工串行和若干中断源。

最关键的是W77E58中建有一个更加快速，性能更好的8位CPU，它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。

性能的提高不仅仅在于使用高频的振荡器，还在于W77E58将多数标准的8052指令的机器周期从12个时钟减少至4个时钟。

这样性能就提高了1.5-3倍。

另外W77E58还可调整MOVX指令的周期，范围为2个机器周期-9个机器周期。

这种设计使得W77E58能够更有效的访问慢速或快速外部RAM及外设。

W77E58内含1KB用MOVX指令访问的数据存储器，地址范围为0000H-03FFH。

它只能用MOVX指令来访问，可由软件来选择是否使用这个片上的SRAM。

W77E58是与8052兼容的，因此具有8052的特性；相比8052它的速度提高，耗电量减少。

他的指令集基本与8051相同；多了一条DECDPTR（操作码A5H,DPTR减1）指令。

8051每12个时钟周期为一个机器周期，而W77E58每4个时钟周期为一个机器周期。

这样提高了W77E58的指令执行速度。

因此与8052相比即使在时钟频率相同的情况下W77E58也可以以更高速度运行。

由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运行，在相同指令吞吐量的情况下，电源消耗也降低。

机器周期缩短至4个时钟周期，是W77E58速度提高的主要原因。

W77E58具有所有8052的特性，同时也具有一些新的外设及特性。

其具体内容会在附录里面详细的介绍[3]。

2.4时钟芯片的选择

图2.3

由于单片机内部的晶体振荡器的振荡频率不稳定，使得系统计时不精确，如不采用时钟芯片会导致产量的不准确，大屏幕显示时间的间隔也会不准确，等等一系列的问题

都会出现，所以主机板设有实时时钟电路，采用的芯片为DS12887。

其管脚结构图如图2.3。

它的特性有：

可作为IBMAT计算机的时钟和日历，与MC1468B和DS1287的管脚兼容。

在没有外电源的情况下可工作10年，自带晶体振荡器和电池。

可计算到2100年前的秒、分、时、星期、日期、月、年七种日历信息并带闰年补偿。

用二进制码或BCD码代表日历和闹钟信息，有12和24小时两种制式，12小时制式时有Am和PM提示，可选用夏令时模式；可以应用于Motorola和Intel两种总线，数据/地址总线复用。

内建128字节RAM，14字节时钟控制寄存器，114字节通用RAM。

三种可编程中断，时间性中断，可产生每秒直到每天一次中断，周期性中断122ms到500ms，时间更新结束中断。

其与CPU的连线连线如图2.4。

图2.4

2.5掉电保护芯片的选择

图2.5

采用的是DS1230Y/AB，DS1230256K非易失性静态随机存储器是262.144位,全静态非易失性，可作为32768字节8位使用的芯片。

每一个非易失性静态随机存诸器有一个已经配备的锂电能源和能够不断监视Vcc限制条件的控制电路。

当这种条件（停电）发生时，锂电能源会自动接通，写保护能自动无条件地控制数据以防止数据的损失。

双列式直插式封装DS1230器件能够代替现在的较流行且标准的28脚双列直插式32K×8静态数据存储器，DIP（双列式直插式封装）器件也已配备28256的电可擦除可编程只读存储器的引脚，允许直接代替并同时加强性能。

DS1230器件在低功能标准模块封装里，能够专为表面安装设计，在写周期的数量上没有限制，能被执行并没有额外支持电路去微处理器的接口。

其管脚结构图如图2.5。

它与CPU的连线如图2.6。

图2.6

2.6系统结构框图及工作原理

西部系统主要由数据采集板、下位机及上位机组成。

数据采集板主要功能是将传感器的信号经三态门送往下位机。

下位机的主要功能是完成数据采集及处理，并通过大屏幕按台位序号依次显示该台位产量。

并能定时搬家、存储五个班次产量，还具有掉电保护。

上位机传来的数据经处理后形成报表。

系统结构框图如图2.7

图2.7

2.7数据采集板的设计

数据采集板主要完成实时在线数据采集，每秒对布长信号采集一次。

468台织布机分别有两个信号，则一共有936个信号需要采集。

需要采集的布机参数有：

布长信号高电平的时间、布长信号低电平的时间、布机布长、停车信号的低电平的时间。

四台织布机组成一个坑，就有四个布长信号和四个停车信号，一个坑共用一个短路保护装置，则有936÷8=117个坑。

选用三态门作为数据的输入选择器，此处用的为74LS373，74LS373的锁存信号输入端为高电平时，Q0~Q7=D0~D7，可以直接传送数据，由于霍尔传感器为集电极开路方式，所以在信号入口处应加一个上拉电阻。

一片74LS373对应一个坑的布机信号，每块数据采集板安装16个74LS373，则需要8个数据采集板。

CPU总共为64K的存储空间，根据系统数据采集板所需要的存储空间，掉电保护系统已经用32K，则剩下的32 K供实时时钟电路和数据采集板用。

图2.7数据采集板