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 　　關(guān)鍵詞：數(shù)字測速儀；單片機；紙機；PID調(diào)節(jié)器；系統(tǒng)軟件隨著隨著計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)的發(fā)展，采用智能化數(shù)字測速儀安裝在紙機上之后，改進了原先紙機的參數(shù)測試系統(tǒng)，達到了省工、省時、提高精度的目的?！?新系統(tǒng)硬件工作原理隨著控制紙機電機運行系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)以8031為核心，擴展2716(2K)程序存儲器，用于存放程序。數(shù)字測速儀測量電機的轉(zhuǎn)速，作為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反饋量。轉(zhuǎn)速控制采用了帶有轉(zhuǎn)速單閉環(huán)的直流電動機系統(tǒng)?？刂齐娐分饕ㄞD(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速反饋、PID調(diào)節(jié)器和晶閘管脈沖觸發(fā)電路。圖1 系統(tǒng)原理框圖隨著單片機在控制電路中主要完成的功能如圖1中虛線框所示，即轉(zhuǎn)速的給定與轉(zhuǎn)速的反饋二者間形成偏差后，作PID運算，結(jié)果從P0口輸出，并經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器DAC 0832轉(zhuǎn)換，從而提供晶閘管脈沖觸發(fā)電路的控制信號。4位數(shù)碼管用于實時顯示紙機的轉(zhuǎn)速(m/min)，為了簡化硬件電路，采用了串行口RXD和TXD的移位寄存器方式，即靜態(tài)顯示，以接口數(shù)碼管。系統(tǒng)還設(shè)有聲光報警電路和停車電路。將測量采集的轉(zhuǎn)速信號與上、下限轉(zhuǎn)速報警設(shè)定值進行比較，若出現(xiàn)異常時P1.0輸出報警信號，進行聲光雙重報警。P1.1為停車輸出口，輸出信號送到繼電器，由它控制是否停車。完成這些功能的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。圖2 硬件結(jié)構(gòu)原理圖1.1 紙機轉(zhuǎn)速的設(shè)定隨著在調(diào)速過程中，要求轉(zhuǎn)速能夠圓滑地調(diào)節(jié)。為此，系統(tǒng)采用了用模擬電壓設(shè)定轉(zhuǎn)速大小的方法。利用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果從P0口讀入單片機內(nèi)，作為轉(zhuǎn)速設(shè)定值。1.2 紙機轉(zhuǎn)速的檢測隨著紙機轉(zhuǎn)速的檢測由數(shù)字測速儀完成。數(shù)字測速儀主要包括速度傳感器和整形電路等。速度傳感器由霍耳傳感器H(型號UGN3120)和條形磁鐵構(gòu)成，可將轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變換為與之對應(yīng)的一組電脈沖，送入8031單片機的INT1腳。測量紙機電機轉(zhuǎn)速時，將條形磁鐵粘在電機軸的一端，磁鐵隨電機軸一同旋轉(zhuǎn)，霍耳傳感器H放在條形磁鐵垂直方向，即可測量出電機軸的轉(zhuǎn)速。具體電路詳見圖3所示。圖3 速度檢測電路1.3 調(diào)速操作與保護隨著紙機啟動前已把紙張安裝在機器上，因此，要求啟動從零平穩(wěn)地達到給定紙機速度，不能出現(xiàn)階躍信號給定的速度打擊。在運行過程中，調(diào)節(jié)過紙速度的上升或下降亦要求平穩(wěn)地完成，不能出現(xiàn)轉(zhuǎn)速突變。否則，將出現(xiàn)斷紙。是否出現(xiàn)斷紙現(xiàn)象的檢測來自光電信號，此信號經(jīng)靜態(tài)口線P3.2(INT0)引入單片機內(nèi)。為了區(qū)別是過紙出現(xiàn)空洞還是確實出現(xiàn)斷紙現(xiàn)象，單片機根據(jù)無紙信號出現(xiàn)的長短加以判斷。系統(tǒng)設(shè)置為：當(dāng)無紙信號持續(xù)1s后消失，說明無斷紙現(xiàn)象，則系統(tǒng)仍然正常運行；如超過此時間后，無紙信號依然存在，則判斷為出現(xiàn)了斷紙現(xiàn)象，單片機立即停機?！?新控制算法2.1 轉(zhuǎn)速反饋的求取隨著紙機的轉(zhuǎn)速反饋信號來自數(shù)字測速儀。設(shè)在單片機系統(tǒng)中產(chǎn)生了一固定頻率的計量信號，其周期為TC，兩反饋脈沖間的間距為D，當(dāng)紙機運行時，在兩反饋脈沖間計量到n個測量信號，則紙機的線速度為V=D/nTc隨著獲取兩反饋脈沖間計量信號的個數(shù)，可由外部中斷INT1和定時器T0的聯(lián)合使用實現(xiàn)。2.2 單片機PID調(diào)節(jié)器隨著單片機在獲得了轉(zhuǎn)速的給定值和反饋值以后，就要形成轉(zhuǎn)速的偏差，并且利用調(diào)節(jié)器算法所得到輸出值去控制晶閘管—直流電動機系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對整個直流傳動系統(tǒng)的閉環(huán)控制。傳動系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于調(diào)節(jié)器的形式和參數(shù)，對于本轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器采用比例—積分(PI)的形式。比例項用來放大轉(zhuǎn)速偏差，積分項可使偏差消除，也就是使系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的輸出值與給定值在靜態(tài)保持一致。單片機要構(gòu)成比例—積分調(diào)節(jié)器，只能采用離散差分式算法。即轉(zhuǎn)速偏差e可正可負：轉(zhuǎn)速超調(diào)時為負，否則為正。系統(tǒng)實際運行中對轉(zhuǎn)速最高速和最低速有一定限制，為此，程序中設(shè)置了U(k)的最大和最小限幅值。為了使啟動和調(diào)速過程中的速度變化平穩(wěn)，單片機可采用給定積分的形式，也就是啟動時，從零開始，每延時一段時間后便增加一定量，一直達到給定的過紙速度為止。調(diào)速時，速度的增加或降低都采用不斷延時，不斷緩慢加減的方式。　3新系統(tǒng)軟件隨著系統(tǒng)軟件采用模塊式程序結(jié)構(gòu)，主要包括主程序、A/D和D/A轉(zhuǎn)換子程序、啟動和調(diào)速子程序、中斷服務(wù)子程序、運算子程序、顯示子程序和報警程序等。3.1 主程序隨著系統(tǒng)開機或復(fù)位后，開始執(zhí)行主程序，首先完成對斷中入口、8031的T0、INT0和INT1的初始化操作，并設(shè)置各種判斷標(biāo)志和轉(zhuǎn)速的報警限初值，清數(shù)據(jù)區(qū)。然后轉(zhuǎn)入對轉(zhuǎn)速進行檢測，調(diào)用運算子程序進行分析處理并顯示轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。主程序流程圖如圖4所示。圖4 主程序流程圖3.2 啟動和調(diào)速子程序隨著采用給定積分形式的啟動和調(diào)速子程序。首先將給定線速度值(BCD碼)和實際輸出線速度值讀入RAM單元中，再比較二者大?。喝羟罢叽笥诤笳撸瑒t進行加速操作；否則，就減速操作。再進行BCD碼調(diào)整和延時后，最后返回主程序。啟動和調(diào)速子程序流程圖如圖5所示。限于篇幅，其它程序流程圖這里從略。根據(jù)生產(chǎn)的各種不同需要，可按照轉(zhuǎn)速和測速傳感器電脈沖的比例關(guān)系，設(shè)計信號采集和數(shù)據(jù)處理程序并固化于EPROM中。系統(tǒng)在軟件上還考慮了數(shù)據(jù)的采集和處理的可靠性和抗干擾性，如在數(shù)據(jù)采集時采用了數(shù)字濾波，設(shè)計了故障診斷程序，對系統(tǒng)內(nèi)部故障以及外部測量值越限及時報警?！?新結(jié)束語隨著應(yīng)用單片機和數(shù)字測速儀構(gòu)成紙機轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，可對生產(chǎn)過程中的轉(zhuǎn)速以在線的方式進行數(shù)據(jù)采集、處理和顯示，如有必要，還可通過擴展芯片，設(shè)置打印功能。此外，加上上位機，通過通訊可構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)檢測速度快、精度高，抗干擾能力強，操作靈活方便，較好地滿足了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。圖5 啟動和調(diào)速子程序流程圖　參考文獻［1］陳光東.單片微型計算機原理與接口技術(shù)（第2版）.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999.4［2］曾慧玲.單片機在轉(zhuǎn)速巡測系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子技術(shù)，1998，(7)