概述

人造毛皮后整理聯合燙剪機中剪毛刀架的定位調節，原是人工用按鈕控制異步電動機正、反轉，通過機械減速器（齒輪裝置）后帶動剪毛刀架蝸桿，使剪毛刀架做上、下運動至要求的位置。操作煩瑣，需反復測量、調整，很難恰好到位，誤差大。為此，我們用AT89C51單片機構成剪毛高度控制器，對剪毛刀架高度進行自動控制。

使用該控制器，只需由觸摸開關設定工藝要求的剪毛高度（毫米數），控制器則發出相應的控制信號使剪毛刀架達到希望的高度，并可由工藝人員設置相對的機械零位。對運行狀態和參數設置進行數碼顯示，相應地還有剪毛刀架高度減少及增大指示，控制趨勢一目了然。

一．硬件設計

根據用戶要求，為不增加成本，驅動電動機仍保持原異步電動機，原機械減速器及剪毛刀架蝸桿等均不改變。這也便于老產品改造。

系統硬件框圖如圖1所示。

（1）單片機控制系統

采用ATMEL公司的AT89C51作為控制器，其性價比高。片內含4KB閃速可編程/擦除只讀存儲器，128字節RAM，32個I/O線，2個16位定時器/計數器，5個兩級中斷源結構，滿足系統要求。

（2）掉電保護

如脈沖狀態數累計值、當前的狀態等輸入參數是需要掉電保護的，本系統中采用Xicor公司生產的X24C45。它是串行256位NVRAM，按16×16組織，包括一個256位的SRAM和一個256位的EEPROM，并且RAM和EEPROM陣列位對位重疊，上電時數據可自動從EEPROM調到SRAM中。X24C45還具有自動存儲特性，即系統正常工作時，數據放在SRAM中，掉電時數據自動保存到EEPROM中。本系統中X24C45、X5045與AT89C51的接口如圖２所示。

（3）參數設定及看門狗電路

刀架相對于機械零位的高度、產品類型等參數可由用戶設定，采用串行EEPROM X5045存放用戶參數。它是美國Xicor公司的產品，將三種功能：看門狗定時器、EEPROM和電壓監控組合在單個芯片之內。X5045是高電平復位信號輸出，正好滿足本系統中CPU（AT89C51）復位信號的要求；管腳數僅與一片MAX706或X24C04管腳數相同，簡化了電路設計，降低了控制器成本。其與AT89C51接口如圖2所示。

（4）觸摸開關

三位觸摸開關為狀態、增加、減小開關。組合用于選擇產品類型（對于不同的蝸桿，如有的產品類型為：蝸桿轉過20轉，剪毛刀架升或降1mm；有的產品類型為：蝸桿轉過40轉，剪毛刀架升或降1mm；等等）；用于設置要求的刀架高度，其范圍為0～99mm；用于將當前的刀架高度確定為工作刀架高度的機械零位；用于啟動工作。

（5）數碼顯示

數碼顯示在控制器運行狀態時，動態顯示實際的剪毛刀架高度；在控制器參數設置狀態時，顯示用戶設置的刀架高度給定值、產品類型等參數，以便用戶設置、修改參數。

通過測量刀架蝸桿轉過的角度來間接測量剪毛刀架高度（如一種典型產品類型為：蝸桿轉過20轉，剪毛刀架升或降1mm）。在刀架蝸桿上安裝一半圓凸輪，同時相對垂直地安裝一對霍耳傳感器a、b。當凸輪金屬部分接近霍耳傳感器時，傳感器輸出為“1”；當凸輪金屬部分遠離傳感器時，其輸出為“0”。由于a、b正交，所以不僅可測量蝸桿轉過的轉數，還可以判斷電動機目前是正轉還是反轉。刀架蝸桿逆時針轉一圈，凸輪與a、b霍耳傳感器相對位置、ab輸出邏輯表、波形如圖3所示；順時針時情況如圖4所示。a、b霍耳傳感器輸出通過光電耦合器送至單片機。

二．軟件設計

由前圖3、圖4可見逆時針時，a、b邏輯表順序為3，2，0，1，。..，順時針時順序為3，1，0，2，。..。因此在存儲器中，設置一表格。將本次讀入的a、b狀態及上次讀入的a、b狀態與表格相比較，即可判斷出當前電動機的轉向；從波形圖還可以看出，a、b狀態改變一次對應蝸桿轉過90°（即1/4周），由此及產品類型號即可換算出脈沖狀態數與剪毛刀架實際高度之間的比例系數。

因為驅動電機為異步電動機，所以在控制中設置了一誤差帶，避免系統產生振蕩。實際調試，當實際狀態數與給定狀態數之差為4時最佳。運行證明，完全滿足用戶要求。刀架高度上、下變動40次，積累誤差小于0.5mm。

系統主要運行程序框圖如圖5所示。

三．結語

該控制器結構簡單，成本低，抗干擾能力強，可靠性高，尤其可方便地用于老產品改造，有一定的推廣價值。

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