[发明专利]一种嵌入式张力控制器

摘要

本发明涉及一种嵌入式张力控制器，其特征在于该控制器包括编码器、MCGS触摸屏、ARM cortex‑M3微处理器、模拟输入模块、USB模块、232模块、DA模块、运算放大器、电源模块和脉冲输入模块，所述ARM cortex‑M3微处理器、模拟输入模块、USB模块、232模块、DA模块、运算放大器、WIFI模块、电源模块和脉冲输入模块集成在一块电路板上；所述ARM cortex‑M3微处理器的输出端通过USART分别与WIFI模块、USB模块和232模块连接，所述232模块通过RS232与MCGS触摸屏连接，ARM cortex‑M3微处理器与MCGS触摸屏通过Modbus协议进行通讯，ARM cortex‑M3微处理器与WIFI模块通过USART协议通讯，所述WIFI模块与外部智能设备连接；所述USB模块通过USB数据线与外部计算机连接，且与外部计算机通过Modbus协议进行通讯；ARM cortex‑M3微处理器通过I2C总线与DA模块连接。 1

主权项

1.一种嵌入式张力控制器，其特征在于该控制器包括编码器、MCGS触摸屏、ARM cortex‑M3微处理器、模拟输入模块、USB模块、232模块、DA模块、运算放大器、WIFI模块、电源模块和脉冲输入模块，所述ARM cortex‑M3微处理器、模拟输入模块、USB模块、232模块、DA模块、运算放大器、电源模块、WIFI模块和脉冲输入模块集成在一块电路板上；所述ARM cortex‑M3微处理器的输出端通过USART分别与WIFI模块、USB模块和232模块连接，所述232模块通过RS232与MCGS触摸屏连接，ARM cortex‑M3微处理器与MCGS触摸屏通过Modbus协议进行通讯，ARM cortex‑M3微处理器与WIFI模块通过USART协议通讯，所述WIFI模块与外部智能设备连接，同时WIFI模块连接云端服务器；所述USB模块通过USB数据线与外部计算机连接，且与外部计算机通过Modbus协议进行通讯；ARM cortex‑M3微处理器通过I²C总线与DA模块连接，所述DA模块与运算放大器连接，运算放大器通过伺服放大器模拟输入接口与伺服放大器的模拟量输入端口连接；所述电源模块与外部24V直流电源连接，将24V电源转换为12V、5V和3.3V电压，为控制器供电；所述编码器安装在收卷和放卷的主轴之间，且与张力控制对象滑动接触，编码器通过脉冲输入模块与ARM cortex‑M3微处理器的输入端连接；所述模拟输入模块的输出端与ARM cortex‑M3微处理器的输入端连接，模拟输入模块的输入端与伺服放大器反馈接口连接，伺服放大器反馈接口与伺服放大器的反馈信息端口连接；所述伺服放大器与放卷和收卷的主轴上的伺服电机连接。

2.根据权利要求1所述的嵌入式张力控制器，其特征在于所述MCGS触摸屏的人机界面中包括主控窗口、设备状态、张力曲线和线速曲线；其中主控窗口内用来设定张力与线速度的值，并且能实时查看张力与线速度的值；设备状态界面中能对收放卷的参数进行设定，具体参数有，转速、转矩、卷径、线速度、张力；张力曲线与线速曲线界面用于显示张力与线速度的实时曲线。

3.根据权利要求1所述的嵌入式张力控制器，其特征在于所述ARM cortex‑M3微处理器为HT32F1656芯片。

4.根据权利要求1所述的嵌入式张力控制器，其特征在于该控制器的工作流程为：

1)开启电源，首先匹配ARM cortex‑M3微处理器硬件资源，包括对内部时钟、中断、I/O、ADC、USART的配置以及对Modbus协议通讯进行配置；

2)根据编码器信号以及上一周期卷径，ARM cortex‑M3微处理器会计算得到当前周期的卷径大小，根据卷径大小计算得出控制对象的张力与线速度；

3)将float型数据转换为Modbus认可的数据格式，然后进行CRC‑Modbus校验码生产，并将伺服电机的转矩、卷径、张力、电机转速、线速度写入到Modbus中，延迟200ms，用于匹配MCGS触摸屏的通讯速度，根据Modbus协议，进行通讯及数据交换，自动读取Modbus中的数值，获得MCGS触摸屏上设定的当前需求的张力和线速度，根据张力和线速度控制需求，结合当前卷径，计算得到实际的速度、转矩的值与速度限制和转矩限制的值；

4)对步骤3)得到的速度、转矩的值与速度限制和转矩限制的值做进一步修正，设置打滑系数，ARM cortex‑M3微处理器自动进行打滑修正调整，然后进入下步超限检测；

5)ARM cortex‑M3微处理器进行超限检测，即自动检查伺服电机的速度、转矩、速度限制和转矩限制是否超过了伺服电机的额定值，如果超出，则使用伺服电机额定值，若没有超出，则进入下步模拟转数字；

6)经步骤5)超限检测后得到伺服放大器需要的电压，通过DA模块和运算放大器将模拟电压值转换为数字值，通过写I²C，控制DA模块输出，通过运算放大器放大，控制伺服放大器，进而实现控制伺服电机的转矩、转速、转矩限制和速度限制；返回步骤2)。