一种嵌入式张力控制器制造技术

本发明专利技术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。

Embedded tension controller

The invention relates to an embedded tension controller, which is characterized in that the controller comprises an encoder, MCGS touch screen, ARM cortex M3 microprocessor, analog input module, USB module, 232 module, DA module, operational amplifier, power supply module and pulse input module, the ARM cortex M3 microprocessor, analog input module, the 232 module, USB module, DA module, operational amplifier, WIFI module, power supply module and pulse input module integrated in a circuit board; the output of the ARM cortex M3 terminal of the microprocessor is connected with the WIFI module, USB module and 232 module through the USART, the 232 modules are connected by RS232 and touch screen MCGS, ARM cortex M3 microprocessor and MCGS touch screen to communicate through the Modbus protocol, ARM cortex M3 microprocessor and WIFI module by USART protocol, the WI The FI module is connected to the external intelligent equipment; the USB module is connected with an external computer through the USB data line, and communicate with external computer through Modbus protocol; ARM cortex M3 microprocessor is connected with the DA module through the I2C bus.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及张力控制相关实验装置
，具体涉及一种嵌入式张力控制器。
技术介绍
张力控制器被用于对长条材料的张力进行控制的设备，广泛应用于锂电池极片制造业，造纸业等行业。现有的张力控制器采用可控制编程器(PLC)进行控制，成本较高，并且需要专业人员进行操作维护。因此需要专利技术一款具有安全、开发性好、可实现远程控制、易于操作维护、人机界面良好的张力控制器。申请号为201220189685.5的中国专利公开了一种嵌入式张力控制器，其控制器以欧姆龙PLC为核心，通过接近开关反馈的放卷机构的转速信号计算布卷的转动角速度、并结合伺服电机运行线速度、实时测量布卷半径。接近开关反馈的信号误差系数大，致使精度低，且没有涉及人机交互功能，工作人员操作难度大。申请号为201620255289.6的中国专利公开了一种基于自动验布机的恒张力控制系统，其控制系统核心为PLC，能够实时地根据布卷惯量的变化而调节放卷制动力的大小，从而使布面张力恒定。结构较复杂，成本较高。该控制系统根据接近开关判断电机转速，以此确定卷径的大小，但是分辨率较低，并且利用齿轮传动，长时间使用会发生齿轮磨损，使精度降低。在《基于ARM多功能张力控制器的实现》中提到的张力控制器是以STM32F103ZET6芯片为核心，进行模块化设计，成本较高，但该系统中的人机装置为LED显示屏，不能实现真正意义的人机交互；并且本系统未对远程控制方向进行研究。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术要解决的实际技术问题是，提供一种嵌入式张力控制器。该控制器利用Modbus协议将ARMcortex-M3微处理器与MCGS触摸屏进行通讯，利用MCGS触摸屏对控制器进行监测与控制，实现人机交互，本专利技术所要控制的对象的放卷与收卷的主轴分别由相应的伺服电机同轴控制，通过控制编码器的反馈信息，对收卷与放卷的转速进行控制，从而实现对控制对象张力大小的控制。同时本专利技术控制器带有WIFI模块，可将控制过程中的速度与扭矩的值，实时上传至服务器，以供远程客户端查看及对控制器进行控制。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：提供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、ARMcortex-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ARMcortex-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ARMcortex-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，ARMcortex-M3微处理器与MCGS触摸屏通过Modbus协议进行通讯，ARMcortex-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；ARMcortex-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ARMcortex-M3微处理器的输入端连接；所述模拟输入模块的输出端与ARMcortex-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。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术嵌入式张力控制器对通讯模块进行优化，可以通过Modbus协议与MCGS触摸屏进行通讯，并且还可以通过USART协议与WIFI模块相通讯,可实现良好的人机交互与远程监控的效果；利用MCGS触摸屏可以根据实际情况所需对收卷与放卷的速度与转矩进行调节，以此到达最佳张力输出状态；利用WIFI通讯，将本系统的重要参数上传至服务器，远程的客户端可以读取与控制服务器中的数值，以此达到远程控制控制器的效应，这样既可以节约人力成本，更能调高张力控制器的智能水平，满足人们的人性化管理理念。本专利技术嵌入式张力控制器采用无传感器控制形式，仅通过伺服放大器对两个伺服电机进行控制，实现收卷与放卷的速度、转矩调节，通过编码器反馈的数值对卷径进行判断，利用PID算法调节转速与转矩，达到恒张力输出的效果，相对于利用齿轮传动，传感器输出控制来说，成本大大降低，不会因机械磨损造成精度降低，并且编码器的分辨率相对于接地开关精度更高，因此对收、放卷的转速反馈值更加精确，以此能够实现精确的转速与转矩的输出，实现张力的准确控制。附图说明图1为本专利技术嵌入式张力控制器的结构框图；图2为本专利技术嵌入式张力控制器的MCGS触摸屏的人机界面示意图。图中，1.编码器、2.MCGS触摸屏、3.ARMcortex-M3微处理器、4.模拟输入模块、5.USB模块、6.232模块、7.DA模块、8.运算放大器、9.电源模块、10.脉冲输入模块、11.24V直流电源、12.智能设备、13.计算机、14.伺服放大器模拟输入接口、15.伺服放大器反馈接口、16.WIFI模块。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。本专利技术嵌入式张力控制器(简称控制器，参见图1-2)包括编码器1、MCGS触摸屏2、ARMcortex-M3微处理器3、模拟输入模块4、USB模块5、232模块6、DA模块7、运算放大器8、WIFI模块16、电源模块9和脉冲输入模块10，所述ARMcortex-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ARMcortex-M3微处理器的输出端通过USART(通用同步/异步串行接收/发送器)分别与WIFI模块16、USB模块和232模块连接，所述232模块通过RS232(异步传输标准接口)与MCGS触摸屏连接，ARMcortex-M3微处理器与MCGS触摸屏通过Modbus协议进行通讯，ARMcortex-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12连接；所述USB模块通过USB数据线与外部计算机13连接，且与外部计算机通过Modbus协议进行通讯；ARMcortex-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，运算放大器将0-5V的电压转化为0-10V电压，并通过伺服放大器模拟输入接口14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11连接，将24V电源转换为12V、5V和3.3V电压，根据各模块需求为各模块供电；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ARMcortex-M3微处理器的输入端连接，脉冲输入模块用来将编码器采集的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；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。...

【技术特征摘要】
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、ARMcortex-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ARMcortex-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ARMcortex-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，ARMcortex-M3微处理器与MCGS触摸屏通过Modbus协议进行通讯，ARMcortex-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；ARMcortex-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ARMcortex-M3微处理器的输入端连接；所述模拟输入模块的输出端与ARMcortex-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...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖艳军，袁成浩，赵汉城，陈朝朋，许云鑫，牛利超，胡晓丹，任雯，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12