基于LabVIEW和C8051F350的纺丝张力监控系统

摘要：针对纺纱、假捻加工过程中丝线张力不稳定而影响产品质量的问题，对基于LabVIEW和C8051F350单片机的纺丝在线张力监控系统进行了研究。系统运用全新虚拟仪器开发平台LabVIEW作为上住机，结合嵌入式混合信号微处理芯片C8051F350单片机测量系统，对纺丝张力进行监控。实验表明，该监控系统可使张力的数据采集和处理变得更加简单、方便，可节省大量的人力、物力资源。
关键词：LabVIEW；C8051F350；张力传感器；数据采集

0 引言
丝线张力是纺纱、假捻等加工过程中影响产品质量与加工效率的一个重要参数。其中，丝线张力波动越大，产品质量越差，并将影响后序加工产品的外观及舒适性。因此需对生产过程中丝线张力加以监测、控制，以减小丝线张力的波动。目前，国内对丝线张力的监测大多还停留在随机抽检阶段，监测准确性不高，效率较低；国外的一些监测设备可实现丝线张力实时监测，但价格昂贵且技术保密。因此迫切需要自主研究设计一套丝线张力在线监控系统。

1 系统总体运行机制
基于LabVIEW和C8051F350单片机的纺丝在线张力监控系统采用国产自主研制的专用张力传感器，以嵌入式混合信号微处理芯片8051F350单片机为下位机，运用虚拟仪器图形化开发平台LabVIEW作为上位机，构建一个简单实用、精准可靠的纺丝张力监控系统。
图1是系统总体结构图，总体运行机制为：
(1)张力传感器获取纺纱、假捻等加工过程中丝线张力信号，输出信号进入信号调理电路处理。
(2)信号调理完毕后，输入控制器，经单片机处理输出信号完成闭环控制，信息通过串口传到上位机。
(3)上位机用功能强大的LabVIEW图形化编程实现，完成参数设置，张力在线监控显示。其中，显示内容包括设定张力值、实测张力值、张力控制器运行状态(手动、自动及参数设置状态)等。

2 系统硬件设计
2．1 处理器选择
根据张力控制原理，本文采用称重法实现张力检测与控制。它需二路传感器输入信号和一路恒流输出控制信号，并对其信号进行A／D，D／A转换。为此，该系统控制器需选用具有A／D和D／A功能的嵌入式混合信号微处理芯片，避免采用片外A／D和D／A转换器，从而简化线路，降低成本。本文依据上述需要选择C8051F350 MPU为嵌入式处理器，其内部含有一个全差分24位∑-△A／D、带模拟多路开关、2个8位电流输出DAC，具有在片校准和抽取滤波器及内部电压基准和8种增益设置等多项功能。其中，D／A利用C8051F350的可编程计数阵列(PCA)脉宽调制(PWM)功能，具有16位转换精度，且便于光电隔离。硬件实现参数包括SPI，SMBus／IIC和1个UART串行接口，8 KB可在系统编程的FLASH存储器，768 B(512+256)的片内RAM，片内看门狗定时器，1个比较器，以及VDD监视器和温度传感器，17个I／O端口，-40～+85℃工业级温度范围，2．7～3．6 V工作电压。