电子科学与技术专业毕业设计

0前言

随着电子电器工业的发展，线圈的需求量越来越大、品种也越来越多，从大型的电力变压器、牵引电机绕组到充电用的微型线圈、节能灯具用线圈，以及各类电子设备都使用线圈。绕线机是用来绕制线圈的设备。在使用的各种绕线机中，有最早的手工绕线，现在大都用机械式的绕线机。机械式绕线机精度较差，线圈需逐匝检验，工作效率较低，劳动强度高，尤其是机械式绕线机由于没有采用自动控制技术，线滚子由于惯性超越运行，散线易划去表面绝缘层，影响产品质量。现在国内绕线机已有了全自动、多功能、自动化产品。从线圈生产的上线、排线、馈线、到线圈绕制下线等，都实现了过程自动化。从绕线机的控制形式上看，从单一的开环控制发展到使用直流伺服系统和交流伺服系统的闭环控制，已经形成了由单轴绕制线圈到多轴同时绕制多个线圈的系列产品。但这些先进的绕线机产品价格很高，对中小型电机制造企业的绕线使用来说，功能有比较大的冗余，价格太高，一旦出现故障自己难以维修，所以针对某中小型电机制造厂使用机械式绕线机的缺点，根据实际生产的要求，研制成本低、功能满足使用要求、简单易学、操作方便的数控绕线机。

在我国已生产和使用了多年，改革开放以来，我国元器件厂也引进了许多国外的绕线机。常见的有平行绕线机、环行绕线机及各种特种绕线机等。在绕制细微漆包线时，这些机器都会遇到共同的问题，如无法达到整齐排线，绕线张力无法控制等，特别是绕制0．1mm 以下的一些音圈、传感器机芯等线圈时，问题尤为突出。针对这种情况，我们研制了这种适用于细微漆包线的绕线机，很好地解决了这个问题，用它绕制的磁电式测振传感器机芯线圈，张力稳定，线圈直流电阻一致性好，排线整齐，外观达到了“镜面”效果变压器、线圈以及其他绕组是电器设备常用的部件，这些部件一般由绕线设备绕制而成。绕线骨架有效长度、绕线线径以及绕线圈数是影响部件电气性能的3个主要技术参数，同时，也是评价绕线设备绕线质量的重要功能指标。由于单片微机的出现和其在实时控制系统应用方面表现出的优异功能，使现代绕线机越来越多地采用单片机作为其控制电路的核心，通过适当设计可以克服上述问题，并能实现人--机对话。本文提出了一种采用AVR单片微机为核心的智能绕线机控制电路。由微机控制的绕线机通常由四部分组成：电源、微机控制电路、定位伺服放大系统和机头。其电源部分由主电源和数控电源组成，以向电机、控制电路和伺服放大系统等提供电能；定位伺服放大系统可采用脉宽调制控制伺服放大器。通过改变直流伺服电动机电枢上的电压控制电动机转

速，改变脉冲个数控制电机转过的角度，从而实现准确定位和较大范围调速；本文利用步进电机变细分驱动排线机构、直流电机调速驱动绕头，以单片机作为控制微机开发了新型自动绕线机。该机能在有效长度不同的绕线骨架上，对不同线径的绕线实现定圈数高质量绕排，具有结构简单，变通性强，性能价格比较高等优点。

绕制绕组的设备一般都装有计数器，常用的计数器有机械式和电子式计数器。准确快速地计数对保证产品质量和提高工作效率非常重要。在绕组绕制过程中，当绕组匝数达到规定值停机时，由于绕线机转动惯量很大，因而绕线机不会立刻停止转动，即使是采取提前停机的措施也很难正好绕到绕组规定的匝数，还需要进行正转或反转的调整。为此设计了一种绕线机自动计数控制器，能进行绕线机自动起、停控制和正、反转计数。该计数控制器在测试中取得了满意的效果。

该装置运用了先进的新型MCU 和显示驱动专用芯片，使其计数、显示、控制一气呵成，形成了集成度高、运行可靠、操作安全的智能化控制系统。这种简捷、清晰、精锐的系统结构不但可用于绕线机的控制装置，也可改造并使其它机械设备的智能化程度得到提高。

1 系统概述

1.1 系统功能要求

1）用户能够输入产品的参数信息。

2）采用PWM 控制，无极变速，慢速启动

3）自动排线，换向灵敏，到匝自动停车

4）绕制线圈最大外径： 120mm

5）绕制线圈最大长度： 180mm

6）绕制线圈最小长度： 3mm

7）绕制线圈线径范围： 0.03～0.5mm

8）计数器范围： 0～99999圈

9）主轴转速： 80～2500转/分钟

10）断线时停车报警

11）液晶屏显示参数

12）能够保存30个产品参数信息

1.2 系统组成

经过分析系统功能的要求，可以将各部分功能分别由硬件完成，或硬件与软件共同完成。得出系统的框图如图1.1。

MCU 键盘

红外传感器液晶显示器电源步进电机驱动直流电机驱动

步进电机直流电机

图1.1 系统组成

在硬件设计时需考虑上面所述的1），2），10），11）点。硬件部分应该包含：主轴电机控制电路，排线电机控制电路，圈数计数电路，排线到位检测电路，键盘输入电路，显示电路，电源电路。此外，硬件电路设计时要考虑数字与模拟间的抗干扰问题，采取有效的抗干扰措施。

在软件设计时需考虑上面所述的1）～12）各点。软件部分应该实现：键盘按键的捕捉识别，主轴电机的控制，排线电机的控制，数据的显示，参数的存取，圈数计数，断线报警。

2 系统设计方案的比较

2.1控制器的方案论证与选择

方案一：采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。

方案二：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。但是当凌阳单片机在语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得处理其它任务的速度和能力降低。

方案三：采用Atmel公司的ATmaga16L单片机作为主控制器。ATmaga16是一个低功耗，高性能的8位单片机，片内含16k空间的可反复擦些100,000次的Flash只读存储器，具有1Kbytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个8位可编程定时计数器，1个16位可编程定时计数器，四通道PWM，内置8路10 位ADC。且maga系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。

从各个角度考虑，方案三的可行性高。

2.2直流电机驱动电路的方案论证与选择

方案一：使用模拟电路，通过电位器调节电机两端电压进行调速。如图2.1，达林顿管串联在直流电机回路上，通过调节电位器改变电机回路的电流的大小，从而达到控制电机速度的目的。此方案的优点在，电路简单，通过一个电位器就可以达到调节电机速度的目的，但它也存在明显的不足，三极管工作在放大区时在电机回路上将产生一个0.7～24V的压降，会产生很多的热量，效率很低。

方案二：利用PWM控制电机调速。PWM控制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM控制技术[1]的理论基础是：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM对半导体器件的导通和关断进行控制，是输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也改变输出频率。