[发明专利]一种棉花圆模成型控制与状态采集方法

权利要求书

1.一种棉花圆模成型控制与状态采集系统，其特征在于，该系统包括信号检测单元(1)、信号调理单元(2)、中央控制器(3)、通信单元(4)、上位机控制台(5)、喂棉控制单元(6)、执行单元(7)、棉花输送控制单元(8)、棉模成型控制单元(9)、送膜与切膜控制单元(10)、出仓控制单元(11)；所述中央控制器(3)分别与喂棉控制单元(6)、棉花输送控制单元(8)、棉模成型控制单元(9)、送膜与切膜控制单元(10)、出仓控制单元(11)连接；所述上位机控制台(5)通过通信单元(4)与中央控制器(3)相连接；

所述棉花圆模成型控制的上位机控制台(5)是采用C#编写的软件窗口，所述中央控制器(3)是采用ARM-CORTEX系列STM32F407系列单片机；所述上位机控制台(5)用于接收输入的控制信息并传递至所述中央控制器(3)，以及接收所述中央控制器(3)处理结果并进行显示；

所述喂棉控制单元(6)包括喂棉电机(23)、喂棉电机驱动器(22)，所述喂棉控制单元(6)与中央控制器(3)连接；喂棉检测传感器(14)能够可靠完成棉量状态的采集，通过在上位机控制台(5)上改变喂棉电机的脉冲数，即可完成对棉花喂入速度的调节；

其脉冲数与喂入速度的关系式为：

其中，v为喂入速度，p为步进电机脉冲数，θ为步进电机步距角，t为步进电机转一圈所用时间；

所述棉花输送控制单元(8)包括光耦继电器模组(24)、调速器(26)、棉花输送电机(25)，当所述喂棉检测传感器(14)检测到棉花从喂入辊(35)喂入到输棉皮带(36)上时，中央控制器(3)发出信号到光耦继电器模组(24)，从而启动棉花输送电机(25)进行棉花输送；

进一步地，通过上位机控制台(5)可以调节调速器(26)的脉冲信号从而控制棉花输送电机(25)对棉花输送速度进行调节；

进一步地，中央控制器输出电压为5V，无法直接利用普通继电器进行驱动，因此采用5V转24V光耦继电器模组(24)，通过中央控制器(3)发出信号驱动光耦继电器模组(24)吸合完成棉花输送电机的启动与停止；

所述棉模成型控制单元(9)包括成型电机(28)、成型电机驱动器(27)，当来自信号检测单元(1)的棉模尺寸检测传感器(15)与棉模密度传感器(41)检测到棉模的尺寸与密度时，将模拟量由信号调理单元块(2)上的信号变送器(21)处理以后输入到中央控制器(3)，中央控制器(3)将信号通过A/D转换模块输入到上位机控制台(5)，通过上位机控制台(5)可以了解棉模成型时的密度与直径值，所述棉模尺寸检测传感器(15)为超声波测距传感器，所述棉模密度传感器(41)为拉力传感器，所述成型电机驱动器(27)与中央控制器(3)相连，成型电机(28)驱动执行机构(7)中的成型皮带张紧装置(37)与成型辊(38)完成成型；

所述信号检测单元(1)中棉模密度检测传感器(41)采用拉力检测传感器，喂棉检测传感器(14)采用NPN对射型光敏电阻；其中拉力检测传感器，NPN对射型光敏电阻将检测到的信号输入至信号调理单元(2)，由信号调理单元(2)进行处理后送入中央控制器(3)，上位机控制台(5)予以显示；

所述信号调理单元(2)包括调理模块(20)，信号变送器(21)；所述调理模块(20)采用LM2596SDC-DC可调降压模块，该模块将喂棉检测传感器(14)所测得电压值降压以后输送到中央控制器3，由于喂棉检测传感器(14)采用的是NPN对射型光敏电阻，当所述NPN对射型光敏电阻检测到信号时，由于输出的电压值过大，无法直接输入到中央控制器(3)；因此，通过信号调理单元(2)将电压值降至中央控制器(3)所能接受到的最大电压即3.3V，此时表明棉花喂入；当喂棉检测传感器(14)未检测到喂入信号时，信号调理单元(2)输入到中央控制器(3)的电压值为0V，表示棉花未喂入；

进一步地，所述信号变送器(21)采用DY510信号变送器，将棉模密度检测传感器(41)检测到的信号经过放大后，其电压值为0-3.3V，可供中央控制器(3)的ADC模块直接采集；其中，棉模密度与棉模密度检测传感器(41)所测电压之间的换算关系为：

其中，ρ为棉模密度，X_t为t时刻所测棉模密度传感器检测到的电压值，W为传感器量程，V_t为t时刻棉模体积，可由所述棉模尺寸检测传感器(15)检测到的直径值算出；

进一步地，成型皮带张紧装置(37)的运动情况是垂直上下移动，因此将成型皮带张紧装置(37)竖直移动的距离L与棉模直径D的增加值近似视为线性关系，棉模尺寸检测传感器(15)的电压变化U与成型皮带张紧装置(37)竖直移动的距离L关系为：

其中，成型皮带张紧装置(37)在成型过程中垂直移动的最大距离为Lmax，棉模尺寸检测传感器(15)安装位置与成型皮带张紧装置(37)之间的初始距离为L0，棉模直径为D，棉模最大直径为Dmax，从而可以得到所测棉模尺寸D与棉模尺寸检测传感器(15)的电压变化U之间的关系为：

进一步地，若需要调节棉模成型的密度，则通过调节所述成型电机(28)的转速；所述成型电机采用直流电机，通过控制占空比即可调节成型电机转速，其中占空比由中央控制器(3)的比较寄存器CCR的值决定。