基于LPC1769的特種纖維強密度檢測系統設計

申曉達，胡 鋼，謝劍鋒

(1.河海大學計算機與信息學院(常州)，常州 213022;2.常州市傳感網與環境感知重點實驗室，常州 213022)

1 引言

自動化技術在工業領域的快速發展，使用自動化檢測與控制設備來取代高強度、高密度的人力操作成為一種趨勢。此文設計的特種纖維強密度檢測系統主要運用于對特殊纖維密度的檢測，實現對纖維密度數據的實時檢測。如今具有某種特殊性質并在某些特殊環境下使用的高性能高技術的特種纖維及其制品由于其杰出的物理化學特性越來越受到重視，且隨著中國環保政策的推進以及市場的需求，在許多行業有著廣闊的應用前景。在大多數應用中，如何有效便捷地對纖維密度進行檢測，是很多學者所共同研究探討的問題。目前常用的纖維密度檢測儀大多采用基于DSP的數據處理系統，這種系統所需的芯片數量少，且設計簡潔，但由于在多通道數據轉換的情況下DSP 訪問各個轉換芯片是分時進行的，大量的訪問時間被用于DSP與各芯片進行數據交換，而用于數據處理計算的時間僅占少量，影響了數據采集的實時性［1］，而如果采用基于LPC1769微處理器為核心的數據處理系統，功能穩定，可以快速完成特定算法，更能滿足系統的精度和實時性要求。

2 纖維檢測基本原理及系統整體結構

特種纖維密度檢測系統在特定溫度下采用光電法對不同的特種纖維進行密度檢測。原理是在一定的光路下，介質對光的吸收量和它的密度成比例。據此，特定光源對介質發送一束光，經不同介質吸收后，光電傳感器接收到的光強度不一樣，從而產生不同的電信號，由此密度檢測問題就變成電信號強度檢測問題，根據檢測到的不同強度電信號，可以測量不同特種纖維的密度，圖1為測量電路。發射管發射出特定光源后，穿過檢測的特種纖維，接收管接收到的光強發生變化，產生大小不同的電信號，經運算放大器放大后傳送至LPC1769進行信號處理。由于檢測到的電信號強度差別微小且不同的特種纖維穿透力不同，所以在測量穿透性能較好的特種纖維時用紅外光的微型光電傳感器檢測，當測量穿透性能不佳的特種纖維時，用紫外光微型光電傳感器，這樣有利于提高檢測精度。其次由于特種纖維在不同溫度下的密度也可能發生變化，因此必須要用到溫度傳感器測量實時溫度。

圖1 纖維測量電路

系統的整體結構主要由兩部分組成，數據采集部分和數據處理部分，兩部分分別制版，這樣有利于數據的精確采集和處理。數據采集部分采集3路數據，分別是微型光電傳感器數據，紫外光敏傳感器數據和溫度傳感器數據。數據經A/D轉換放大后送入到數據處理部分的微處理器進行處理，通過顯示屏顯示輸出。

3 系統硬件設計

特種纖維強密度檢測系統的硬件設計是以NXP公司的LPC1769作為控制核心，該處理器是基于Cortex－M3為內核的32位處理器，有豐富的外圍模塊，適合于多種應用領域。本系統的外圍模塊包括光電數據采集，電機驅動，紫外光敏數據采集，液晶顯示，電源模塊等。系統的硬件設計框圖如圖2所示。

圖2 系統硬件設計框圖

整個系統可以分為兩部分:模擬量輸入部分和高速信號處理部分。模擬量輸入部分主要任務是完成模擬量信號的實時采樣。微型光電傳感器EESX1042采用光電法對纖維密度數據進行測量，將采集到的模擬信息通過運算放大后在LPC1769內完成特定的數字信號處理算法。系統提供8通道12位的模擬量輸入通道，采樣電路完成數據采集后，LPC1769讀取采樣結果并進行數據處理。

特種纖維密度和溫度有著密切的關系，測量數據的有效性建立在特定溫度下。系統溫度采集采用9位精度的DS18B20數字溫度計，其測量范圍從－55℃～+125℃，可在短時間內把溫度變換成數字。步進電機控制特種纖維移動，使微型光電傳感器對纖維密度數據進行不同角度測量，驅動步進電機采用的驅動芯片是A3967SLB。一個A3967SLB即可驅動一臺步進電機，可實現8細分驅動。芯片內部有PWM電流控制電路，把加在分頻器上的電壓設置為慢，快，混合三種電流衰減模式，其次A3967SLB還有完善的保護電路，包括抑制瞬態電壓，過熱保護，防止電流直通，欠電壓自鎖等功能［2］。此外該芯片和微處理器之間不需要附加其他接口電路，采用Easy Stepper接口，減少了步長和方向控制線，只要簡單地輸入控制步進電機的脈沖，其內部的轉換器就可以實現對步進電機的控制。

LPC1769的電源部分需要五種電壓源對其供電，分別是:

(1)內核和外部通路所需的3.3V電源(3V3);

(2)內部穩壓器所需的3.3V電源(3V3);

(3)模擬部分所需的3.3V電源;

(4)模擬轉換器ADC所需的參考電源VREFP;

(5)實時時鐘RTC所需的3.3V電源VBAT;

在本設計中采用LM2594穩壓器轉換器電路作為電源模塊實現對直流電壓的轉換，圖3是LM2594將5V直流電壓轉換成3.3V的穩壓轉換電路，經過RC濾波及肖特基二極管的穩壓之后，LM2594能精確穩定輸出所需要的3.3V電壓。

圖3 LM2594穩壓轉換電路

液晶顯示采用2.8寸彩色TFT觸摸屏，該觸摸屏支持16位總線接口，超高亮度鏡面屏，模擬IO控制，模塊上配置有ADS7843觸摸控制器，支持漢字，圖片和數據的存儲。

4 系統軟件設計

本設計是以嵌入式Linux為基礎的，應用Linux進行應用軟件開發，不但可以提高數據采集的可靠性，而且對實時性要求苛刻的事件也能快速處理，提高了系統的整體性能和抗干擾能力。纖維密度檢測程序流程圖如圖4所示。

圖4 纖維密度檢測流程圖

系統軟件部分的主要任務包括:Linux的移植和模塊應用程序設計。Linux內核版本要在LPC1769處理器上成功運行必須經過裁剪，移植和編譯，制作的根文件系統不僅保留了Linux工作穩定的特點，而且可通過Ramdisk方式正常加載到內核。模塊應用程序設計主要是目標及底層驅動程序和系統的I/O功能設計編程，啟動部分用匯編語言，其他程序都采用C語言編寫。

5 結 束 語

針對特種纖維密度的問題，設計了以LPC1768微處理器為心，運用微光電法對密度進行實時檢測的系統。這種方法與傳統的纖維密度檢測方法相比，具有精確度高，操作方便快捷，成本低等優點，同時通過軟件升級，該系統也適用于紡織品等一些透光物質密度的檢測。

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