基于ARM的自动捋管机控制系统设计

28

EIC

Vol．19

2012

No．1

欢迎光临本刊网站http ：//www．eic．com．cn

doi ：10．3969/j．issn．1671-1041．2012．01．009

基于ARM 的自动捋管机控制系统设计

李

峰

（天津工业大学电气工程与自动化学院，天津300387）

摘要：本文设计并实现了基于ARM Cortex-M 3内核的LPC 1768芯片为控制器的自动捋管机控制系统，详细叙述了纱管的监测原理。本系统主要由硬件系统和软件系统两部分，可实现对有纱管准确地检测和剔除，以及对纱管颜色的判断和分类。关键词：LPC 1768；纱管；捋管机；彩色传感器中图分类号：TS 103．7

文献标志码：A

The design proposal of automatic bobbin sorting machine

LI Feng

（School of Electrical Engineering and Automation ，Tianjin Polytechnic University ，Tianjin 300387，China ）

Abstract ：In this article we have designed and realized hardware and software design proposal of automatic bobbin sorting ma-chine ，

whose controller is based on LPC 1768chip-based on ARM Cortex-M 3core．Accurate judgement of the bobbin ’s colors ，elimination of bobbins containing yarns ，and automatic control of bobbin sorting system can be achieved．Key words ：LPC 1768；bobbin ；bobbin sorting machine ；color sensors

0引言

随着现代工业生产向高速化和自动化方向发展，

在纺纱厂中，从络筒机出来的纱管中有一部分带纱线，为将这些带有纱线的纱管分拣出来并将空纱管进行分拣装箱，便于日后纱管的重新利用。为适应纺织

行业自动化［1］

生产的需要，自动捋管机应运而生。

1自动捋管机控制系统总体设计

自动捋管机是应用于纺织行业，能将络筒机中下来

的纱管自动剔除和分拣的装置，要求对流过的纱管进行实时监测和控制，检测纱管有没有纱，对有纱的纱管进行踢除，没纱的空管进行分拣装箱。本系统的主要功能

是完成对从络筒机出来的纱管的颜色辨识，

完成对纱管的剔除和分拣控制。本系统的总体设计图如图1所示

。

图1系统的总体设计结构框图

1．1纱管的检测部分1．1．1纱管的检测原理

纱管的检测是根据颜色的三原色原理，通过颜色

传感器检测到纱管的R 、

G 、B 的值，在ARM 中通过算法，判断出纱管是否有纱线，如果有纱线，就给电磁阀发出信号，在气缸的作用下，把纱管踢出，没有纱线就让纱管随传送带一起移动，最后用纱管箱回收。自动

捋管机检测和控制的关键是纱管颜色的检测，为此主要介绍下TCS230［2］

颜色检测的基本原理。

1）三原色的感应原理

通常所看到的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面的白光（日光）中的一部分有色成

分，

而反射出的另一部分有色光在人眼中的反应。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是

说白光中包含着各种颜色的色光（如红R 、黄Y 、绿G 、青V 、蓝B 、紫P ）。根据德国物理学家赫姆霍兹（Helinholtz ）的三原色理论可知，各种颜色是由不同

比例的三原色（红、绿、蓝）混合而成的。

2）TCS230识别颜色的原理由三原色感应原理可知，如果知道构成各种颜色

的三原色的值，

就能够知道所测试物体的颜色。对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其他原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同时，选择其他的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。

□科研设计成果□

仪器仪表用户

欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息

EIC

Vol．19

2012

No．1

29

3）白平衡和颜色识别

在颜色检测系统中，白平衡是不可缺少的。白平衡用来对颜色检测系统进行白平衡补偿。当系统运行前，先ARM 系统检测自学习六个纱管，记录下纱管的当前的RGB 输入值被存储到EEPROM 存储器中，作为白平衡校正值。当系统上电时，系统将从EEPROM 存储器中读取该校正值，并用来校正RGB 原始数据，直到六个纱管检测完毕后，新的校正值被修改为止。1．1．2纱管的检测方法

自动捋管机的首要目的是检测纱管有没有带纱，这就要采用辨别颜色的传感器，通过传感器采集到的信号传递给ARM 控制器，目前的颜色传感器通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、蓝滤波片，然后对输出信号进行相应的处理，才能将颜色信号识别出来；有的将两者集合起来，但是输出模拟

信号，需要一个A /D 电路进行采集［3］，对该信号进一步处理，才能进行识别，增加了电路的复杂性，并且存在较大的识别误差，影响了识别的效果。我们选用的颜色传感器TCS230，不仅能够实现颜色的识别与检测，与以前的颜色传感器相比，还具有许多优良的新特性。1．2有纱纱管踢出部分

要将有纱线的纱管踢出出来，就要需用一种踢出装置，为此我们选用结构和控制比较简单的气缸来踢

出有纱纱管，当检测到有纱的纱管后，

ARM 控制器发出控制信号作用于电磁阀，通过控制电磁阀作用于气缸将有纱纱管踢出。

1．3空管排头和两维运动台设计部分

纱管的整理装置是自动捋管机机械装置的核心，当纱管掉落在它上面时，纱管粗端被两个加班卡住不能通过，而细端由于直径小则可以通过，从而使每个掉落其上的纱管变成粗端在上细端在下的状态，这样纱管顺序就变得统一起来。

对无纱纱管的收集，捋管机和纱管箱有一定的高度，当纱管从捋管机上掉下来后，会导致排列不均匀，横七竖八的情况，为避免这种情况减少人力的消耗，尽可能实现自动化，为此我们设计了收集纱管的两维运动台，纱管每落下一个，移动一个纱管直径的距离，纱管箱每布满一层，纱管箱下降一个纱管直径的距离，使纱管的下落高度总是保持在一个固定的高度。

2

自动捋管机控制系统的硬件设计

2．1

控制器模块

LPC1700系列［4］Cortex-M3微控制器具有3级流

水线和哈佛结构，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的稍微低性能的第三条总线，内置高达512KB 的Flash 存储器和64KB 的数据存储器，工作

频率可达100MHz 。另外，还包含以太网MAC 、

USB 主机/从机/OTG 接口、

8通道的通用DMA 控制器、4个UART 、

2条CAN 通道、2个SSP 控制器、SPI 接口、3个I2C 接口、2－输入和2－输出的I2S 接口、8通道

的12位ADC 、

10位DAC 、电机控制PWM 、正交编码器接口、4个通用定时器、6－输出的通用PWM 、带独

立电池供电的超低功耗RTC 和多达70个的通用I /O 管脚等，片上资源十分丰富。2．2纱线检测模块

本设计采用的是TAOS 公司推出的彩色传感器TCS230，把可配置的硅光电二极管与电流频率转换

器集成在一个单一的CMOS 电路上，

同时在单一芯片上集成了红绿蓝（RGB ）三种滤光器，输出数字信号，通过将信号传输给控制器模块，分辨出纱管的颜色并

产生控制信号

［5］［6］

，对纱管进行分类和剔除。1）TCS230颜色传感器的最佳检测距离是10mm ，但是，从络筒机出来的带纱线的纱管中，纱线的厚度最大可达12mm ；纱管的最大外径与最小外径相差8mm ，因此对于捋管机，颜色传感器的检测距离至少要达

到16mm 。通过实际试验发现，

在传感器的光源外围加一个外罩，即把颜色传感器的补偿光源汇聚，可以增加

传感器的检测距离。因此，

我们在传感器的光源外围加了一个高度为9mm 的外罩，使TCS230颜色传感器的实际检测距离达到25mm 。通过试验检验，该改进方法满

足我们的检测要求，

具体应用如图2所示

。图2颜色传感器的应用

2）TCS230在使用过程中，受外界光线（主要是

太阳光）强弱的影响很大，

这样对纱线的检测会造成很大的干扰。为了避免外界光线的影响，采用长270mm 、宽45mm 、高90mm 的黑箱把两个传感器罩起

来。试验验证，

TCS230颜色传感器在这种环境下使用，几乎不受外界光线的影响，这样就增强了TCS230颜色传感器的通用性，具体应用如图3所示

。

图3黑箱罩颜色传感器的应用

仪器仪表用户

□科研设计成果□