熨烫系统控制器的设计与实现
2009-03-06
作者：曹长江 张 琛 张 健
摘 要：介绍基于单片机的熨烫机自动控制系统，给出了系统的硬软件设计与实现，其中DMF50174显示模块和TL549串行A/D转换器使得系统具有较高的性价比。现场投运效果良好，产生了较好的经济效益和社会效益。
关键词： 熨烫系统 串行模数转换器 液晶显示
我国有12亿人口的服装消费市场，同时又是服装出口大国，随着近年来成衣市场的需求不断增加，小型的服装生产企业发展非常迅速，对小型熨烫系统的需求量越来越多。原有的小型熨烫机多为手动控制设备，对操作人员的操作经验要求较高，由于操作人员操作水平不一，常常出现产品质量问题，损坏率很高。为了满足用户需求，我们自行设计了熨烫控制系统。熨烫机采用AT89C51作为主控制器，采用DMF50174作为显示模块，可实现10个熨烫程序的存储及修改，可根据工序、面料的不同任意改变运行参数，并可以图形的方式显示熨烫程序的参数设置情况。系统还配有温度控制系统，采用TLC549串行A/D转换器和线性温度传感器实现温度的采集和控制，系统可按熨烫程序中预先设置的温度范围控制温度阀。熨烫过程中，系统在液晶显示屏上以图形方式显示各个电磁阀的参数设定情况，并以一高亮扫描线指示当前系统运行过程。
1 系统总体要求
控制机采用ATMEL89C51形成单机控制系统，每一熨烫工序大致分为如下几步：合模、热压(2次)、上喷汽、抽风、下喷汽、开模等。有时一个工序中有可能一个工步的执行次数不同，系统应该灵活地调整各工步执行的起始时间和长短。系统还应带有一温度控制系统，以便能按要求控制熨烫温度，避免烫坏面料。
为满足上述要求，控制系统总体框图如图1所示。
2 系统总体设计
2.1 电磁阀控制部分
熨烫机的各工步分别由不同的控制阀来控制，系统拥有：合模阀、加压阀、喷汽阀、抽汽阀、温控阀等多种阀门，为了便于扩充，系统留有足够的扩充空间，本系统利用P1口作为控制口，同时还外扩一片74LS377以便备用，最多可控制16个电磁阀，以满足系统要求。
本系统的各控制阀为交流电磁阀，为避免电磁干扰，采用光电隔离方式，控制简图见图2。
2.2 温度控制部分
为了进行温度控制，设计了一温度采集部分，利用电阻式温度传感器PT100和TI公司的带串行控制的A/D转换器TLC549来实现温度采集，模块简图见图3。
TLC549是以8位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础而构造的CMOS A/D转换器。它设计成能通过3态数据输出和模拟输入与微处理器或外围设备串行接口。TLC549仅用输入/输出时钟(I/O CLOCK)和芯片选择(CS)输入作数据控制。TLC549的I/O CLOCK输入频率最高可达1.1MHz 。
TLC549提供了片内系统时钟，它通常工作在4MHz且不需要外部元件。片内系统时钟使内部器件的操作独立于串行输入/输出的时序并允许TLC549象许多软件和硬件所要求的那样工作。I/O CLOCK和内部系统时钟一起可以实现高速数据传送以及对于TLC549为每秒40，000次转换的转换速度。
TLC549的其他特点包括通用控制逻辑，可自动工作或在微处理器控制下工作的片内采样—保持电路，具有差分高阻抗基准电压输入端、易于实现比率转换(ratiometric conversion)的高速转换器，定标(scaling)以及与逻辑和电源噪声隔离的电路。整个开关电容逐次逼近转换器电路的设计允许在小于17μs的时间内以最大总误差为±0.5最低有效位(LSB)的精度实现转换。
2.3 液晶显示部分
系统配有薄膜键盘以便修改控制程序和进行系统设置，为便于操作，系统采用独立的液晶显示系统，可实时显示系统温度、各个控制阀的状态，系统运行状况等。
该系统采用日本OPTREX公司先进的点阵式液晶显示模块DMF50174NB－FW，同时采用了日本SEIKO EPSON公司出品的SED1330液晶显示控制器。
DMF50174NB－FW液晶显示模块具有高灵敏度、高可靠性、低功耗、寿命长、亮度高等特点，为320×240点阵。该模块有字符和图形两种显示方式，显示字体为8×8点阵，完全满足工业性生产的要求。
SED1330为先进的字符和图形液晶显示控制器，为同类产品中功能最强的一种，它具有以下特性：
·SED1330不仅适用于8080系列MPU接口，也适用于M6800系列MPU接口，它在接口部设置了SEL1、SEL2两个引脚，作为MPU的接口功能转换设置。
·SED1330在于MPU的接口部设有功能较强的I/O缓冲器，避免了一般控制器的状态检查项目。MPU可以不询问“忙”标志而随时访问SED1330。
·SED1330具有丰富的指令集，而且指令多带有参数，最多可达10个参数。SED1330指令不仅可以实现把两个显示区的内容根据不同的逻辑关系合成显示，而且还可以把三个显示区的内容合成显示。通过合成显示，可以实现字符图形混合显示、字符文本特征显示、闪烁显示以及半色光调显示等。
·SED1330向液晶显示模块发送的显示数据是以4位并行方式传送的，从而大大提高了控制点阵液晶显示器件的能力。
显示部分控制简图如图4。
3 系统软件设计
系统软件采用模块化设计，分成如下几部分：液晶显示控制模块、参数设置模块、十个分立的熨烫程序设置和参数显示模块、机器运行状态显示模块和温度采集、控制及显示模块。程序框图如图5所示。
综上所述，本文设计并实现的熨烫机控制系统，具有较高的实用价值。同时介绍了DMF50174液晶显示器、SED1330液晶显示控制器和串行A/D转换器TLC549的功能和使用方法。本系统现已在上海威捷制衣设备厂使用，经过长时间实际测试，系统性能表现良好。
参考文献
1 李维提，郭强.液晶显示器件的应用技术.北京邮电学院出版社，1992
2 张有德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.上海：复旦大学出版社，1993
3 武汉力源资料.带串行控制8位模数转换器
4 清华蓬远公司.SED1330控制器图形液晶显示摸使用手册