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基于FPGA自动落纱车控制系统的研究

作　者: 辛凯
导　师: 代冀阳
学　校: 南昌航空大学
专　业: 控制工程
关键词: 自动落纱车 控制系统 FPGA QuartusII NiosII
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


细纱机是把半成品粗纱或条子经牵伸、加拈、卷绕成细管纱的机器。落纱过程是将细纱机上纺满的细管纱收集起来，并放上空管。传统落纱是通过手工一个个拔下满纱管再换上空纱管的手工过程。随着当前纺纱行业利润空间的下降，用工成本的升高，实现纺纱车间的自动化、智能化是未来纺纱行业的发展趋势。本文在分析细纱机自动落纱车控制原理和系统构成的基础上，设计并实现了一种基于FPGA处理器自动落纱车的新型控制器，并对控制系统的硬件系统进行了选型。根据落纱机的技术要求分别完成了传感器数据采集、UART串口数据传输和电机驱动控制信号等接口设计，通过了各种传感器模块和各类型电机动作的应用测试；扩展了自动落纱车自我异常处理的能力，最终得到了自动落纱车控制系统硬件的整体设计，并完成了印制和焊接电路板的工作；最后，在QuartusII9.0开发环境下以VHDL语言编写了底层驱动的硬核程序模块，并对每个模块进行了仿真验证；在NiosII9.0开发环境下以C语言编写了SOPC底层接口软核程序；通过了控制系统的数据调试与采集、各类电机控制的基本功能运行试验。在纺纱车间的恶劣环境下进行现场整体调试，最终调试结果表明与其他同类型自动落纱车相比较，本设计的自动落纱车具有小型、智能、低功耗、环保和可扩展性高等优点。并且在2012年上海国际会展中心展出了此款自动落纱车，获得了国内外专业人士的认可。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-11
  1.1 自动落纱车研究背景  7
  1.2 落纱车及其控制系统的研究现状  7-9
  1.3 研究内容概述  9-11
第2章 自动落纱车控制器的原理及其构成  11-15
  2.1 引言  11
  2.2 自动落纱车控制系统的基本原理  11-12
    2.2.1 自动落纱车控制系统的功能  11
    2.2.2 自动落纱车控制系统的基本原理  11-12
  2.3 自动落纱车控制系统基本构成  12-14
    2.3.1 系统控制器  13
    2.3.2 传感器  13
    2.3.3 电机  13-14
  2.4 小结  14-15
第3章 基于FPGA落纱车控制器硬件设计  15-41
  3.1 引言  15
  3.2 FPGA控制器总体设计  15-17
  3.3 FPGA控制器相关电路  17-25
    3.3.1 FPGA芯片选择  17-18
    3.3.2 FPGA芯片电路  18-19
    3.3.3 FPGA时钟电路（PLL）  19-20
    3.3.4 FPGA的JATG调试下载接口  20-21
    3.3.5 FPGA存储器（RAM、ROM）电路  21-24
    3.3.6 FPGA电源电路  24-25
  3.4 供电系统  25-27
  3.5 传感器系统  27-33
    3.5.1 接近开关传感器  27-29
    3.5.2 超声波传感器  29-30
    3.5.3 滚珠式碰撞开关  30-31
    3.5.4 无线传输模块  31-33
  3.6 电机硬件系统  33-40
    3.6.1 步进电机  33-38
    3.6.2 力矩电机  38-39
    3.6.3 直流减速电机  39-40
  3.7 PCB板制作  40
  3.8 小结  40-41
第4章 软件设计  41-60
  4.1 引言  41
  4.2 开发环境概述  41-44
    4.2.1 QuartusII软件简述  41-43
    4.2.2 NiosII软件简述  43-44
  4.3 程序设计与仿真  44-51
    4.3.1 步进电机的反馈系统  44-50
    4.3.2 SOPCBuilder在NiosII内核的实现  50-51
  4.4 相关软核驱动程序编写  51-58
    4.4.1 行进系统程序设计  52-53
    4.4.2 拔管系统程序设计  53-55
    4.4.3 放空管系统程序设计  55
    4.4.4 升降系统程序设计  55-56
    4.4.5 无线模块程序流程  56-58
    4.4.6 总体程序设计  58
  4.5 上位机软件设计  58-59
  4.6 自动落纱车的现场调试  59
  4.7 小结  59-60
第5章 结论与展望  60-62
  5.1 结论  60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-65
参加科研情况说明  65-66
致谢  66-67
附录  67-70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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