基于AT89C2051单片机的纺纱断线自动检测系统的设计

引言

纺纱机器在绕线过程中，判断细线是否断线是十分重要，因此纺纱断线检测装置是根据实际需要应运而生的产品，它能对纺纱过程进行断线检测和监控。本文就根据实际需要设计了一多功能纺纱断线检测控制装置，能够自动检测纱断情况，并且在断纱时，停止电机转动，并进行报警，提醒工作人员，方便工作人员进行故障处理。该装置能给纺纱工带来无限的方便，免去了纺纱工一直观察纱线状态的麻烦，大大地为纺纱工减少了劳动强度，同时也提高了产品的质量，并且也给商家带来更大的价值。同时该装置不仅可以应用于纺纱机器，还可以用于生产类似纱线之类的某些生产厂家。

1 系统功能

基于纺纱断线检测装置的功能要求，纺纱断线检测控制装置的电路主要由以AT89C2051为核心的单片机最小系统、断线检测模块、LED工作指示灯模块、纺纱机器控制模块、电源系统等电路组成。其具体工作情况如下：

（1）上电后，工作LED 指示灯亮，当按下按钮后，LED指示灯灭，同时纺纱机器开始工作。

（2）纺纱机器工作5 s后，如果纱线出现异常情况，LED 工作指示灯开始闪烁，同时控制纺纱机器停止工作。

（3）当纱线工作异常后，此时工作人员进行纱线检修，当检修完毕时，工作人员可按下按钮，工作指示灯停止闪烁，转为亮，表示纱线正常，纺纱机器可以继续工作。

依次循环执行以上步骤。

2 系统硬件电路及原理

该装置拟采用以AT89C2051单片机为核心的电路来实现，主要由AT89C2051 单片机、时钟电路、复位电路、断线检测模块、LED指示灯显示模块、纺纱机器控制模块、电源系统等电路组成。其电路如图1所示。

2.1 单片机最小系统

主要由AT89C2051 单片机、复位电路和时钟电路组成。其中AT89C2051 是美国Atmel 公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2 KB的可反复擦写的只读程序存储器和128 B的随机数据存储器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS?51 指令系统，片内置通用8 位中央处理器和FLASH 存储单元，AT89C2051 单片机在电子类产品中有广泛的应用。时钟电路由AT89C2051的4、5脚的时钟端（XTAL1和XTAL2）以及晶振X1、电容C1 和C2 组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1 和电容C3 组成，分别接至AT89C2051 的RST复位输入端。

2.2 断线检测模块

由感丝器和光电耦合器组成，用来检测纱线有无断线。感丝器采用的是电磁感应原理，其结构简单，操作方便，适用范围广，不受环境湿度与丝线粗细影响，功耗低，性能稳定，广泛用于纺织行业丝线断头无损检测。

感丝器有白、棕、绿三种颜色引脚线，分别为信号输出、24 V DC、0 V.当过丝槽中有丝通过时，输出为24 V DC;当过丝槽中无丝通过时，输出0 V.因此根据断线检测电路可以发现，正常情况，单片机P3.2 引脚接收到高电平，当纱线出现异常时，单片机P3.2 引脚接收到低电平。

2.3 指令模块

主要由按键来实现，主要用来控制纺纱机器的运行与停止。

2.4 LED指示灯显示和控制模块

主要由LED 发光二极管、电阻R4 和控制机器的继电器组成。正常工作时，LED灯灭；如果检测到有纺纱断线，一方面需立即触发继电器动作，使纺纱机器停止运转，另一方面控制LED灯闪烁，提醒工人进行处理。

3 系统软件设计

3.1 软件设计思路

系统的软件设计采用C语言，可以大大提高程序编写时的效率。软件实现的关键是纺纱断线检测。纺纱断线检测通过单片机的外部中断来实现。由于当出现纺纱断线时，单片机P3.2引脚接收到低电平，所以可以用外部中断0的低电平触发方式来实现。因此当出现纺纱断线时，就进入外部中断0的中断服务程序进行纺纱断线标志的设置。软件实现的功能包括按键功能、继电器控制功能、LED 显示功能。主程序流程图如图2所示。

其中系统初始化主要包括定时器0和外部中断0的中断的初始化。纺纱断线标志主要由外部中断0的中断服务函数和定时器0的来实现。其中定时，0中断服务函数用于5 s定时后启动外部中断0,外部中断0的中断服务函数用于设置纺纱断线标志并关闭外部中断0.

3.2 程序代码

限于篇幅，下面给出部分程序代码：

4 结语

该装置可以实现及时检测纱线断线状况，并控制继电器动作使电机停止，从而使纺纱机器停止工作，并通过LED 灯闪烁提醒工作人员，提高了纺纱断线检测的智能化程度。