关键词：数字测速仪；单片机；纸机；PID调节器；系统软件随着随着计算机技术与测量控制技术的发展，采用智能化数字测速仪安装在纸机上之后，改进了原先纸机的参数测试系统，达到了省工、省时、提高精度的目的。　1新系统硬件工作原理随着控制纸机电机运行系统的原理框图如图1所示。系统以8031为核心，扩展2716(2K)程序存储器，用于存放程序。数字测速仪测量电机的转速，作为系统转速反馈量。转速控制采用了带有转速单闭环的直流电动机系统。控制电路主要包括转速给定、转速反馈、PID调节器和晶闸管脉冲触发电路。图1 系统原理框图随着单片机在控制电路中主要完成的功能如图1中虚线框所示，即转速的给定与转速的反馈二者间形成偏差后，作PID运算，结果从P0口输出，并经D/A转换器DAC 0832转换，从而提供晶闸管脉冲触发电路的控制信号。4位数码管用于实时显示纸机的转速(m/min)，为了简化硬件电路，采用了串行口RXD和TXD的移位寄存器方式，即静态显示，以接口数码管。系统还设有声光报警电路和停车电路。将测量采集的转速信号与上、下限转速报警设定值进行比较，若出现异常时P1.0输出报警信号，进行声光双重报警。P1.1为停车输出口，输出信号送到继电器，由它控制是否停车。完成这些功能的系统硬件结构原理图如图2所示。图2 硬件结构原理图1.1 纸机转速的设定随着在调速过程中，要求转速能够圆滑地调节。为此，系统采用了用模拟电压设定转速大小的方法。利用A/D转换器ADC0809实现A/D转换，并把转换结果从P0口读入单片机内，作为转速设定值。1.2 纸机转速的检测随着纸机转速的检测由数字测速仪完成。数字测速仪主要包括速度传感器和整形电路等。速度传感器由霍耳传感器H(型号UGN3120)和条形磁铁构成，可将转轴的转速变换为与之对应的一组电脉冲，送入8031单片机的INT1脚。测量纸机电机转速时，将条形磁铁粘在电机轴的一端，磁铁随电机轴一同旋转，霍耳传感器H放在条形磁铁垂直方向，即可测量出电机轴的转速。具体电路详见图3所示。图3 速度检测电路1.3 调速操作与保护随着纸机启动前已把纸张安装在机器上，因此，要求启动从零平稳地达到给定纸机速度，不能出现阶跃信号给定的速度打击。在运行过程中，调节过纸速度的上升或下降亦要求平稳地完成，不能出现转速突变。否则，将出现断纸。是否出现断纸现象的检测来自光电信号，此信号经静态口线P3.2(INT0)引入单片机内。为了区别是过纸出现空洞还是确实出现断纸现象，单片机根据无纸信号出现的长短加以判断。系统设置为：当无纸信号持续1s后消失，说明无断纸现象，则系统仍然正常运行；如超过此时间后，无纸信号依然存在，则判断为出现了断纸现象，单片机立即停机。　2新控制算法2.1 转速反馈的求取随着纸机的转速反馈信号来自数字测速仪。设在单片机系统中产生了一固定频率的计量信号，其周期为TC，两反馈脉冲间的间距为D，当纸机运行时，在两反馈脉冲间计量到n个测量信号，则纸机的线速度为V=D/nTc随着获取两反馈脉冲间计量信号的个数，可由外部中断INT1和定时器T0的联合使用实现。2.2 单片机PID调节器随着单片机在获得了转速的给定值和反馈值以后，就要形成转速的偏差，并且利用调节器算法所得到输出值去控制晶闸管—直流电动机系统，从而实现对整个直流传动系统的闭环控制。传动系统的性能在很大程度上取决于调节器的形式和参数，对于本转速单闭环调速系统，调节器采用比例—积分(PI)的形式。比例项用来放大转速偏差，积分项可使偏差消除，也就是使系统转速的输出值与给定值在静态保持一致。单片机要构成比例—积分调节器，只能采用离散差分式算法。即转速偏差e可正可负：转速超调时为负，否则为正。系统实际运行中对转速最高速和最低速有一定限制，为此，程序中设置了U(k)的最大和最小限幅值。为了使启动和调速过程中的速度变化平稳，单片机可采用给定积分的形式，也就是启动时，从零开始，每延时一段时间后便增加一定量，一直达到给定的过纸速度为止。调速时，速度的增加或降低都采用不断延时，不断缓慢加减的方式。　3新系统软件随着系统软件采用模块式程序结构，主要包括主程序、A/D和D/A转换子程序、启动和调速子程序、中断服务子程序、运算子程序、显示子程序和报警程序等。3.1 主程序随着系统开机或复位后，开始执行主程序，首先完成对断中入口、8031的T0、INT0和INT1的初始化操作，并设置各种判断标志和转速的报警限初值，清数据区。然后转入对转速进行检测，调用运算子程序进行分析处理并显示转速数据。主程序流程图如图4所示。图4 主程序流程图3.2 启动和调速子程序随着采用给定积分形式的启动和调速子程序。首先将给定线速度值(BCD码)和实际输出线速度值读入RAM单元中，再比较二者大小：若前者大于后者，则进行加速操作；否则，就减速操作。再进行BCD码调整和延时后，最后返回主程序。启动和调速子程序流程图如图5所示。限于篇幅，其它程序流程图这里从略。根据生产的各种不同需要，可按照转速和测速传感器电脉冲的比例关系，设计信号采集和数据处理程序并固化于EPROM中。系统在软件上还考虑了数据的采集和处理的可靠性和抗干扰性，如在数据采集时采用了数字滤波，设计了故障诊断程序，对系统内部故障以及外部测量值越限及时报警。　4新结束语随着应用单片机和数字测速仪构成纸机转速的数据采集与处理系统，可对生产过程中的转速以在线的方式进行数据采集、处理和显示，如有必要，还可通过扩展芯片，设置打印功能。此外，加上上位机，通过通讯可构成分布式控制系统。本系统检测速度快、精度高，抗干扰能力强，操作灵活方便，较好地满足了现代工业生产发展的需要。图5 启动和调速子程序流程图　参考文献［1］陈光东.单片微型计算机原理与接口技术（第2版）.武汉：华中理工大学出版社，1999.4［2］曾慧玲.单片机在转速巡测系统中的应用.电子技术，1998，(7)