基于LPC1769的特种纤维强密度检测系统设计

申晓达，胡 钢，谢剑锋

(1.河海大学计算机与信息学院(常州)，常州 213022;2.常州市传感网与环境感知重点实验室，常州 213022)

1 引言

自动化技术在工业领域的快速发展，使用自动化检测与控制设备来取代高强度、高密度的人力操作成为一种趋势。此文设计的特种纤维强密度检测系统主要运用于对特殊纤维密度的检测，实现对纤维密度数据的实时检测。如今具有某种特殊性质并在某些特殊环境下使用的高性能高技术的特种纤维及其制品由于其杰出的物理化学特性越来越受到重视，且随着中国环保政策的推进以及市场的需求，在许多行业有着广阔的应用前景。在大多数应用中，如何有效便捷地对纤维密度进行检测，是很多学者所共同研究探讨的问题。目前常用的纤维密度检测仪大多采用基于DSP的数据处理系统，这种系统所需的芯片数量少，且设计简洁，但由于在多通道数据转换的情况下DSP 访问各个转换芯片是分时进行的，大量的访问时间被用于DSP与各芯片进行数据交换，而用于数据处理计算的时间仅占少量，影响了数据采集的实时性［1］，而如果采用基于LPC1769微处理器为核心的数据处理系统，功能稳定，可以快速完成特定算法，更能满足系统的精度和实时性要求。

2 纤维检测基本原理及系统整体结构

特种纤维密度检测系统在特定温度下采用光电法对不同的特种纤维进行密度检测。原理是在一定的光路下，介质对光的吸收量和它的密度成比例。据此，特定光源对介质发送一束光，经不同介质吸收后，光电传感器接收到的光强度不一样，从而产生不同的电信号，由此密度检测问题就变成电信号强度检测问题，根据检测到的不同强度电信号，可以测量不同特种纤维的密度，图1为测量电路。发射管发射出特定光源后，穿过检测的特种纤维，接收管接收到的光强发生变化，产生大小不同的电信号，经运算放大器放大后传送至LPC1769进行信号处理。由于检测到的电信号强度差别微小且不同的特种纤维穿透力不同，所以在测量穿透性能较好的特种纤维时用红外光的微型光电传感器检测，当测量穿透性能不佳的特种纤维时，用紫外光微型光电传感器，这样有利于提高检测精度。其次由于特种纤维在不同温度下的密度也可能发生变化，因此必须要用到温度传感器测量实时温度。

图1 纤维测量电路

系统的整体结构主要由两部分组成，数据采集部分和数据处理部分，两部分分别制版，这样有利于数据的精确采集和处理。数据采集部分采集3路数据，分别是微型光电传感器数据，紫外光敏传感器数据和温度传感器数据。数据经A/D转换放大后送入到数据处理部分的微处理器进行处理，通过显示屏显示输出。

3 系统硬件设计

特种纤维强密度检测系统的硬件设计是以NXP公司的LPC1769作为控制核心，该处理器是基于Cortex－M3为内核的32位处理器，有丰富的外围模块，适合于多种应用领域。本系统的外围模块包括光电数据采集，电机驱动，紫外光敏数据采集，液晶显示，电源模块等。系统的硬件设计框图如图2所示。

图2 系统硬件设计框图

整个系统可以分为两部分:模拟量输入部分和高速信号处理部分。模拟量输入部分主要任务是完成模拟量信号的实时采样。微型光电传感器EESX1042采用光电法对纤维密度数据进行测量，将采集到的模拟信息通过运算放大后在LPC1769内完成特定的数字信号处理算法。系统提供8通道12位的模拟量输入通道，采样电路完成数据采集后，LPC1769读取采样结果并进行数据处理。

特种纤维密度和温度有着密切的关系，测量数据的有效性建立在特定温度下。系统温度采集采用9位精度的DS18B20数字温度计，其测量范围从－55℃～+125℃，可在短时间内把温度变换成数字。步进电机控制特种纤维移动，使微型光电传感器对纤维密度数据进行不同角度测量，驱动步进电机采用的驱动芯片是A3967SLB。一个A3967SLB即可驱动一台步进电机，可实现8细分驱动。芯片内部有PWM电流控制电路，把加在分频器上的电压设置为慢，快，混合三种电流衰减模式，其次A3967SLB还有完善的保护电路，包括抑制瞬态电压，过热保护，防止电流直通，欠电压自锁等功能［2］。此外该芯片和微处理器之间不需要附加其他接口电路，采用Easy Stepper接口，减少了步长和方向控制线，只要简单地输入控制步进电机的脉冲，其内部的转换器就可以实现对步进电机的控制。

LPC1769的电源部分需要五种电压源对其供电，分别是:

(1)内核和外部通路所需的3.3V电源(3V3);

(2)内部稳压器所需的3.3V电源(3V3);

(3)模拟部分所需的3.3V电源;

(4)模拟转换器ADC所需的参考电源VREFP;

(5)实时时钟RTC所需的3.3V电源VBAT;

在本设计中采用LM2594稳压器转换器电路作为电源模块实现对直流电压的转换，图3是LM2594将5V直流电压转换成3.3V的稳压转换电路，经过RC滤波及肖特基二极管的稳压之后，LM2594能精确稳定输出所需要的3.3V电压。

图3 LM2594稳压转换电路

液晶显示采用2.8寸彩色TFT触摸屏，该触摸屏支持16位总线接口，超高亮度镜面屏，模拟IO控制，模块上配置有ADS7843触摸控制器，支持汉字，图片和数据的存储。

4 系统软件设计

本设计是以嵌入式Linux为基础的，应用Linux进行应用软件开发，不但可以提高数据采集的可靠性，而且对实时性要求苛刻的事件也能快速处理，提高了系统的整体性能和抗干扰能力。纤维密度检测程序流程图如图4所示。

图4 纤维密度检测流程图

系统软件部分的主要任务包括:Linux的移植和模块应用程序设计。Linux内核版本要在LPC1769处理器上成功运行必须经过裁剪，移植和编译，制作的根文件系统不仅保留了Linux工作稳定的特点，而且可通过Ramdisk方式正常加载到内核。模块应用程序设计主要是目标及底层驱动程序和系统的I/O功能设计编程，启动部分用汇编语言，其他程序都采用C语言编写。

5 结 束 语

针对特种纤维密度的问题，设计了以LPC1768微处理器为心，运用微光电法对密度进行实时检测的系统。这种方法与传统的纤维密度检测方法相比，具有精确度高，操作方便快捷，成本低等优点，同时通过软件升级，该系统也适用于纺织品等一些透光物质密度的检测。

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