绕线机产品方案原理（步进电机驱动系统应用）

1.引言

绕线机作为电子工业专用设备之一，在我国已生产和使用了多年，改革开放以来，我国元器件厂也引进了许多国外的绕线机。常见的有平行绕线机、环行绕线机及各种特种绕线机等。在绕制细微漆包线时，这些机器都会遇到共同的问题，如无法达到整齐排线，绕线张力无法控制等，特别是绕制0．1mm以下的一些音圈、传感器机芯等线圈时，问题尤为突出。针对这种情况，我们研制了这种适用于细微漆包线的绕线机，很好地解决了这个问题，用它绕制的磁电式测振传感器机芯线圈，张力稳定，线圈直流电阻一致性好，排线整齐，外观达到了“镜面”效果。

2.实现原理

与普通绕线机一样，精密绕线机的排线也是用步进电机来实现的，放线张力的控制也用了弹簧摩擦片张力器，但为了达到设计要求，有针对性地进行了许多改进，采用复合排线法，加装了张力指示仪，大大地改进了整机性能，提高了产品质量。

2．1放线张力

在绕制细微漆包线时，由于线径细，如果张力太大，就会将线拉长，使线圈的直流电阻增大。在成批生产中，张力的不稳定还会造成线圈与线圈之间较大的直流电阻差异，所以要严格控制张力。为此，在普通放线张力仪与宝石针之间加装了一个张力指示仪，它是一个机械式张力指示仪，通过指针刻度即可知道绕线张力是多少克，避免了操作工人凭经验调节所带来的偏差，张力指示仪的加装对减少高速绕线时产生的线的抖动也有好处。细线的放线张力器一般都是弹簧摩擦片式，经过细致调节完全可以满足要求。

2．2排线原理

绕细线线圈时一般采用两种排线方式，即自由排线和强制排线。这两种排线方法各有千秋，自由排线靠线的张力及摆动轮或摆锤的摆动来排线，导轮与线圈骨架之间的距离较远，只要调节得当，每匝线都能紧密排绕，完全可以使绕出的线圈达到“镜面”效果，但是调节起来比较困难，主要是机械方面的调试量太多；强制排线利用绕线主轴与排线轴的同步运动技术，使每绕一圈，排线机构步进一定的距离，一般是步进一个线径的距离，在电子数控技术发展的今天，实现起来并不困难，只要事先设置好绕线参数，不需要太多的调试即可绕线，但经过我们反复试验，强制排线方式用于高速绕制0．1mm以下的线圈时非常困难，经常出现乱绕现象。

新方案采用将两种方式复合，取其长补其短，以强制排线为主，自由排线为辅，宝石针与线圈骨架的距离拉大，控制系统根据这一距离和设定的绕线参数，计算出实际的排线参数，再根据实际调试加以修正，由于控制系统有掉电保护功能，对每一种规格的线圈，经过几次调整，都可以很快得到理想的绕线参数并保存。绕线时，宝石针的摆动与绕线主轴同步，不过其摆动幅度比单独采用强制排线时小，留出了一定的余地让自由排线来发挥其紧密排绕特长。

3.控制系统原理

如图1所示的以AT89C52单片机为中心构成的控制系统，由于程序存储器在单片机内部，四个口都可以作为I／O使用，大大简化了外围电路，提高了系统的可靠性。

3．1单片机电路

本系统的单片机电路是一典型的单片机最小应用系统，四个口均未用作数据口或地址口，其中，P0口工作为基本输入输出方式，控制LED显示及EEPROM的读写，串行EEPROM电路用了一块X25045，它既能存储绕线参数，防止掉电丢失，又担当了监控CPU的看门狗。P1口工作在输出状态，控制主轴电机M1变频器，排线步进电机M2驱动器，电磁制动器和蜂鸣器。P2口专门控制4×4监控键盘，采用了常规的行列矩阵扫描原理。P3口用于操作按钮和绕线传感信号的输入，其中，计数传感信号连到外部中断INT0端，它是正确绕线的关键信号。复位电路和晶振电路比较简单，此处不再赘述。

3．2输出电路

输出部分主要包括主轴电机变频器控制、步进电机驱动器控制和LED显示驱动三部分。变频器控制占用了三个口线：启动、转动方向和第二速度选择，均通过小型直流继电器来切换。第二速度选择是在预停机时，使变频器运行在低速状态，以便计数到匝时直流电磁制动器能及时制动，从而达到准确停机的目的。步进电机驱动器控制信号有两个，即串行步进脉冲信号和方向信号，这两个信号都是TTL电平，由于驱动器内部有光耦隔离，故可以直接输出。驱动器在内部将串行步进脉冲进行环行分配，变成三相信号，显然，这种方式省了单片机的一个控制信号。LED显示器是主要的人机界面，由集成电路MC14499和74LS05来担当，MC14499是一款工作于串行方式的七段数码LED编码驱动接口电路，通过外串电阻来驱动共阴极发光二极管，仅通过CE、CLK和DATA三个信号与单片机接口，大大节省了口线资源。