全自动绕线机是绕线机一体化产品，是线圈、变压器、绕线电阻等的绕线设备，核心部分采用51系列单片机来实现绕线机的实时自动控制，不仅计数和排线工作能按照设定的参数自动完成，而且具有实时调速、断线自动停机，精密绕线等功能.

1.全自动绕线机系统的基本结构和工作原理

    怡斯麦的全自动绕线机,线圈绕线机等绕线设备单片机控制系统，主要由步进电机及其自动排线机构、直流无刷电动机及其控制器和单片机控制系统组成.通过单片机控制系统，对步进电机的工作状态和直流无刷电动机主轴的转速进行控制，实现不同尺寸的线径的精密排线.单片机控制系统结构图如图1所示.

2. 全自动绕线机系统的硬件设计

2.1直流无刷电动机的控制与检测

    直流无刷电动机兼有直流电动机调整和启动性能好以及异步电动机结构简单无需维护的优点，且在电机转速控制方面，绝大多数场合的数字调速系统已经取代模拟调速系统.基于以上原因，本设计采用直流无刷电动机和单片机控制系统，可以编程控制，应用广且灵活方便.

    在本控制器中，直流无刷电动机的测速、位置检测和换向利用了同一套传感装置，即固定于电机端盖上的三个霍尔集成芯片，三个霍尔元件相位相差1200.电机旋转时，磁铁每越过一次霍尔芯片，就产生一个霍尔电势，经放大、整形后输出一个脉冲，利用单片机测得脉冲周期就可计算转速，方波频率正比于电机转速.控制器逆变器回路采用的六个功率管型号为IRF540N，采用两两导通方式，即每一瞬间有两个功率管导通，每个功率管连续导通120电角度，每隔60°电角度定子绕组电流换向一次，在电机旋转360°电角度内，由三个霍尔元件信号的状态组成状态字，状态字发生变化的时刻也是定子绕组电流将要发生换相的时刻.

    在恒定电源电压、稳速情况下，电机的运动方程式可表示为:Tem=-KT°Ie

    式中:Tem为平均电磁转矩，N°m; KT为等效转矩常数;Ie为平均电流，A.

    则直流无刷电动机转矩一电流特性是线性的，本设计中直流无刷电动机的控制原理如图2所示，直流无刷电动机控制采用PID控制，电流环采用PID算法，速度环采用PI算法.

2.2故障处理电路

    系统的故障处理电路包括断丝，程序进入死循环等.断丝信号通过发光二极管和光敏三极管进行检测，实时检测断丝信号并控制相应的动作，以保证绕线机的正常工作.对于程序进入死循环，有专门的看门狗电路，采用专用芯片MAX813L.

2.3单片机测速电路

    一般来说，电机转速是一个低频信号，对于低频信号的测量，多采用周期测量法.给单片机的测速信号是由直流无刷电动机控制器送过来的脉冲信号，将单片机的内定时/计数器T1定为16位定时器，定时器的开关由P3.3口上的状态进行控制，检测到上升沿开T1计数，当紧接的另一个上升沿被检测到时关T1计数，T1中的数值即为脉冲周期.

2.4匝数计数电路

    利用可编程计数器8253进行匝数的统计，直流无刷电动机控制器的转速脉冲信号送到8253的CLKO管脚，由键盘输入匝数参数，并通过单片机对8253进行编程，到达设定的匝数后，8253发出中断请求信号到80C31的P3.2口，单片机响应中断请求后，进行相关操作.

2.5速度协调处理

    解决断丝情况，需有稳速电路，直流无刷电动机的稳速电路接单片机的D/A转换电平，单片机将所测得的频率与给定的频率比较，从而通过计算、查表决定D/A的大小，以决定电机是加速还是减速.在绕线的过程中还有一个关键问题就是保证直流无刷电动机和步进电机的速度协调问题，本设计采用直流无刷电动机每旋转一圈，步进电机推动丝杠螺母走一个绕线线径.由单片机输出控制信号给步进电机控制器，决定步进电机的正反转、步进速度以及启停.由计算得知直流无刷电动机主轴转速。和步进电机转速f的关系为ω/f=2πδ/D.其中δ为步进电机的脉冲当量，D为输入的绕线的直径.

3系统控制软件设计

    本系统软件设计采用了模块化，功能化，子程序化的方法，提高了机器的通用性和标准性，同时便于软件调试，链接和移植.

    在本系统中，大多数程序动作是由特定的事件触发的，因此决定了程序的总体结构是由多个中断服务程序模块来完成系统的主要工作，也只有这样才能满足系统对这些事件的实时响应要求.主程序结构如图3所示.

    怡斯麦全自动绕线机采取的抗干扰措施，能很好的经受住工业现场的干扰，并表现出很好的可靠性和故障恢复能力.此设备在实际中的应用，必将大大减轻工人的劳动，提高生产效益和绕线的自动化程度以及精度。