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研究生:邱鴻松
研究生(外文):Hung-Sung Chiu
論文名稱:以微控制器應用於材料張力控制之研製
論文名稱(外文):Study of Material Tension Control by Microcontrollers
指導教授:陳金嘉張惠博張惠博引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:材料張力壓力檢知器微控制器
外文關鍵詞:material tensionpressure sensormicrocontroller
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現今材料張力控制器已廣泛應用於許多相關產業,如紡織、印刷、食品包裝、鋼鐵、電子及電信業等。就連續式傳送的輪轉型薄膜材料加工設備而言,材料張力的控制影響加工成品之品質甚鉅,故穩定的張力控制及加工過程,不僅可提升產品品質及良率且能有效減少材料浪費。但目前材料張力控制器大多仰賴進口,成本極高且支援功能擴充性受限,因而泛用性受限。此外現成的通用控制器可調整性較差,無法有效提升設備性能,尤其是相關技術取得困難,相關文獻探討也十分缺乏,且僅止於研究及模擬而無法實際運用於設備上。因此本論文以低功耗、高效率的微控制器ATmega128為核心,整合周邊硬體電路以及一對電橋式壓力檢知器-荷重元作為張力值檢知,以研製出一套含有標準RS-485通訊介面的材料張力控制器。由實測結果驗證本論文所研製的材料張力控制器具有價格競爭與品質穩定的優勢;在價格上與同等級進口的控制器相較可降低47%,對產業競爭力提升,各機型功能強化有極大助益。
Presently, the material tension controller is widely applied in many related industries, including textile, printing, food packing, steel and iron, electron and telecommunication and so on. As to the continuously transporting, wheel-based processing equipment for thin-film material, the control of material tension affects the quality of processed products greatly. Therefore, stable tension control and processing can promote the quality and yield of products to effectively reduce the material waste. However, most material tension controllers are imported with extremely high cost and limited applications. In addition, the feasible adjustment is poor for existed common controllers, and, therefore, the equipment performance cannot be effectively promoted. Particularly, the related technology is not available, and the relevant literature, which only stops at investigation and simulation and cannot be practically applied to the equipment, is also lacking. Consequently, this thesis utilizes microcontroller ATmega128 of low power loss and high efficiency as the core controller to integrate peripheral hardware, electric circuit and a group of electric bridge type pressure sensor and develop a set of material tension controller including the RS-485 communication interface. The result proves that the tension controller developed in this thesis has stable quality and competitive price, which is 47% less than the price of imported controller. The development promotes the function of the controller and enhances industry competitive advantage.
目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 論文架構 2
第二章 文獻探討 3
2.1 材料張力控制系統 3
2.2 材料張力控制器 6
2.3 微控制器 15
第三章 控制器設計 20
3.1 系統架構 20
3.2 控制器電路設計 23
3.3 控制器韌體及控制程式設計 31
第四章 實驗結果與討論 34
4.1 電路測試 34
4.2 實測數據分析 46
4.3 實驗結果與討論 55
第五章 結論與未來研究方向 58
5.1 結論 58
5.2 未來研究方向 59
參考文獻 60

圖目錄
圖2-1 張力值過大 4
圖2-2 張力值過小 4
圖2-3 手動型材料張力控制器操作圖 6
圖2-4 直線式電位計原理圖 9
圖2-5 旋轉式電位計原理圖 9
圖2-6 半自動型材料張力控制器操作圖 10
圖2-7 荷重元結構圖 11
圖2-8 應變計外觀圖 12
圖2-9 全自動型材料張力控制器操作圖 13
圖2-10 內部電路區塊圖 17
圖3-1 系統方塊圖 21
圖3-2 電路方塊圖 22
圖3-3 MCU電路圖 23
圖3-4 DAC電路圖 24
圖3-5 DAC輸出曲線圖 25
圖3-6 放大器電路圖 26
圖3-7 放大電壓輸出曲線圖 26
圖3-8 RS-485介面電路圖 27
圖3-9 按鍵電路圖 28
圖3-10 儀表放大電路圖 29
圖3-11 電壓輸入輸出曲線圖 29
圖3-12 實驗電路板成品圖 30
圖3-13 指示燈、按鍵電路板 30
圖3-14 韌體程式流程圖 32
圖3-15 控制程式流程圖 33
圖4-1 DAC控制訊號波形圖 35
圖4-2 DAC輸出訊號波形圖 35
圖4-3 2倍電壓放大輸出訊號波形圖 36
圖4-4 4倍電壓放大輸出訊號波形圖 37
圖4-5 RS-485通訊訊號波形圖 38
圖4-6 按鍵掃描訊號波形 39
圖4-7 按鍵掃描時間訊號波形 40
圖4-8 荷重元訊號放大電路板 41
圖4-9 荷重元訊號放大電路測試設備 41
圖4-10 測試訊號第一項之訊號產生器輸出波形圖 42
圖4-11 測試訊號第一項之放大電路輸出波形圖 43
圖4-12 測試訊號第二項之訊號產生器輸出波形圖 44
圖4-13 測試訊號第二項之放大電路輸出波形圖 44
圖4-14 測試訊號第三項之放大電路輸出波形圖 45
圖4-15 放大電路輸入輸出訊號反應波形 46
圖4-16 紹凱動能科技正逆轉復捲測試台 48
圖4-17 正轉模式的材料流程圖 48
圖4-18 反轉模式的材料流程圖 49
圖4-19 控制器面板 49
圖4-20 控制器主電路印刷電路板 50
圖4-21 正轉模式材料張力值曲線圖 56
圖4-22 反轉模式材料張力值曲線 56
表目錄
表2-1 材料張力控制器優缺比較表 14
表3-1 按鍵狀態表 28
表4-1 30 m/min正轉模式張力值比較表 51
表4-2 30 m/min正轉模式張力輸出率比較表 51
表4-3 50 m/min正轉模式張力值比較表 52
表4-4 50 m/min正轉模式張力輸出率比較表 52
表4-5 30 m/min反轉模式張力值比較表 53
表4-6 30 m/min反轉模式張力輸出率比較表 53
表4-7 50 m/min反轉模式張力值比較表 54
表4-8 50 m/min反轉模式張力輸出率比較表 54
表4-9 全自動型材料張力控制器的成本比較表 57

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