专利名称：纳米纤维表面涂层功能化长丝设备专用fpga控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及以FPGA为核心开发纳米纤维作为表面涂层的功能化长丝设备用控制系统，具体涉及利用FPGA读取纳米纤维作为表面涂层的功能化长丝设备的控制数据并存储该信息到存储器，并以该纳米纤维作为表面涂层的功能化长丝设备数据实时控制步进电机动作从而实现对输送速度和卷绕动作的控制，以纳米纤维非均勻性表面涂层的效果。
背景技术：
静电纺丝是一种高效低耗的纳米纤维制备技术。静电纺丝机主要由高压静电发生器、进样器和收集器三部分组成。溶液静电纺丝的实质是利用注射泵将注射管中的聚合物溶液引入喷头，在高压电场作用下，喷头尖端的液滴由半球形被拉拽成半顶角约为49. 3° 的锥形(Taylor锥)，当外加电压达到临界值时，静电排斥力克服溶液的表面张力，带电射流便从锥顶喷出，然后经历鞭动，同时受到静电排斥力而继续伸长，最后溶剂挥发固化成丝而沉积到接地收集器上，形成纳米级薄膜。目前通过静电纺丝法制备的纳米纤维薄膜，从收集器上分离比较困难，且其强度很低，分离过程容易损坏，进而限制了薄膜的制备尺寸，薄膜的推广应用受限。为了解决上述问题，提出一种基于静电纺纳米纤维表面涂层的功能化长丝的加工方法。利用长丝作为纳米纤维的载体，在长丝表面形成表面涂层，同时通过卷绕辊卷绕长丝载体实现功能化长丝的制备。纳米涂层设备生产流程如图1所示。纳米涂层设备结构示意图如图2所示溶液通过注射管的注射后，在泰勒锥与接收器之间形成的电场的之间形成纳米纤维。化纤长丝从输入皮辊喂入后，经纳米纤维涂层， 卷绕到卷绕皮辊上形成纳米纤维表面涂层的功能化长丝。目前，纳米涂层设备的控制只能靠机械来完成，费时、费力，同时涂层的模式的改变相当困难。随着人们对纳米涂层设备不断地提出新以及小批量加工的要求，现有的机械方式已无法满足实际生产的需要。本发明针对这个关键工艺开发一套专用的FPGA控制系统，实现对该设备的实时控制，保证生产的高效和所生产出的产品一致。
发明内容
本发明的有益效果在于使用长丝作为纳米纤维薄膜的载体，将所制备的纳米薄膜以类似包芯纱的形式光滑包覆在长丝表面，克服了纳米薄膜强度低、生产低效及难以利用的缺点，制备出具有相应纳米纤维特性的功能化长丝。本发明的目的是提供一种纳米涂层专用控制器的设计原理和实现方法，利用FPGA 的控制技术实现纳米涂层生产的全自动控制。具体步骤为(1)选择合适的FPGA ；(2)设计控制系统的PCB开发板；(3)系统软件设计；
(4)软件调试，实现系统控制的要求。(5)利用两个皮棍的同速同向转动，实现纳米纤维薄膜对长丝的披覆作用。(6)采用双喷头接力进行喷丝以保证长丝被纳米纤维光滑包覆，利用纳米纤维表面涂层的方法实现对长丝的功能化加工。本发明利用FPGA实现对纳米涂层的控制，为进一步实现涂层的实时、高效和全自动控制提出了全新思路。
图1纳米涂层设备生产流程图2纳米涂层设备结构示意3纳米涂层设备处理器电路组成框4RS232纳米涂层设备的电路组成图5USB纳米涂层设备控制器的电路组成
具体实施例方式以下结合附图实施方式对本发明做进一步具体描述，但不局限于此。实施例1 整个纳米涂层设备控制器主要由FPGAMUL501系统，其处理器主要由FPGAMUL501 微型机、存储体、通信接口及键盘显示器等组成，用于接收、存储和在工作过程中处理工艺数据，组成框图如图3所示。在改变工艺时，利用系统微机通过RS232接口输入工艺数据并存于工艺处理器中。整个纳米涂层控制器主要由FPGAMUL501系统、工艺处理器、同步信号产生电路、 喂入步进电机驱动电路、主电机速度控制电路、开、停车及故障自停接口电路，键盘显示电路等组成。电路组成框图如图4所示。工艺存储器用于存储工艺数据，采用的是AM29F016D 闪烁存贮器，其容量为1. 5M字节，键盘、显示器用于输入人工工艺和其它工作参数；RS-232 串行通讯接口接收从上位机传送过来的工艺数据；FPGAMUL501微型机负责整个工艺处理器的运行控制和数据加工。FPGAMUL501系统是整个控制器的核心，负责整个控制器的运行管理。系统启动后， 在同步信号电路产生的同步信号的驱动下，将花型处理器提供的数据按时序要求送步进电机驱动器，控制两台电机的动作，从而使纳米涂层达到设定的工艺要求。此外为处理器还负责主电机的速度控制和运行状态的监控，当发现断丝或其它异常信号时，将自动停车，并发出报警信号。实施例2 整个纳米涂层设备控制主要由FPGA Altera系统，工艺处理器主要由FPGA Altera 微型机、存储体、通信接口及键盘显示器等组成，用于接收、存储和在工作过程中处理工艺数据，组成框图如图5所示。在改变工艺时，把处理后的工艺数据存入U盘，通过USB接口把U盘的工艺数据读入工艺处理器的内存中。
权利要求
1.一种采用纳米纤维作为表面涂层的功能化长丝的制备方法，它包括纺丝溶液的喷射，纳米纤维的形成，纳米纤维表面涂层的功能化长丝的制备专用FPGA控制器是采用FPGA 作为纳米纤维表面涂层的功能化长丝的设备的控制核心，从而达到纳米纤维表面涂层的功能化长丝生产过程的自动化控制问题。
2.采用任何型号的FPGA作为纳米纤维表面涂层的功能化长丝设备控制系统的核心。
全文摘要
纳米纤维表面涂层的功能化长丝的制备专用FPGA控制器属于新型纺织机械领域。由于纳米纤维表面涂层的功能化长丝的制备具有多种型号，其加工过程中需要调节不同的工艺，分为单个调节和连续调节等方式，因此需要根据工艺要求自动选择喂入量和喂入速度，采用手工的方法显然不能满足该工艺要求。为了解决这个技术问题，本发明以FPGA为控制系统的核心，由FPGA读入所设计的喂入量和喂入速度的动作，从而制作不同涂层产品，以满足功能化长丝设计的要求，从而完成具有必要功能长丝的生产。
文档编号G05B19/05GK102520662SQ20111042464
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者刘基宏, 赵晓曼 申请人:江南大学