[發明專利]納米纖維表面涂層功能化長絲設備專用FPGA控制器

無效

• 申請號: 201110424645.4
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102520662A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 趙曉曼;劉基宏
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及以FPGA為核心開發納米纖維作為表面涂層的功能化長絲設備用控制系統，具體涉及利用FPGA讀取納米纖維作為表面涂層的功能化長絲設備的控制數據并存儲該信息到存儲器，并以該納米纖維作為表面涂層的功能化長絲設備數據實時控制步進電機動作從而實現對輸送速度和卷繞動作的控制，以納米纖維非均勻性表面涂層的效果。

背景技術

靜電紡絲是一種高效低耗的納米纖維制備技術。靜電紡絲機主要由高壓靜電發生器、進樣器和收集器三部分組成。溶液靜電紡絲的實質是利用注射泵將注射管中的聚合物溶液引入噴頭，在高壓電場作用下，噴頭尖端的液滴由半球形被拉拽成半頂角約為49.3°的錐形(Taylor錐)，當外加電壓達到臨界值時，靜電排斥力克服溶液的表面張力，帶電射流便從錐頂噴出，然后經歷鞭動，同時受到靜電排斥力而繼續伸長，最后溶劑揮發固化成絲而沉積到接地收集器上，形成納米級薄膜。

目前通過靜電紡絲法制備的納米纖維薄膜，從收集器上分離比較困難，且其強度很低，分離過程容易損壞，進而限制了薄膜的制備尺寸，薄膜的推廣應用受限。為了解決上述問題，提出一種基于靜電紡納米纖維表面涂層的功能化長絲的加工方法。利用長絲作為納米纖維的載體，在長絲表面形成表面涂層，同時通過卷繞輥卷繞長絲載體實現功能化長絲的制備。納米涂層設備生產流程如圖1所示。

納米涂層設備結構示意圖如圖2所示：溶液通過注射管的注射后，在泰勒錐與接收器之間形成的電場的之間形成納米纖維。化纖長絲從輸入皮輥喂入后，經納米纖維涂層，卷繞到卷繞皮輥上形成納米纖維表面涂層的功能化長絲。

目前，納米涂層設備的控制只能靠機械來完成，費時、費力，同時涂層的模式的改變相當困難。隨著人們對納米涂層設備不斷地提出新以及小批量加工的要求，現有的機械方式已無法滿足實際生產的需要。本發明針對這個關鍵工藝開發一套專用的FPGA控制系統，實現對該設備的實時控制，保證生產的高效和所生產出的產品一致。

發明內容

本發明的有益效果在于：使用長絲作為納米纖維薄膜的載體，將所制備的納米薄膜以類似包芯紗的形式光滑包覆在長絲表面，克服了納米薄膜強度低、生產低效及難以利用的缺點，制備出具有相應納米纖維特性的功能化長絲。

本發明的目的是提供一種納米涂層專用控制器的設計原理和實現方法，利用FPGA的控制技術實現納米涂層生產的全自動控制。

具體步驟為：

(1)選擇合適的FPGA；

(2)設計控制系統的PCB開發板；

(3)系統軟件設計；

(4)軟件調試，實現系統控制的要求。

(5)利用兩個皮棍的同速同向轉動，實現納米纖維薄膜對長絲的披覆作用。

(6)采用雙噴頭接力進行噴絲以保證長絲被納米纖維光滑包覆，利用納米纖維表面涂層

的方法實現對長絲的功能化加工。

本發明利用FPGA實現對納米涂層的控制，為進一步實現涂層的實時、高效和全自動控制提出了全新思路。

附圖說明

圖1納米涂層設備生產流程

圖2納米涂層設備結構示意圖

圖3納米涂層設備處理器電路組成框圖

圖4RS232納米涂層設備的電路組成

圖5USB納米涂層設備控制器的電路組成

具體實施方式

以下結合附圖實施方式對本發明做進一步具體描述，但不局限于此。

實施例1：

整個納米涂層設備控制器主要由FPGAMUL501系統，其處理器主要由FPGAMUL501微型機、存儲體、通信接口及鍵盤顯示器等組成，用于接收、存儲和在工作過程中處理工藝數據，組成框圖如圖3所示。在改變工藝時，利用系統微機通過RS232接口輸入工藝數據并存于工藝處理器中。

整個納米涂層控制器主要由FPGAMUL501系統、工藝處理器、同步信號產生電路、喂入步進電機驅動電路、主電機速度控制電路、開、停車及故障自停接口電路，鍵盤顯示電路等組成。電路組成框圖如圖4所示。工藝存儲器用于存儲工藝數據，采用的是AM29F016D閃爍存貯器，其容量為1.5M字節，鍵盤、顯示器用于輸入人工工藝和其它工作參數；RS-232串行通訊接口接收從上位機傳送過來的工藝數據；FPGAMUL501微型機負責整個工藝處理器的運行控制和數據加工。