摘 要

人们物质生活随着时代日益提高，因此人们对各类生活用品和生产资料的品质要求也越来越高，比如日常生活接触较多的印刷包装类产品就是其中之一。在印刷包装类产品生产过程中，通常要将前一工序的卷材放出，经过加工之后再重新卷取，因此不可避免的要使用张力控制设备。在对材料进行卷绕的这一加工过程中，卷绕材料所受张力是否恒定对最终产品的品质优劣是决定性的。材料受的张力过大，材料绷得太紧，容易变形乃至被拉断而造成生产资料的浪费；受张力过小，材料卷得太松又会使卷筒松垮，不便于贮藏、搬运和运输。当在一些特殊情况下，现有的张力信号有线传输故障或不便有线接入时，就需要无线传输来采集获取张力信号。

论文主要内容是介绍文题的背景和一些现状，然后分析了张力无线传输系统的系统组成，介绍了其采样部分的磁粉电流源的设计，还介绍了以STM32F103RCT6为主控芯片和以NRF2401为传输模块以及它们的外围电路组合而成的闭环张力无线传输系统。本文中张力无线传输系统的采样模块部分选择磁粉作为执行机构，以日常使用的220V交流电源作为系统的输入，通过一系列的电路电力电子变换得到所需的24V/4A的直流电源，即电源部分为高频开关电源。最后还要把信号用射频传输模块NRF2401发送到控制中心。

介绍了24V/4A磁粉电流源的开关电源硬件电路的设计，包括工频220V交流电输入所经过的输入整流电路、DC-DC变换电路、稳流电路、电流反馈电路、STM32微控制器电路、无线传输模块电路等。各电路都给出了电路图，并讨论了相关的参数计算问题。

该系统主要体现张力无线传输的功能，适用于多种应用环境和卷绕材料。

关键词： 张力控制；开关电源；无线传输；NRF2401

ABSTRACT

With the progress of the times, people on all types of printing and packaging products more and more demanding, especially for its quality requirements higher. In the printing and packaging products in the production process, usually the previous process to release the coil, after processing and then re-coiling, it is inevitable to use tension control equipment. It is decisive for the quality of the final product to be constant by the tension in the material winding process. The tension is too small, the material is too loose, easy to deformation, pull off; by the tension is too small, the material is too loose and will roll loose, not easy to store, transport and transport. When in some special cases, the existing tension signal cable transmission failure or inconvenient wired access, you need to wireless transmission to collect the tension signal.
The main contents of this paper are to introduce the background and some status quo of the topic, and then analyze the system composition of the tension wireless transmission system, introduce the design of the sampling part of the magnetic powder current source, also introduced the STM32 master chip and peripheral circuit combination Closed-loop tension wireless transmission system, the sampling module of the system part of the choice of magnetic powder as an actuator to the city network 220V AC power as input, through the power of electronic conversion 24V / 4A DC power supply, and requires continuous current adjustable, High frequency switching power supply. And finally the signal through the wireless transmission module NRF2401 sent to the control center.
This paper introduces the design of the switching power supply hardware circuit of 24V / 4A magnetic powder current source, including EMI filter circuit, rectifier circuit, DC-DC converter circuit, steady current circuit, STM32 microcontroller circuit, wireless transmission Module circuit and so on. Each circuit gives a circuit diagram and discusses the related parameter calculation.
The system mainly embodies the function of tension wireless transmission, suitable for a variety of application environments and winding materials.

Key words: Tension control; switching power supply; wireless transmission; NRF2401

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 无线传输型张力传感器的背景及意义 1

1.2 张力传感器的现状与发展趋势 1

1.3 论文研究内容与研究计划 3

第2章 张力无线传输系统方案论证和选择 4

2.1 张力无线传输系统技术要求 4

2.2 张力无线传输系统方案选择 4

2.3 隔离半桥谐振电路比较和选择 5

2.4无线传输模块的比较和选择 7

2.5 系统组成 7

2.6本章小结 8

第3章 张力无线传输系统硬件设计 9

3.1 输入整流电路 9

3.2 DC-DC变换 10

3.2.1 隔离半桥谐振变换器主回路 10

3.2.2 半桥谐振变换器调频稳压控制电路 11

3.2.3 过流保护电路 12

3.3 稳流电路 13

3.3.1 斩波稳流电路主回路 13

3.3.2 电流反馈电路 13

3.4 微控制器电路 15

3.5 无线传输模块电路设计 15

3.5.1 芯片结构 16

3.5.2 主要特点 16

3.5.3 工作模式 17

3.5.4 应用电路 18

3.6 本章小结 18

第4章 无线传输系统软件设计 20

4.1 主程序模块 20

4.2 nRF2401无线传输模块的相关程序设计 22

4.2.1 对NRF2401进行初始化 22

4.2.2 NRF2401的ShockBurstTM收发工作模式 23

4.3 本章小结 26

第5章 总结与展望 27

致谢 29

参考文献 30

第1章 绪论

• 1. 无线传输型张力传感器的背景及意义

作为现在国际性的先进高新技术之一，传感器技术的发展和应用引起了广泛的关注。传感器技术还是现今众多新技术的基础，尤其为信息科学技术的发展做了重要贡献。

张力传感器是在材料进行卷绕加工这一操作过程中对卷绕材料所受张力大小进行监测控制的仪器。在张力传感器中，张力的采集设备大都使用磁粉装置，其中包括磁粉制动器和磁粉离合器两种主要装置。张力传感器也叫张力控制器，这种仪器广泛应用于需要对材料进行卷绕加工的领域，如日常接触最多的印刷品所属的印刷等轻工业领域。为了保证产品的品质和生产效率，在材料的收取和放卷过程中，就要保持使材料在加工过程中受到的张力为恒定的，以避免出现材料受力过大而拉伸过度乃至损坏或者是受力过小达不到质量要求的情况。