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设计电脑刺绣机控制系统

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采用提高前辈之基于《arm +wince + fpga》平台之电脑刺绣机控制系统,并移植功能强盛之嵌入式实时操纵系统windows ce构成开发平台,提出了一种新之思路,做出了大胆勇敢之尝试,并进行了底层驱动之测试及简朴多任务程序之测试。不论从功能上仍是从应用远景上来看,都比目前流行之基于单处理器采用主轴匀速控制模式之平台系统有着显著之上风。相信随着工作之进一步深化、进展,定能获得令人满足之控制效果!为国产刺绣机电控系统之机能之晋升提供优良之解决方案。电脑刺绣机是一种体现多种高新科技之机电产品。刺绣机控制电路部门更相称于人之大脑及神经,刺绣机之诸多功能非常大程度上全是由电路部门决定。国产刺绣机在自动化程度、操纵人道化程度、存储容量、显示技术、运行效率和故障发生率方面与外国比拟存在着较大差距。本文中所先容之电脑刺绣机控制系统在之上几个方面进行了改进,缩小了与世界提高前辈水平之差距。
目前海内比较提高前辈之刺绣机控制系统如:以dsp[digital signal processing]主要控制器结合外围电路组成控制、采用已开发好之工控主板、采用基于双16位单片机系统等。且都能知足刺绣机之功能要求,但随着用户需求进一步之晋升,如要求晋升刺绣速度,存储大容量花腔图案文件,采用大屏幕真色彩实时显示,在缝纫过程中显示各个缝纫状态,防止因为主轴电机与绣框电机之间之互相协调能力不足造成之绣针稍微拉布等时,此时系统采用单个控制器已非常难知足设备多功能之要求。因此本文拟采用risc体系结构之arm处理器扩展fpga及存储器等作为硬件平台;采用结构简朴,功能强盛之嵌入式实时操纵系统wince作为系统软件平台便于有效经管内存、完成多任务编程。
电脑刺绣机基本工作原理
电脑刺绣机之工作原理是按照传统刺绣流程,采用成熟之计算机嵌入式系统对出产过程进行控制,以到达晋升出产效率和不乱产品质量之目之。首先通过pc机上之打版软件将刺刺绣样图案打成花腔图案文件,接下来将花腔图案文件存贮于u盘。工作时,首先通过u盘接口电路读出编程打版好之花腔图案文件,再通过触摸屏上显示之人机界面设置好主轴电机转速、换色方法等一系列功能,主控器就会通过读取存贮与u盘上之花腔图案数据,并通过一定之规律进行解码来控制x及y方向之两个步进电机带动工作台作平面运动,同时监测使针进行上下运动之电机(主轴电机)之回转,从而对x-y工作台及针之摆动完成中断运动之配合、协调控制,控制过程中通过光电编码器,cpu能随时得知主轴状态,以此来控制针之抬起或是落下及主轴电机之起停。针杆带者针和线上下运动做刺绣动作,被刺绣品随着刺绣框沿x,y方向运动而得到刺绣图案。需要留意之是只有当主轴角度在某两个角度之间时,即绣针离开布料到插入布料之间之时隙,x, y轴步进电机才能运动,否则,绣针将划伤布面或是绣针被损坏。在此基本原理上,电脑刺绣机还加入了断线检测、数据存储等功能模块,使其工作不乱便捷。
控制对象模块及功能划分
根据对刺绣机之功能分析,将刺绣机整体控制系统之功能模块划分为以下几个模块:
·主控器模块。利用cpu完成对总体刺绣过程之控制,完成与各个模块之间之数据通讯,调度各个模块之间之关系,将要完成之任务交给详细模块完成;
·主轴电机控制模块。对主控器模块发来之数据进行处理,并完成对主轴电机之控制;
·绣框电机控制模块。对主控器模块发来之数据进行处理,并完成对绣框电机之控制;
·人机交互模块。该模块包括lcd显示和键盘输入,完成工作职员与主控制器之交互任务;
·自动换色模块。该模块通过控制换色电机完成自动换色功能, 换色要求精确定位;
·自动剪线模块。该模块完成自动剪线之功能,使得机器工作效率更高;
·断线检测模块。该模块用来适时发觉断线等故障并且具有报警功能, 通过译码接口电路能判定出哪个针位泛起断线;
·软区接口模块。cpu通过该模块能从软盘上读取数据完成内存和外存数据交换;
·usb接口模块。cpu通过该模块能从u盘上读取数据;
·针位检测、拉杆检测、限位检测。它们为控制系统提供这几个机械部件之位置,并能适时发觉机器工作中泛起之错误,避免出产事故之发生。
硬件系统之构架
按照刺绣机需要完成之功能将整个系统分成了若干功能模块。本设计中选用之fpga芯片为altera公司之cyclone2系列芯片ep1c6。采用arm + fpga之双核结构将集成arm处理器和fpga之长处,这样既知足了对系统部件集成之需要,又使系统具有了运算速度快、控制能力强、内存空间大、数据交换速度快等长处。 其主要设计思惟是以arm主要处理器,fpga为协处理器。利用s3c2410a强盛之功能和丰硕之外部接口来简化外围接口电路之复杂度,减少器件之数目,同时利用fpga可并行操纵和内部硬件资源丰硕之特点,完成真的之并行处理,此外还可将外围逻辑电路用fpga完成,这样能晋升系统之执行效率和增强系统之不乱性。根据刺绣机功能之要求,硬件电路需要提供各个功能完成之硬件平台,其详细硬件框图见图1。
其中,sdram、软区接口、串口接口、lcd接口和usb接口直接由s3c2410处理器提供,这样能减少一些外围电路。断线检测、键盘和开关量之接口通过外围电路接入处理器之通用i/o口。fpga通过并口与处理器通信,并按照控制要求将数据转换成控制流分别对主轴电机、绣框电机和换色电机进行控制。设计时采用topdown之设计方法,首先将fpga需要完成之功能划分成相对独立之模块,接下来定义各个模块之接口和功能。
基于wince软件系统结构设计
windows ce[wince]是微软公司开发之一种嵌入式操纵系统[eos],它包括以下主要模块:内核模块、内核系统接口模块、允文件系统模块、图形窗口和事件子系统模块和通讯模块等。wince支持多种外设和网络系统,包括键盘、鼠标、触模屏、串行口、以太网卡、调制解调器、usb设备和存储设备。wince支持超过1000个常用之microsoft win32api和一些附加之编程接口,可用于开发应用程序。此外wince支持用于经管时间枢纽任务响应之实时处理;各种串行通讯和网络通讯技术,包括支持usb;与其它操纵系统比较,wince具有下列优胜性:

·32位多线程、多任务、完全抢占式之操纵系统;
·强盛之图形显示功能支持,用户能定制完全自己风格之操纵界面;
·支持大部门win32 api,基于其他windows之应用程序能利便地移植到wince上。
因此采用实时操纵系统作为软件之系统结构之基础是一种缩短开发周期、简化开发难度之有效解决方法。经由比较,本设计采用wince嵌入式实时操纵系统。详细之软件模块划分如图2。
本控制系统中之软件分为驱动程序、嵌入式操纵系统wince和应用程序三个层次。驱动程序将硬件封装起来,对操纵系统和应用程序提供常用之接口支持,使得硬件对于应用程序是透明之。这样即使在更换了硬件平台之后,也能利便之将开发好之应用程序移植到不同之平台上。此外,操纵系统还提供了良多有用之函数接口,使得应用程序开发更利便。应用程序运行在操纵系统之上,利用操纵系统提供之间断、同步和定时等机制,完成刺绣机之各个功能,如电机控制、数据分析、界面显示、断线报警等。

电脑刺绣机是随着计算机技术、电子技术、机械加工技术之应用发展而不断发展起来之光、机、电一体化设备。嵌入式系统之发展及研发风头正劲,其在数字机床、智能控制等方面之应用正慢慢改变着传统之产业出产和服务方法。电脑刺绣机是当代最提高前辈之刺绣机械,它能使传统之手工刺绣得到高速度、高效率之完成,并且还能完成手工刺绣没办法到达之”多层次、多功能、同一性和完美性”之要求。

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