姜 宇

（廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，佛山 528000）

基于ARM的針織橫機(jī)嵌入控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姜 宇

（廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，佛山 528000）

本文對(duì)與企業(yè)合作開發(fā)的電腦針織橫機(jī)的控制系統(tǒng)部分進(jìn)行介紹。該控制系統(tǒng)引入了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，嵌入式系統(tǒng)控制核心采用32位ARM7內(nèi)核微處理器，控制軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)功能擴(kuò)充和修改。實(shí)踐中，此控制系統(tǒng)運(yùn)用效果良好，有一定的借鑒作用。

嵌入式 ARM 模塊化 C語言 伺服電機(jī)

針織橫機(jī)屬于針織機(jī)械的一種，一般是指橫編織機(jī)，即采用橫向編織針床進(jìn)行編織的機(jī)器，廣泛用于家庭、毛線毛衣店、羊毛衫廠、圍巾帽子企業(yè)、服裝服飾等企業(yè)編織。近年來，在各類紡織機(jī)械展覽上，電腦針織橫機(jī)成為橫機(jī)新的發(fā)展方向。它的花型編織的創(chuàng)意創(chuàng)新，與其他傳統(tǒng)的針織機(jī)械相比尤甚。尤其隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，激發(fā)了市場對(duì)電腦橫機(jī)的巨大需求。

本文以與廣東省陽江一家企業(yè)合作開發(fā)的一臺(tái)半自動(dòng)針織橫機(jī)為例進(jìn)行介紹分析。針織橫機(jī)包括傳動(dòng)、給紗、牽拉、機(jī)頭三角、檢測、顯示及控制系統(tǒng)等主要機(jī)構(gòu)組成。其中，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為：（1）處理能力強(qiáng)，能對(duì)外部事件進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的響應(yīng)；（2）控制系統(tǒng)健壯可靠，能適應(yīng)噪聲高、振動(dòng)大和塵埃多的惡劣工作環(huán)境；（3）完善的編織控制能實(shí)現(xiàn)目前市場上流行的大多數(shù)花型的編織；（4）友好的圖形界面，方便用戶控制輸入和狀態(tài)輸出。依據(jù)控制要求并綜合芯片式設(shè)計(jì)與工控機(jī)設(shè)計(jì)兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，本方案采用單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 嵌入式控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

中控系統(tǒng)是橫機(jī)結(jié)構(gòu)的核心——橫機(jī)控制器，其依據(jù)編織要求的輸入信號(hào)及機(jī)器反饋的同步信號(hào)，通過判斷、運(yùn)算發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)編織的相應(yīng)特定動(dòng)作。特定動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)主要是相應(yīng)的電機(jī)和電磁鐵的控制。電機(jī)包括：1套交流伺服電機(jī)，作為主傳動(dòng)電機(jī)，通過同步皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)機(jī)頭運(yùn)動(dòng)；1套步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制機(jī)械手橫移距離，即針距；1套步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制機(jī)械手收針動(dòng)作；1套步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制機(jī)械手舉手位置?？刂萍俞樅驼{(diào)節(jié)針織密度的電磁鐵有14套，具體分為：加針選擇電磁鐵分前后針板2組，每組含2套電磁鐵；調(diào)節(jié)針織密度選擇電磁鐵分左、右聯(lián)動(dòng)2組，每組5套。

控制系統(tǒng)的核心部分則是微處理器。本控制系統(tǒng)采用PHILIPS 32ARM處理器LPC2292。LPC2292是一款基于16/32位ARM7TDMI-S的CPU，片內(nèi)帶有高速FLASH存儲(chǔ)器，集成了豐富的外設(shè)功能并支持芯片加密。另外，LPC2292可在線編程，方便日后的系統(tǒng)軟件升級(jí)。

圍繞微處理器LPC2292設(shè)計(jì)的嵌入式控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，如圖1所示。從圖1中可看出，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖共分為5大模塊：控制機(jī)頭模塊、控制機(jī)械手模塊、控制電磁鐵模塊、控制顯示與輸入模塊和中斷信號(hào)的輸入模塊。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 嵌入式控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于控制對(duì)象動(dòng)作并不很復(fù)雜，主要是機(jī)頭與機(jī)械手的動(dòng)作配合。因此，系統(tǒng)無需操作系統(tǒng)，只需編寫具有實(shí)時(shí)性的控制程序即可實(shí)現(xiàn)。為方便今后系統(tǒng)的擴(kuò)展、修改和程序的模塊化，系統(tǒng)的主控制程序流程如圖2所示。

圖2 主控制程序流程圖

系統(tǒng)上電之后，自動(dòng)進(jìn)入初始化程序，控制邏輯就緒，所有輸出清0，進(jìn)入待命狀態(tài)，等待操作員指令。操作員在選擇好編織工藝類型后，系統(tǒng)即按設(shè)定的判斷、控制指令完成相應(yīng)的橫機(jī)的動(dòng)作控制，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)編織工作。

在橫機(jī)工作過程中，除了相應(yīng)的編織動(dòng)作的控制輸出信號(hào)外，控制器還需要實(shí)時(shí)采集各部件上的傳感器反饋輸入信號(hào)，以監(jiān)控整個(gè)編織動(dòng)作。一旦發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤反饋信號(hào)，必須立即停車并報(bào)警，待排除故障后方可運(yùn)行。停車前必須記錄當(dāng)前針的位置狀態(tài)，當(dāng)故障排除后，控制器控制機(jī)頭從故障發(fā)生時(shí)編織的位置繼續(xù)編織。這樣整個(gè)織物就不會(huì)因?yàn)橐馔庵袛喽鴱U掉或編織不合格了。

在整個(gè)控制系統(tǒng)程序中，橫機(jī)機(jī)頭的伺服電機(jī)控制程序?yàn)樽詈诵牟糠?，程序編寫最難。伺服電機(jī)控制程序的功能設(shè)計(jì)流程如圖3所示。伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功能由系統(tǒng)微處器提供協(xié)處理，主要包含伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù)與辨向，報(bào)警信息的處理，內(nèi)部中斷申請機(jī)制和中斷向量表等。

圖3 伺服電機(jī)控制程序流程

3 結(jié)語

本針織橫機(jī)控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的嵌入式設(shè)計(jì)方式，硬件主體是以先進(jìn)的嵌入式處理器ARM芯片為核心構(gòu)成，同時(shí)軟件設(shè)計(jì)采用實(shí)時(shí)嵌入式模塊化的程序設(shè)計(jì)的方案。這樣的設(shè)計(jì)使整個(gè)控制系統(tǒng)能較好地對(duì)外部事件進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的響應(yīng)，且既較好地滿足了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，又方便了程序的開發(fā)和維護(hù)。在實(shí)踐運(yùn)用中，由本控制系統(tǒng)控制的半自動(dòng)針織橫機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，效果良好。這種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式可以為以后開發(fā)更復(fù)雜的帶操作系統(tǒng)的全自動(dòng)針織橫機(jī)的控制系統(tǒng)提供借鑒和幫助，也是本控制系統(tǒng)需進(jìn)一步改進(jìn)和提高的地方。

[1]趙展誼.針織工藝概論[M].北京：中國紡織出版社，2003. [2]張綺文.ARM嵌入式常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]陳繼輝.C語言嵌入式系統(tǒng)開發(fā)[M].北京：中國電力出版社，2003.

Design of Embedded Control System for Knitting Machine Based on ARM

JIANG Yu
(Career Technical College, Foshan 528000)

This paper introduces the control system of computerized flat knitting machine. This control system introduces the embedded system design, the embedded system control core uses 32 bit ARM7 core microprocessor, the control software uses the modular design, is advantageous for the system function expansion and the revision. In practice, the control system has good effect, and it can be used for reference.

embedded, ARM, modular, C language, servo motor