基于雙核LPC4357微控制器的工業(yè)繡花機(jī)刺繡控制系統(tǒng)

摘 要：工業(yè)繡花機(jī)是當(dāng)代最先進(jìn)的繡花機(jī)械，是紡織、服裝領(lǐng)域進(jìn)行批量、規(guī)模生產(chǎn)的一種重要民生設(shè)備，也是集光、機(jī)、電和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的特色鮮明的機(jī)電一體化設(shè)備。采用雙核LPC4357微控制器設(shè)計(jì)工業(yè)繡花機(jī)刺繡控制系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)包括核心控制器與動(dòng)作協(xié)控制器模塊、步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)模塊、主軸電機(jī)控制信號(hào)模塊、外部傳感器及開(kāi)關(guān)信號(hào)模塊、針位、換色控制模塊、取、送金片機(jī)構(gòu)控制模塊等硬件模塊構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：工業(yè)繡花機(jī)；控制系統(tǒng)；刺繡；微控制器

1 引言

工業(yè)繡花機(jī)是當(dāng)代最先進(jìn)的繡花機(jī)械，是紡織、服裝領(lǐng)域進(jìn)行批量、規(guī)模生產(chǎn)的一種重要民生設(shè)備，也是集光、機(jī)、電和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的特色鮮明的機(jī)電一體化設(shè)備。

我國(guó)繡花機(jī)產(chǎn)品是以低成本優(yōu)勢(shì)參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的，近年國(guó)內(nèi)工業(yè)繡花機(jī)出口創(chuàng)匯大幅增長(zhǎng)，工業(yè)繡花機(jī)的發(fā)展取得了很大的進(jìn)步，發(fā)展前景越來(lái)越好。但隨著用戶對(duì)繡花機(jī)的性能和繡花品質(zhì)要求越來(lái)越高，工業(yè)繡花機(jī)不斷的更新?lián)Q代。高速度、高精度、高智能化工業(yè)繡花機(jī)的開(kāi)發(fā)成為當(dāng)今繡花機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

2 研究?jī)?nèi)容

基于我國(guó)工業(yè)繡花機(jī)專用刺繡控制器的現(xiàn)況，研究開(kāi)發(fā)基于雙核LPC4357微控制器高速實(shí)時(shí)內(nèi)核的專用工業(yè)繡花機(jī)刺繡控制系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)包括核心控制器與動(dòng)作協(xié)控制器模塊、步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)模塊、主軸電機(jī)控制信號(hào)模塊、外部傳感器及開(kāi)關(guān)信號(hào)模塊、針位、換色控制模塊、取、送金片機(jī)構(gòu)控制模塊等硬件模塊構(gòu)成。同時(shí)進(jìn)行刺繡功能和人機(jī)交互軟件的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出一款更加簡(jiǎn)潔、完整、可靠性高和易于移植的工業(yè)繡花機(jī)刺繡專用控制系統(tǒng)。

2.1 刺繡控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目研發(fā)的工業(yè)繡花機(jī)刺繡專用控制器系統(tǒng)由LPC4357芯片中的M4，M0兩個(gè)核心處理器來(lái)完成數(shù)據(jù)處理與動(dòng)作邏輯信號(hào)處理與傳送，在核心處理器外，按刺繡各執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)硬件進(jìn)行分模塊設(shè)計(jì)，其功能劃分主要包括下面幾塊：（1）核心控制器與動(dòng)作協(xié)控制器模塊；（2）步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)模塊；（3）主軸電機(jī)控制信號(hào)模塊；（4）外部傳感器及開(kāi)關(guān)信號(hào)模塊；（5）針位、換色控制模塊；（6）取、送金片機(jī)構(gòu)控制模塊。

2.2 刺繡控制系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件模塊的劃分，對(duì)各模塊的功能進(jìn)一步細(xì)分，確定軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要包括以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）LPC4357雙核處理器啟動(dòng)與工作協(xié)調(diào)；（2）核心處理器與協(xié)處理器外設(shè)驅(qū)動(dòng)；（3）步進(jìn)電機(jī)控制算法設(shè)計(jì)；（4）金片機(jī)構(gòu)控制通訊協(xié)議。

2.3 刺繡控制系統(tǒng)人機(jī)交互軟件的設(shè)計(jì)

人機(jī)交互的目的是為用戶方便瀏覽、編輯花樣，設(shè)置刺繡系統(tǒng)參數(shù)、同時(shí)監(jiān)視刺繡狀態(tài)，其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：（1）液晶屏驅(qū)動(dòng)接口代碼編寫；（2）按鍵驅(qū)動(dòng)接口代碼編寫；（3）單窗口界面設(shè)計(jì)與跳轉(zhuǎn)；（4）消息機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 主軸PWM控制的PID算法

主軸電機(jī)的速度與當(dāng)前的刺繡的針跡長(zhǎng)短有關(guān)系，同時(shí)又與主軸電機(jī)的初始速度相關(guān)，引入了PID算法，來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整當(dāng)前刺繡的速度，保證當(dāng)前刺繡的速度平穩(wěn)。

3.2 花樣文件讀取、解析、存儲(chǔ)管理技術(shù)

花樣文件讀取與解析兼容主流的18種格式，對(duì)花樣文件格式進(jìn)行格式判讀，并轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)支持的格式。在內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器中建立一套文件格式，如FAT、YAFFS等，對(duì)其做存儲(chǔ)管理，方便下次用戶直接提取使用。

3.3 驅(qū)動(dòng)程序加載及測(cè)試技術(shù)

驅(qū)動(dòng)完成后對(duì)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行調(diào)試，采用手動(dòng)加載的方式，同時(shí)在調(diào)試的時(shí)候，在驅(qū)動(dòng)程序中加入了一些串口輸出的調(diào)試信息，可以從中分析驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行情況。驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試重點(diǎn)檢測(cè)主軸驅(qū)動(dòng)程序與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)程序的基本功能，以及主軸部分與步進(jìn)部分的協(xié)調(diào)功能。

4 結(jié)論

基于雙核LPC4357微控制器的工業(yè)繡花機(jī)刺繡控制系統(tǒng)能夠帶動(dòng)縫制設(shè)備行業(yè)在關(guān)鍵高技術(shù)裝備領(lǐng)域的技術(shù)自主創(chuàng)新能力的發(fā)展，帶動(dòng)整個(gè)工業(yè)繡花機(jī)整機(jī)制造行業(yè)的蓬勃發(fā)展。為全國(guó)各地工業(yè)繡花機(jī)制造企業(yè)提供技術(shù)支持，解決瓶頸問(wèn)題，增加企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，大大降低了產(chǎn)品的成本，告別了國(guó)產(chǎn)繡花機(jī)控制系統(tǒng)由北京大豪一家獨(dú)大的局面，是我國(guó)縫紉設(shè)備行業(yè)向高附加值、高端市場(chǎng)邁進(jìn)的象征。

作者簡(jiǎn)介：應(yīng)俊（1981-），男，浙江臨海人，硬件工程師，研究方向：機(jī)電一體化。endprint