基于ARM的針織橫機嵌入控制系統(tǒng)設計

姜 宇

（廣東職業(yè)技術學院，佛山 528000）

基于ARM的針織橫機嵌入控制系統(tǒng)設計

姜 宇

（廣東職業(yè)技術學院，佛山 528000）

本文對與企業(yè)合作開發(fā)的電腦針織橫機的控制系統(tǒng)部分進行介紹。該控制系統(tǒng)引入了嵌入式系統(tǒng)設計的方案，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計，便于系統(tǒng)功能擴充和修改。實踐中，此控制系統(tǒng)運用效果良好，有一定的借鑒作用。

嵌入式 ARM 模塊化 C語言 伺服電機

針織橫機屬于針織機械的一種，一般是指橫編織機，即采用橫向編織針床進行編織的機器，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，在各類紡織機械展覽上，電腦針織橫機成為橫機新的發(fā)展方向。它的花型編織的創(chuàng)意創(chuàng)新，與其他傳統(tǒng)的針織機械相比尤甚。尤其隨著計算機技術的快速發(fā)展，激發(fā)了市場對電腦橫機的巨大需求。

本文以與廣東省陽江一家企業(yè)合作開發(fā)的一臺半自動針織橫機為例進行介紹分析。針織橫機包括傳動、給紗、牽拉、機頭三角、檢測、顯示及控制系統(tǒng)等主要機構組成。其中，控制系統(tǒng)設計要求為：（1）處理能力強，能對外部事件進行及時準確的響應；（2）控制系統(tǒng)健壯可靠，能適應噪聲高、振動大和塵埃多的惡劣工作環(huán)境；（3）完善的編織控制能實現(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計與工控機設計兩者的優(yōu)缺點，本方案采用單片機嵌入式系統(tǒng)設計。

1 嵌入式控制系統(tǒng)硬件設計

中控系統(tǒng)是橫機結構的核心——橫機控制器，其依據(jù)編織要求的輸入信號及機器反饋的同步信號，通過判斷、運算發(fā)出控制指令，實現(xiàn)編織的相應特定動作。特定動作的實現(xiàn)主要是相應的電機和電磁鐵的控制。電機包括：1套交流伺服電機，作為主傳動電機，通過同步皮帶傳動帶動機頭運動；1套步進電動機，控制機械手橫移距離，即針距；1套步進電動機，控制機械手收針動作；1套步進電動機，控制機械手舉手位置。控制加針和調(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存儲器，集成了豐富的外設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。

圍繞微處理器LPC2292設計的嵌入式控制系統(tǒng)硬件結構，如圖1所示。從圖1中可看出，控制系統(tǒng)結構圖共分為5大模塊：控制機頭模塊、控制機械手模塊、控制電磁鐵模塊、控制顯示與輸入模塊和中斷信號的輸入模塊。

圖1 控制系統(tǒng)結構圖

2 嵌入式控制系統(tǒng)軟件設計

由于控制對象動作并不很復雜，主要是機頭與機械手的動作配合。因此，系統(tǒng)無需操作系統(tǒng)，只需編寫具有實時性的控制程序即可實現(xiàn)。為方便今后系統(tǒng)的擴展、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，自動進入初始化程序，控制邏輯就緒，所有輸出清0，進入待命狀態(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)即按設定的判斷、控制指令完成相應的橫機的動作控制，從而實現(xiàn)相應編織工作。

在橫機工作過程中，除了相應的編織動作的控制輸出信號外，控制器還需要實時采集各部件上的傳感器反饋輸入信號，以監(jiān)控整個編織動作。一旦發(fā)現(xiàn)有錯誤反饋信號，必須立即停車并報警，待排除故障后方可運行。停車前必須記錄當前針的位置狀態(tài)，當故障排除后，控制器控制機頭從故障發(fā)生時編織的位置繼續(xù)編織。這樣整個織物就不會因為意外中斷而廢掉或編織不合格了。

在整個控制系統(tǒng)程序中，橫機機頭的伺服電機控制程序為最核心部分，程序編寫最難。伺服電機控制程序的功能設計流程如圖3所示。伺服電機的驅動功能由系統(tǒng)微處器提供協(xié)處理，主要包含伺服電機旋轉編碼器的計數(shù)與辨向，報警信息的處理，內(nèi)部中斷申請機制和中斷向量表等。

圖3 伺服電機控制程序流程

3 結語

本針織橫機控制系統(tǒng)采用了先進的嵌入式設計方式，硬件主體是以先進的嵌入式處理器ARM芯片為核心構成，同時軟件設計采用實時嵌入式模塊化的程序設計的方案。這樣的設計使整個控制系統(tǒng)能較好地對外部事件進行及時準確的響應，且既較好地滿足了系統(tǒng)實時性要求，又方便了程序的開發(fā)和維護。在實踐運用中，由本控制系統(tǒng)控制的半自動針織橫機運行平穩(wěn)，效果良好。這種控制系統(tǒng)的設計方式可以為以后開發(fā)更復雜的帶操作系統(tǒng)的全自動針織橫機的控制系統(tǒng)提供借鑒和幫助，也是本控制系統(tǒng)需進一步改進和提高的地方。

[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)設計實例精講[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