電腦繡花機自動控制系統(tǒng)應(yīng)用和發(fā)展

高福文

摘要：單片機在刺繡行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛和深入，電腦繡花機就是其中主要的產(chǎn)品。它是一種新型自動化刺繡設(shè)備，相比傳統(tǒng)的手工刺繡，電腦繡花有功能強大、效率高、圖案豐富等諸多優(yōu)點，迅速占領(lǐng)刺繡市場，單片機控制軟件在應(yīng)用中也在不斷發(fā)展更新。新技術(shù)和市場的發(fā)展將控制系統(tǒng)升級到智能控制。

關(guān)鍵詞：電腦繡花機;單片機;應(yīng)用;發(fā)展;智能控制

單片機在刺繡行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛和深入，電腦繡花機就是其中主要的產(chǎn)品。它是一種新型自動化刺繡設(shè)備，相比傳統(tǒng)的手工刺繡，電腦繡花速度更快、層次更多、效率更高，產(chǎn)品圖案更豐富，效果更統(tǒng)一，繡品種類也更多。單片機

的應(yīng)用使刺繡產(chǎn)品功能性更強、應(yīng)用也更廣泛。隨著計算機、電子、機械加工等方面技術(shù)的發(fā)展，單片機在其中的應(yīng)用也在不斷發(fā)展升級， 電腦繡花已成為刺繡工業(yè)的主要生產(chǎn)方式，國內(nèi)外市場要求也越來越精細(xì)。電腦繡花機越來越普及應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)實用、系統(tǒng)穩(wěn)定、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)的低故障率、好維修的刺繡設(shè)備將有更高的市場占有率，結(jié)合技術(shù)前沿的新產(chǎn)品也將是未來的發(fā)展方向。

一、單片機控制系統(tǒng)

高速動作是電腦繡花優(yōu)于手工刺繡的第一個特點，其核心是單片機控制系統(tǒng)，高效穩(wěn)定的控制系統(tǒng)是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

1.原理? 繡花工作是繡針與繡框做相對運動密切配合的過程，主軸帶動針頭做上下往復(fù)運動，繡框配合起針動作做前后左右的平移運動實現(xiàn)落針點的改變，通過落針點引線完成繡品。那么，要提高生產(chǎn)效率就要從距離和速度上進(jìn)行優(yōu)化。繡針跟繡面的距離是機械設(shè)備研究的領(lǐng)域，對控制系統(tǒng)優(yōu)化主要是提高繡針起落速度和繡框移動速度。這兩個速度相配合是關(guān)鍵：在繡針刺入和離開繡面的時間里，繡框必須是靜止不動的;而繡框的移動只能在落針前和起針后的這段時間。針?biāo)龠^快，會發(fā)生針距偏小導(dǎo)致的花樣壓縮變形、底線到位不及時的丟針、落針位置偏移引發(fā)的斷針等生產(chǎn)事故;針?biāo)龠^慢，也會造成針距偏大導(dǎo)致的花樣拉伸變形、起針不及時導(dǎo)致的針眼過大甚至損壞繡面和斷針等事故。所以，在每一針的刺繡過程中，主軸轉(zhuǎn)速的上限是由繡針和繡面交叉時間內(nèi)繡花機機械性能和繡框伺服電機配合的最高速度而定，而在長針距作業(yè)時繡框電機還須與電磁鐵動作密切配合。當(dāng)然，對繡品圖樣復(fù)雜的繡花工藝，其機構(gòu)運動狀況也是多樣的。作業(yè)中繡針和繡框會經(jīng)常根據(jù)不同需要變化運動速度，這時主軸轉(zhuǎn)速、機針起落速度、繡框平移速度必須聯(lián)鎖變化。研究電機升降速的控制也非常重要，這關(guān)系到運動配合的準(zhǔn)確性和繡品質(zhì)量。

2.運動控制系統(tǒng)

2.1硬件

系統(tǒng)硬件由單片機及數(shù)據(jù)存儲、人機交互接口、主軸控制、步進(jìn)或伺服電機驅(qū)動、換色驅(qū)動、斷線檢測以及限位檢測裝置等系統(tǒng)組成。

單片機及數(shù)據(jù)存儲? ? 繡品圖案有專門開發(fā)的花樣數(shù)據(jù)，系統(tǒng)存儲器將花樣數(shù)據(jù)從U盤讀入并儲存在內(nèi)存中。單片機微處理器采用ARM芯片，它只提供16位地址，其尋址的64K數(shù)據(jù)儲存空間又作為I/O外設(shè)影像存儲區(qū);而系統(tǒng)要求控制器提供512KRAM儲存空間用于存儲花樣數(shù)據(jù)，因此需要對地址總線進(jìn)行擴(kuò)展，增加數(shù)據(jù)存儲器。系統(tǒng)還具有掉電保護(hù)功能，該功能由后備電池保障。

人機交互接口? ?接收人機界面發(fā)出的各項指令及參數(shù)設(shè)置等，執(zhí)行相應(yīng)指令，并在屏幕上顯示相應(yīng)的操作結(jié)果。如主軸啟停、升降速指令驅(qū)動主軸運動，并由編碼器反饋主軸實時位置。系統(tǒng)接收移框指令后驅(qū)動繡框的XY軸運動。換色指令系統(tǒng)驅(qū)動換色電機執(zhí)行換色操作。

斷線檢測系統(tǒng)? ?是對刺繡作業(yè)的一道保障。在刺繡過程中可能遇到斷線、斷針或繡線用盡等狀況，如果不能隨時掌握情況，可能因為工藝故障造成無法挽回的刺繡事故。斷線檢測通過實時檢測繡線張力，根據(jù)程序設(shè)定發(fā)出的報警信號。該系統(tǒng)由張力檢測電路、斷線指示和譯碼電路組成。

限位檢測裝置? ?由4個行程開關(guān)組成，確保繡框在規(guī)定的機械行程范圍內(nèi)運動。

2.2軟件

系統(tǒng)軟件按結(jié)構(gòu)化設(shè)計，由多模塊組成：USB接口、內(nèi)存管理、鍵盤及顯示、運動控制和故障檢測等，并采用匯編語言編寫。

USB接口模塊? ?對繡品花樣數(shù)據(jù)的U盤進(jìn)行讀寫和格式化操作。

內(nèi)存管理模塊? ?識別繡品花樣文件格式、計算花樣的周邊范圍、對花樣文件進(jìn)行儲存、排序、復(fù)制、刪除等操作，并能對花樣的形狀進(jìn)行適當(dāng)修改。

鍵盤? ?鍵盤采用友好人機界面設(shè)計，并對鍵處理進(jìn)行了避錯性設(shè)計，實現(xiàn)誤操作識別。

顯示系統(tǒng)? ?對當(dāng)前的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實時和故障提示。如當(dāng)前設(shè)備信息：內(nèi)存狀況、主軸到位與否、換色到位與否、是否終止;當(dāng)前花樣信息：編號、總針數(shù)、縮放倍數(shù)、圖案方向、旋轉(zhuǎn)角度;當(dāng)前操作信息：工作方式、換色順序、橫向和縱向數(shù)據(jù)等。

運動控制模塊? 整個系統(tǒng)的核心部分。系統(tǒng)采用中斷方式處理各個運動過程，實現(xiàn)高速性和實時性。用芯片來控制主軸電機的調(diào)速，系統(tǒng)確定改變主軸轉(zhuǎn)速時立即采用串行中斷方式通知執(zhí)行調(diào)速動作。對控制繡框電機的數(shù)字脈沖也采用中斷方式發(fā)送，保證繡框電機與主軸電機準(zhǔn)確配合。

故障診斷系統(tǒng)? ?檢測主軸電機、換色電機、繡框電機狀態(tài)有無超時錯誤，檢測分析有無斷線故障，檢測繡框是否越位。

二、發(fā)展方向

不斷提升和開發(fā)系統(tǒng)功能、提高電腦繡花機的性能和效率、保證其加工精度、完善和豐富工藝水平是個永久的課題。隨著技術(shù)和市場的不斷發(fā)展，電腦繡花機高速機械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和控制系統(tǒng)功能升級成為繡花機提高性能和降低成本的關(guān)鍵。單片機決定著控制系統(tǒng)硬件設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，而軟件才是控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵，所以滿足需要、判斷和引導(dǎo)市場發(fā)展方向的軟件開發(fā)是拓展控制功能、增強系統(tǒng)效率、實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。

智能控制是當(dāng)今多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，其專家控制集合專家的實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)形成專家技術(shù)系統(tǒng)，與控制理論相結(jié)合，實現(xiàn)對設(shè)備系統(tǒng)的智能控制。因此，在電腦繡花機的控制系統(tǒng)中使用專家系統(tǒng)，比如故障檢測系統(tǒng)上引入專家系統(tǒng)?，F(xiàn)在的故障檢測系統(tǒng)只是發(fā)現(xiàn)和顯示單一部分的故障，有從系統(tǒng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)角度給出引發(fā)故障的根本原因。而專家系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的專家經(jīng)驗，提供多方案故障組合情況，引導(dǎo)操作人員發(fā)現(xiàn)隱藏原因，排除故障，節(jié)約檢修時間，提高工作效率。甚至引入人工智能，設(shè)置人機接口，利用該接口實現(xiàn) 專家干預(yù)。在有效利用了人類專家在圖形識別、直覺判斷，經(jīng)驗積累等方面的優(yōu)勢情況下，系統(tǒng)的解決問題過程更加靈活有效， 結(jié)果也更易為用戶接受。

隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展和高端技術(shù)的普及，在刺繡行業(yè)中實現(xiàn)智能工廠、設(shè)備遠(yuǎn)程操作、監(jiān)測和維護(hù)以及客戶特色需求的高端定制都是智能控制系統(tǒng)發(fā)展新方向。

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