基于雙核LPC4357微控制器的工業繡花機刺繡控制系統

摘 要：工業繡花機是當代最先進的繡花機械，是紡織、服裝領域進行批量、規模生產的一種重要民生設備，也是集光、機、電和網絡技術于一體的特色鮮明的機電一體化設備。采用雙核LPC4357微控制器設計工業繡花機刺繡控制系統。整個控制系統包括核心控制器與動作協控制器模塊、步進電機控制信號模塊、主軸電機控制信號模塊、外部傳感器及開關信號模塊、針位、換色控制模塊、取、送金片機構控制模塊等硬件模塊構成。

關鍵詞：工業繡花機；控制系統；刺繡；微控制器

1 引言

工業繡花機是當代最先進的繡花機械，是紡織、服裝領域進行批量、規模生產的一種重要民生設備，也是集光、機、電和網絡技術于一體的特色鮮明的機電一體化設備。

我國繡花機產品是以低成本優勢參與國際市場競爭的，近年國內工業繡花機出口創匯大幅增長，工業繡花機的發展取得了很大的進步，發展前景越來越好。但隨著用戶對繡花機的性能和繡花品質要求越來越高，工業繡花機不斷的更新換代。高速度、高精度、高智能化工業繡花機的開發成為當今繡花機產業發展的趨勢。

2 研究內容

基于我國工業繡花機專用刺繡控制器的現況，研究開發基于雙核LPC4357微控制器高速實時內核的專用工業繡花機刺繡控制系統。整個控制系統包括核心控制器與動作協控制器模塊、步進電機控制信號模塊、主軸電機控制信號模塊、外部傳感器及開關信號模塊、針位、換色控制模塊、取、送金片機構控制模塊等硬件模塊構成。同時進行刺繡功能和人機交互軟件的設計，開發出一款更加簡潔、完整、可靠性高和易于移植的工業繡花機刺繡專用控制系統。

2.1 刺繡控制系統的硬件平臺設計

本項目研發的工業繡花機刺繡專用控制器系統由LPC4357芯片中的M4，M0兩個核心處理器來完成數據處理與動作邏輯信號處理與傳送，在核心處理器外，按刺繡各執行機構對硬件進行分模塊設計，其功能劃分主要包括下面幾塊：（1）核心控制器與動作協控制器模塊；（2）步進電機控制信號模塊；（3）主軸電機控制信號模塊；（4）外部傳感器及開關信號模塊；（5）針位、換色控制模塊；（6）取、送金片機構控制模塊。

2.2 刺繡控制系統軟件功能的設計

根據硬件模塊的劃分，對各模塊的功能進一步細分，確定軟件設計內容，主要包括以下設計內容：（1）LPC4357雙核處理器啟動與工作協調；（2）核心處理器與協處理器外設驅動；（3）步進電機控制算法設計；（4）金片機構控制通訊協議。

2.3 刺繡控制系統人機交互軟件的設計

人機交互的目的是為用戶方便瀏覽、編輯花樣，設置刺繡系統參數、同時監視刺繡狀態，其主要設計內容包括：（1）液晶屏驅動接口代碼編寫；（2）按鍵驅動接口代碼編寫；（3）單窗口界面設計與跳轉；（4）消息機制的實現。

3 關鍵技術

3.1 主軸PWM控制的PID算法

主軸電機的速度與當前的刺繡的針跡長短有關系，同時又與主軸電機的初始速度相關，引入了PID算法，來動態調整當前刺繡的速度，保證當前刺繡的速度平穩。

3.2 花樣文件讀取、解析、存儲管理技術

花樣文件讀取與解析兼容主流的18種格式，對花樣文件格式進行格式判讀，并轉換成系統支持的格式。在內部FLASH存儲器中建立一套文件格式，如FAT、YAFFS等，對其做存儲管理，方便下次用戶直接提取使用。

3.3 驅動程序加載及測試技術

驅動完成后對驅動程序進行調試，采用手動加載的方式，同時在調試的時候，在驅動程序中加入了一些串口輸出的調試信息，可以從中分析驅動程序的運行情況。驅動程序測試重點檢測主軸驅動程序與步進驅動程序的基本功能，以及主軸部分與步進部分的協調功能。

4 結論

基于雙核LPC4357微控制器的工業繡花機刺繡控制系統能夠帶動縫制設備行業在關鍵高技術裝備領域的技術自主創新能力的發展，帶動整個工業繡花機整機制造行業的蓬勃發展。為全國各地工業繡花機制造企業提供技術支持，解決瓶頸問題，增加企業核心競爭力，大大降低了產品的成本，告別了國產繡花機控制系統由北京大豪一家獨大的局面，是我國縫紉設備行業向高附加值、高端市場邁進的象征。

作者簡介：應俊（1981-），男，浙江臨海人，硬件工程師，研究方向：機電一體化。endprint