電腦繡花機自動控制系統應用和發展

高福文

摘要：單片機在刺繡行業應用越來越廣泛和深入，電腦繡花機就是其中主要的產品。它是一種新型自動化刺繡設備，相比傳統的手工刺繡，電腦繡花有功能強大、效率高、圖案豐富等諸多優點，迅速占領刺繡市場，單片機控制軟件在應用中也在不斷發展更新。新技術和市場的發展將控制系統升級到智能控制。

關鍵詞：電腦繡花機;單片機;應用;發展;智能控制

單片機在刺繡行業應用越來越廣泛和深入，電腦繡花機就是其中主要的產品。它是一種新型自動化刺繡設備，相比傳統的手工刺繡，電腦繡花速度更快、層次更多、效率更高，產品圖案更豐富，效果更統一，繡品種類也更多。單片機

的應用使刺繡產品功能性更強、應用也更廣泛。隨著計算機、電子、機械加工等方面技術的發展，單片機在其中的應用也在不斷發展升級， 電腦繡花已成為刺繡工業的主要生產方式，國內外市場要求也越來越精細。電腦繡花機越來越普及應用，經濟實用、系統穩定、產品優質的低故障率、好維修的刺繡設備將有更高的市場占有率，結合技術前沿的新產品也將是未來的發展方向。

一、單片機控制系統

高速動作是電腦繡花優于手工刺繡的第一個特點，其核心是單片機控制系統，高效穩定的控制系統是實現經濟效益的關鍵。

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運動，繡框配合起針動作做前后左右的平移運動實現落針點的改變，通過落針點引線完成繡品。那么，要提高生產效率就要從距離和速度上進行優化。繡針跟繡面的距離是機械設備研究的領域，對控制系統優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。針速過快，會發生針距偏小導致的花樣壓縮變形、底線到位不及時的丟針、落針位置偏移引發的斷針等生產事故;針速過慢，也會造成針距偏大導致的花樣拉伸變形、起針不及時導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，主軸轉速的上限是由繡針和繡面交叉時間內繡花機機械性能和繡框伺服電機配合的最高速度而定，而在長針距作業時繡框電機還須與電磁鐵動作密切配合。當然，對繡品圖樣復雜的繡花工藝，其機構運動狀況也是多樣的。作業中繡針和繡框會經常根據不同需要變化運動速度，這時主軸轉速、機針起落速度、繡框平移速度必須聯鎖變化。研究電機升降速的控制也非常重要，這關系到運動配合的準確性和繡品質量。

2.運動控制系統

2.1硬件

系統硬件由單片機及數據存儲、人機交互接口、主軸控制、步進或伺服電機驅動、換色驅動、斷線檢測以及限位檢測裝置等系統組成。

單片機及數據存儲? ? 繡品圖案有專門開發的花樣數據，系統存儲器將花樣數據從U盤讀入并儲存在內存中。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數據儲存空間又作為I/O外設影像存儲區;而系統要求控制器提供512KRAM儲存空間用于存儲花樣數據，因此需要對地址總線進行擴展，增加數據存儲器。系統還具有掉電保護功能，該功能由后備電池保障。

人機交互接口? ?接收人機界面發出的各項指令及參數設置等，執行相應指令，并在屏幕上顯示相應的操作結果。如主軸啟停、升降速指令驅動主軸運動，并由編碼器反饋主軸實時位置。系統接收移框指令后驅動繡框的XY軸運動。換色指令系統驅動換色電機執行換色操作。

斷線檢測系統? ?是對刺繡作業的一道保障。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，根據程序設定發出的報警信號。該系統由張力檢測電路、斷線指示和譯碼電路組成。

限位檢測裝置? ?由4個行程開關組成，確保繡框在規定的機械行程范圍內運動。

2.2軟件

系統軟件按結構化設計，由多模塊組成：USB接口、內存管理、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? ?對繡品花樣數據的U盤進行讀寫和格式化操作。

內存管理模塊? ?識別繡品花樣文件格式、計算花樣的周邊范圍、對花樣文件進行儲存、排序、復制、刪除等操作，并能對花樣的形狀進行適當修改。

鍵盤? ?鍵盤采用友好人機界面設計，并對鍵處理進行了避錯性設計，實現誤操作識別。

顯示系統? ?對當前的設備狀態進行實時和故障提示。如當前設備信息：內存狀況、主軸到位與否、換色到位與否、是否終止;當前花樣信息：編號、總針數、縮放倍數、圖案方向、旋轉角度;當前操作信息：工作方式、換色順序、橫向和縱向數據等。

運動控制模塊? 整個系統的核心部分。系統采用中斷方式處理各個運動過程，實現高速性和實時性。用芯片來控制主軸電機的調速，系統確定改變主軸轉速時立即采用串行中斷方式通知執行調速動作。對控制繡框電機的數字脈沖也采用中斷方式發送，保證繡框電機與主軸電機準確配合。

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

二、發展方向

不斷提升和開發系統功能、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。隨著技術和市場的不斷發展，電腦繡花機高速機械結構的改進和控制系統功能升級成為繡花機提高性能和降低成本的關鍵。單片機決定著控制系統硬件設備的穩定性和可靠性，而軟件才是控制系統功能實現的關鍵，所以滿足需要、判斷和引導市場發展方向的軟件開發是拓展控制功能、增強系統效率、實現經濟效益的重要環節。

智能控制是當今多學科交叉的前沿領域，其專家控制集合專家的實際經驗數據形成專家技術系統，與控制理論相結合，實現對設備系統的智能控制。因此，在電腦繡花機的控制系統中使用專家系統，比如故障檢測系統上引入專家系統。現在的故障檢測系統只是發現和顯示單一部分的故障，有從系統的內在關聯角度給出引發故障的根本原因。而專家系統可以根據數據庫中的專家經驗，提供多方案故障組合情況，引導操作人員發現隱藏原因，排除故障，節約檢修時間，提高工作效率。甚至引入人工智能，設置人機接口，利用該接口實現 專家干預。在有效利用了人類專家在圖形識別、直覺判斷，經驗積累等方面的優勢情況下，系統的解決問題過程更加靈活有效， 結果也更易為用戶接受。

隨著物聯網等技術的發展和高端技術的普及，在刺繡行業中實現智能工廠、設備遠程操作、監測和維護以及客戶特色需求的高端定制都是智能控制系統發展新方向。

參考文獻：

[1]卞海浪，萬星新.基于ARM 的繡花機控制系統設計[J].微計算機信息，2018，8-2：170-172.

[2] 毋玉芝，劉慶華.智能控制及其應用[J].福建電腦，2018，（1） ：6 -7 .