2电脑绣花机控制系统整体结构

2 电脑绣花机控制系统整体结构
本章首先简要介绍电脑绣花机原理、功能要求和整体结构;然后分析主控电路的
组成，分析核心控制板嵌入式ARMPC/104工业控制计算机的特点，给出系统卫O端口地址的分配。

2.1电脑绣花机原理
电脑绣花机的工作原理有点近似于数控机床，不过这里是将刺绣的花样先由打版
师在PC机上通过打版软件生成花样文件，然后将花样文件存贮于软盘或其他介质。

电脑绣花机工作时，主控制器读取存贮于介质上的花样数据，按照一定的规则解码，
进而控制各电机协调运动，绣出各种花样。

其中主轴电机通过传动机构带动主轴旋转，
进而带动针杆，针杆带着线上下运动;而X、Y轴步进电机带动绣框在X、Y轴方向运动，绣品随绣框运动户从而刺绣出图案[20l。

刺绣时主轴电机转速在600。

/而n左右，主轴转动在某两个角度之间时，即在针离开布料到插入布料之间的时间内，X、Y轴步进电机才允许运动。

因此刺绣部分和移框运动部分是绣花机最为重要的两部分，它们
各自独立又相互协调共同完成刺绣过程，如图 2.1所示。

当需要换色时，换色电机转
动，通过传动机构带动针杆箱移动，将穿有其它颜色线的针换上，继续刺绣。

当刺绣
完毕时，剪线电机带动剪刀将线剪断[2ll。

这是电脑绣花机刺绣功能的实现过程。

2.2 电脑绣花机控制系统功能要求
根据电脑绣花机工作原理，可以总结出要实现完整的绣花功能，电脑绣花机控
器需要控制以下对象:
(1)主轴电机速度和位置控制;
(2)X、Y轴步进电机速度和位置控制;
(3)换色电机运动控制;
(4)FO端口读写控制;
(5)断线检测，电磁铁通断控制，行程开关控制，限位开关控制。

主要研究主轴电机速度与位置的控制、步进电机速度和位置的控制、换色电
动、FO端口读写、限位开关、行程开关状态的读取
(3)键盘
键盘是人机交互中重要的输入设备之一，;用户通过键盘向系统发出控制命令。

在
系统开发调试过程中采用PS/2标准键盘。

‘
(4)主轴电机
在主轴电机的选择上，目前市面上电脑刺绣机常采用变频电机、滑差电机和伺服
电机，为了提高系统的性能，通常采用伺服电机〔231，本文选用sANYol.SKW伺服电机和RSIA仍AA伺服驱动器，伺服电机驱动器与电机构成闭环，形成一个伺服系统。

伺服电机驱动器对外提供位置指令、速度指令和力矩指令控制方式，考虑到主轴和绣
框的协调主要是通过主轴位置确定，一此处采用位置指令控制方式，即主控制板对伺服
驱动器发送一定频率的脉冲，由伺服驱动器控制交流电机运动。

同时主控制器通过安
装在主轴上的光电编码器获取主轴位置(转动的角度)。

(5)步进电机
主控制器通过X、Y方向的步进电机驱动器控制X、Y方向步进电机带动绣框运动，
同时与主轴运动相协调。

本文采用三相细分步进驱动器一套，松洋1IOBYG350C步进电机两台;
(6)换色
主控制器通过控制换色电机带动换色杆作水平移动实现换色，同时通过霍尔元器
件检测针位信息，确定针位信息。

(7)拉杆
通过检查拉杆对应的FO端口状态信息，获取拉杆状态，使刺绣启动或停止。

(8)以太网
方便了多台绣花机组网，可以通过以太网传输花样、获取绣花机运行状况、生产
信息统计，可以实现远程控制。

2.4电脑绣花机控制系统主控电路
电脑绣花机控制系统核心部分是主控电路，本文研究的电脑绣花机控制系统主控
电路由核心控制板和端口扩展电路两部分构成。

核心控制板选用深圳科思有限公司的
的嵌入式ARMPC104工业控制计算机主板(CS一2215)，端口扩展板以CPLD为核心进行刀O端口扩展，二者之间通过代1104插槽相连接，如图 2.4所示。

2.411核心控制板选择
核心板是采用53C2410微处理器为CPU的嵌入式工业计算机主板(深圳科思有限
公司CS一2215)，之所以采用它作为系统的核心控制板，主要是考虑到它具有以下优
点[24从
(1)高性能
该主板使用200MHz以上主频的32位微处理器，系统总线looM石醚，运算速度快。

(2)接口丰富
该主板上有2路UsB、LcD接口、5个串口、Ps/2键盘、Ps左鼠标、矩阵键盘接口
标准PC/104总线接口。

其提供的诸多接口满足了电脑绣花机功能要求，大大减少了开
发的工作量，提高了系统的可靠性。

(3)标准PC/104结构
针对电脑绣花机功能要求开发的端口扩展卡支持PCll04总线，二者通过PC104
标准接口相连，安装方便。

同时采用“自栈式”结构，减小了系统的整体体积。

(4)良好的软件兼容性
嵌入式工业计算机主板采用ARM架构的微处理器，支持嵌入式Unux、Vxl汉ork 等操作系统。

几考虑到嵌入式unux的稳定性和成熟的内核通用模块，本文采用嵌入式Linux作为操作系统，在此基础上开发电脑绣花机控制系统软件。

2.4.2FO端口地址分配.
电脑绣花机控制系统对外部设备的控制和检测主要是通过读写刀0端口实现，本
文所有的阳端口都通过尤/1似总线进行扩展，采用CPLD进行地址译码、读写控制和状态传辙均。

下面给出拍端口地址的分配。

(1)输入信号
①针位及各种开关信号
信号定义如下:
AL一:步进电机驱动器报警信号(高有效);
JXJC:剪线回位信号(低有效);
KXJC:扣线回位信号(低有效);
GXJC:勾线回位信号(低有效);
X+、X一、Y+、丫:绣框限位开关(低有效);
STOP:停机拉杆开关(低有效);
SLOW:慢动拉杆开关(低有效);
wORK:启动拉杆开关(低有效);
HALF:针位半回转信号(高有效);
N3一NO:针位编码信号(8421码)。

②光电编码器脉冲记数器
FO地址:0xll000282(16位数据总线)
有效数据位10位DO一Dg。

光电编码器每圈1000个脉冲，零位脉冲复位记数器。

③中断信号定义
IRQ3:断线检测信号;
IRQ4:光电编码器零位脉冲信号;
工QS:停电检测信号。

(2)输出信号定义
①电机驱动信号及其它
FO地址:0x1l0()0288(16位数据总线)
表2.4.2.2.1电机驱动信号端口地址信号定义如下：。