高速电子提花机数据传输方法设计

卢雪萍 任沙浦

(绍兴文理学院 工学院,浙江 绍兴312000)

电子提花机的控制系统一般由电子控制主控制器和信号传输驱动接口两部分组成.主控制器主要用于获取花型数据，显示提花系统信息以及传送花型数据和控制信号；信号传输驱动接口完成提花信号的传输和驱动放大，通过电磁阀的动作来控制每一根提针的动作.

随着电子技术的发展，电子提花机控制系统的主控制器芯片由传统的工控机[1]、单片机[2-3]逐步发展到嵌入式ARM[4-5]，FPGA[6]，主控制器获取花型数据的方式也呈现出多样化，由传统的软盘读取，到逐步采用SD卡[7]、优盘[8]以及网络获取[9].为了提高数据传输的速度，数据传输方式有了一些改进，但对大针数提花机来说，数据传输的速度提高效果不明显.

1 传统型电子提花机控制系统数据传输方式

传统的电子提花机控制转接口传送数据的方法有两种.最常见的适合小型提花机的一种方法是将每一纬的N个数据串行移位传送至电磁提花装置中，循环重复；另外一种方法是将每一纬的数据先分流到M个I/O接口板上，然后M个I/O接口板中的N/M个数据同时串行移位到每个电磁驱动板上，再循环重复[10].对于大针数的电子提花机，数据位有10 000多位，第一种方法完全采用串行移位传送，传输速度太慢，并且出错概率大；第二种方法虽然采用了数据分流，减少了串行移位的数据量，但是每一纬的数据都要先分流到M个I/O接口板上，消耗的时间多，对提高传输速度的效果不明显.

2 改进型数据传输系统原理设计

电子提花机控制系统将每一纬的花型数据传送到电磁提花装置的时间以及正确率是决定电子提花机工作速度和效率的关键.为解决现有技术中存在的不足，本文提出了一种高效率的数据传输方法.在连接主控制器的每个I/O接口板中增加一片CPU，使所有的I/O接口板中的CPU与主控制器CPU构成主从多机通讯.在提花机更换花型要进行下一个提花工作开始之前，控制系统主控制器根据I/O接口板的个数M，将整个花型数据(纬数乘以每纬针数N)按针数顺序分离成M组，以串行通讯的方式分别传送到M块I/O接口板的存储器中.为了提高信号传输的可靠性，数据传送过程采用485多机通讯，数据以差分方式传输.改进型电子提花机数据传送原理见图1.

当提花机提花工作开始后，M块I/O接口板独立工作，将各自当前纬的N/M个数据串行移位到每个电磁驱动板上，在主控制器统一时序控制下，同时并行输出构成一纬完整的电子提花数据.每块I/O接口板存储数据量为整个花型纬数*N/M位，独立控制，正常工作时，每块I/O接口板在统一的时序控制下独立工作，循环向电磁驱动板发送每纬对应的N/M个数据，不用再从主控板接收数据.从某种意义上来说，将针数为N的电子提花机转换为N/M针数提花机，大大提高了工作效率，解决了大针数电子提花机数据多、传输速度慢、错误率高、效率低的问题.以10 752针为例，如果采用16块I/O接口板，则正常工作时每块接口板上的672位/纬数据将同时向外部移位寄存器中发送，相当于针数为672的提花机正常工作，数据传输时间只需原来的1/16.

3 下位机接口板硬件设计

各下位机接口板的功能是接收并存储主控制器发送来的提花控制数据段，还要控制提花数据的移位串转并、数据检测、数据并行输出以及出错判断.下位机控制板由下位机CPU、信号驱动器以及移位寄存器构成.下位机原理结构图见图2.

下位机接口板通过N个4094移位寄存器在控制信号CLK,STB,OE的作用之下实现数据的串转并.当串联的移位寄存器个数较多时，为了保证控制信号移位串行移位信号的稳定性，可以在多个移位寄存器的中间设置中继驱动器芯片2804.CPU通过端口串行输出数据DATA_IN.当下位机CPU在移位时钟CLK时序下串行移位输出第i纬数据时，i-1纬的数据通过最后一个移位寄存器的输出端返回至下位机CPU，下位机CPU将返回的数据与原来存储的数据比较.如果两者一致，则输出锁存信号STB将第i-1纬数据锁存，并等待上位机的同步时钟信号，产生输出有效信号OE，使所有移位寄存器端口的第i-1纬数据并行输出给电磁驱动板；如果不一致，下位机CPU则重新输出第i-1纬数据.

4 数据传输流程软件设计

4.1 花型数据串行移位传输过程

正常工作时，各I/O接口板与主控板是独立的，各I/O接口板独立向外移位数据，并在同步时钟作用下同时发送各提针的电磁驱动信号．在移动数据的同时，将移位寄存器的数据读回到控制主机中，读回的数据与发送数据相比较，检查数据是否发送正确．如果所有数据正确，则延时等待同步触发信号，将所有移位寄存器的数据一次性送入磁铁板中；每块I/O板上的数据比较完毕都会延时等待，在等待过程中，如果有I/O接口板中的数据出错，则将出错标志位置位，并输出中断请求信号，由于每块I/O接口板的中断请求信号由开漏端口输出，采用线与方式连接在一起，则每块I/O接口板中的CPU将都进入出错中断处理，直到重新启动.各下位机主程序流程图见图3．

4.2 出错报警保护

一旦有I/O板上的数据出错，每块I/O板上的CPU都进入中断服务程序，检查自己的出错标志位；如果是本接口板数据出错，则清除出错标志，显示错误编码并将运行标志清零，使接口板停止工作，以便工作人员判断错误数据位；如果没有出错，则直接将运行标志清零.程序流程图见图4.

5 结束语

该数据传输方法适用于各种电子提花机的主控系统，可以与当前采用ARM、FPGA芯片作为处理器的主控制器联合使用，不受帧数的限制.采用该方法对原有的控制系统进行二次开发，可灵活配置下位机接口板的个数，满足任何针数的提花工作要求.

参考文献：

[1] 苏小会,徐淑萍.基于PC工控机的提花控制系统[J].现代电子技术，2003(20):88-90.

[2] 孙雷,卢建刚,孙优贤.基于单片机的新型提花机控制器[J].纺织学报,2007,28(7):112-115.

[3] 项功宏,陈奇.基于单片机的提花机控制系统设计[J].机床与液压,200512):153-155.

[4] 张建义,袁嫣红.基于ARM的提花机控制系统设计[J].机电工程,2006(3):6-8.

[5] 冯思轶,张维新.基于ARM的电子提花机嵌入式控制系统设计[J].微计算机信息,2009(25):149-152.

[6] 刘可,徐伯庆.基于FPGA的电子提花机控制系统[J].上海理工大学学报，2004，26(2)：169-171.

[7] 张露露.大针数电子提花机控制器的设计[J].杭州：浙江理工大学,2010.

[8] 吴鸿雁,孙晓琴,尤丽华.基于单片机C8051F020的电子提花机控制器的设计[J].计算机工程与设计,2008，29(23)：6006-6008.

[9] 朱爱明，钟铭.基于网络的高速电子提花机及其控制系统[J].纺织导报，2006(10)：143-147.

[10] 张建义,张露露.基于FPGA的大针数提花机控制器设计[J].浙江理工大学学报,2010,27(3)：353-356.