基于ARM的针织横机嵌入控制系统设计

姜 宇

（广东职业技术学院，佛山 528000）

基于ARM的针织横机嵌入控制系统设计

姜 宇

（广东职业技术学院，佛山 528000）

本文对与企业合作开发的电脑针织横机的控制系统部分进行介绍。该控制系统引入了嵌入式系统设计的方案，嵌入式系统控制核心采用32位ARM7内核微处理器，控制软件采用模块化设计，便于系统功能扩充和修改。实践中，此控制系统运用效果良好，有一定的借鉴作用。

嵌入式 ARM 模块化 C语言 伺服电机

针织横机属于针织机械的一种，一般是指横编织机，即采用横向编织针床进行编织的机器，广泛用于家庭、毛线毛衣店、羊毛衫厂、围巾帽子企业、服装服饰等企业编织。近年来，在各类纺织机械展览上，电脑针织横机成为横机新的发展方向。它的花型编织的创意创新，与其他传统的针织机械相比尤甚。尤其随着计算机技术的快速发展，激发了市场对电脑横机的巨大需求。

本文以与广东省阳江一家企业合作开发的一台半自动针织横机为例进行介绍分析。针织横机包括传动、给纱、牵拉、机头三角、检测、显示及控制系统等主要机构组成。其中，控制系统设计要求为：（1）处理能力强，能对外部事件进行及时准确的响应；（2）控制系统健壮可靠，能适应噪声高、振动大和尘埃多的恶劣工作环境；（3）完善的编织控制能实现目前市场上流行的大多数花型的编织；（4）友好的图形界面，方便用户控制输入和状态输出。依据控制要求并综合芯片式设计与工控机设计两者的优缺点，本方案采用单片机嵌入式系统设计。

1 嵌入式控制系统硬件设计

中控系统是横机结构的核心——横机控制器，其依据编织要求的输入信号及机器反馈的同步信号，通过判断、运算发出控制指令，实现编织的相应特定动作。特定动作的实现主要是相应的电机和电磁铁的控制。电机包括：1套交流伺服电机，作为主传动电机，通过同步皮带传动带动机头运动；1套步进电动机，控制机械手横移距离，即针距；1套步进电动机，控制机械手收针动作；1套步进电动机，控制机械手举手位置。控制加针和调节针织密度的电磁铁有14套，具体分为：加针选择电磁铁分前后针板2组，每组含2套电磁铁；调节针织密度选择电磁铁分左、右联动2组，每组5套。

控制系统的核心部分则是微处理器。本控制系统采用PHILIPS 32ARM处理器LPC2292。LPC2292是一款基于16/32位ARM7TDMI-S的CPU，片内带有高速FLASH存储器，集成了丰富的外设功能并支持芯片加密。另外，LPC2292可在线编程，方便日后的系统软件升级。

围绕微处理器LPC2292设计的嵌入式控制系统硬件结构，如图1所示。从图1中可看出，控制系统结构图共分为5大模块：控制机头模块、控制机械手模块、控制电磁铁模块、控制显示与输入模块和中断信号的输入模块。

图1 控制系统结构图

2 嵌入式控制系统软件设计

由于控制对象动作并不很复杂，主要是机头与机械手的动作配合。因此，系统无需操作系统，只需编写具有实时性的控制程序即可实现。为方便今后系统的扩展、修改和程序的模块化，系统的主控制程序流程如图2所示。

图2 主控制程序流程图

系统上电之后，自动进入初始化程序，控制逻辑就绪，所有输出清0，进入待命状态，等待操作员指令。操作员在选择好编织工艺类型后，系统即按设定的判断、控制指令完成相应的横机的动作控制，从而实现相应编织工作。

在横机工作过程中，除了相应的编织动作的控制输出信号外，控制器还需要实时采集各部件上的传感器反馈输入信号，以监控整个编织动作。一旦发现有错误反馈信号，必须立即停车并报警，待排除故障后方可运行。停车前必须记录当前针的位置状态，当故障排除后，控制器控制机头从故障发生时编织的位置继续编织。这样整个织物就不会因为意外中断而废掉或编织不合格了。

在整个控制系统程序中，横机机头的伺服电机控制程序为最核心部分，程序编写最难。伺服电机控制程序的功能设计流程如图3所示。伺服电机的驱动功能由系统微处器提供协处理，主要包含伺服电机旋转编码器的计数与辨向，报警信息的处理，内部中断申请机制和中断向量表等。

图3 伺服电机控制程序流程

3 结语

本针织横机控制系统采用了先进的嵌入式设计方式，硬件主体是以先进的嵌入式处理器ARM芯片为核心构成，同时软件设计采用实时嵌入式模块化的程序设计的方案。这样的设计使整个控制系统能较好地对外部事件进行及时准确的响应，且既较好地满足了系统实时性要求，又方便了程序的开发和维护。在实践运用中，由本控制系统控制的半自动针织横机运行平稳，效果良好。这种控制系统的设计方式可以为以后开发更复杂的带操作系统的全自动针织横机的控制系统提供借鉴和帮助，也是本控制系统需进一步改进和提高的地方。

[1]赵展谊.针织工艺概论[M].北京：中国纺织出版社，2003. [2]张绮文.ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]陈继辉.C语言嵌入式系统开发[M].北京：中国电力出版社，2003.

Design of Embedded Control System for Knitting Machine Based on ARM

JIANG Yu
(Career Technical College, Foshan 528000)

This paper introduces the control system of computerized flat knitting machine. This control system introduces the embedded system design, the embedded system control core uses 32 bit ARM7 core microprocessor, the control software uses the modular design, is advantageous for the system function expansion and the revision. In practice, the control system has good effect, and it can be used for reference.

embedded, ARM, modular, C language, servo motor