基于ARM的电子提花机网络控制系统.pdf

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1、第2 8 卷第2 期 2 0 0 7 年2 月 纺织学报 J o u 咖lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 2 F e b 2 0 0 7 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 ) 0 2 0 1 1 5 0 4 基于A 肼的电子提花机网络控制系统 吴振谦 ( 宁波大学科技学院，浙江宁波3 1 5 2 1 1 ) 摘要为提高国产电子提花机的网络控制能力，在现有电子提花控制系统的基础上，结合嵌入式以太网控制技 术，设计新的电子提花机网络控制系统。利用流行的R m 0 1 9 A s 作为嵌入式以太网控制接口；扯c ，

2、0 s 一作为系统软 件平台，集成网络堆栈和各种控制管理任务；用A R M 微处理器，C 2 1 3 x 作为嵌入式系统核心部件，扩展多种硬件 接口并在其上集成特定的嵌入式实时操作系统肚c ，O s 一。试验表明，该系统性能稳定，有良好人机界面，能够实 现网络控制功能。 关键词“C ，0 s 一；L P c 2 1 3 x ；电子提花；嵌入式工业以太网 中图分类号：吼7 4 5文献标识码：A E m b e d d e di n d u s t r i a lE t h e r n e ts y s t e mo fe l e c t r o I l i cj a c q u a r db 嬲

3、e do nA l t M W UZ h e n q i a l l ( & _ j l o o Z 矿s c 拓，& 死矾加如g y ，州，l 曲o 矗E M 毋，州，1 9 6 0 ，夙叫o n g3 1 5 2 1 1 ，仍i M ) A b s t r a c tT oi m p m V en e t w o r kc o n t r 0 1a b i l i t yo fh o m e m a d ee l e c t r o n i cj a c q u a r d ，an e wp r o j e c to fe l e c t m n i c j a c q u a 耐n e

4、t w o r kc o n t r o ls y s t e mi nw h i c ht e c h n o l o g y “E I l l b e d d e dI n d u s t r i a lE t h e m e tS y s t e mi si n t e g r a t e d ，i s d e V e l o p e db a s e do np r e s e n te l e c t r o n i cj a c q u a r dc o n t m ls y s t e m I nt h i sw o r k ，t h ep o p u l a rc h i p

5、s e tR T L 8 0 1 9 A S i sa p p l i e da se l b e d d e dE t h e m e ti n t e I f a c e ；t h ep o p u l a rr e a l t i m ee n l b e d d e ds y s t e m 弘C O S 一 i n t e g m t e dw i t h n e t w o r ks t a c ka n d m a n a g e m e n tt a s k a sf u n d a m e n t a ls o f t w a r e p l a t f o H n ； a

6、n dt h e p o p u l a rA R Mp m c e s s o r I J C 2 1 3 Xw i t hr i c he x t e n d a b l eh a r d w a I 七i n t e I f a c ea sc o I em i c I D p I o c e s s o ro ft h ew h 0 1 es y s t e mw i t hs p e c i 6 c f i m w a r eo f 弘C O S 一 i n t e g r a t e d A se x p e r i m e n t a t i o na r g u i n g ，

7、t h i ss y s t e mi ss t a b l ew i t hn i c eh u m a n m a c h i n e i n t e 五a c ea n dp e d e c tn e t w o r kc o n t m lf u n c t i o n K e yw o r d s弘C 0 S 一；L P C 2 1 3 x ；e l e c t r o n i cj a c q u a 耐m a c h i n e ；e H l b e d d e di n d u s t r i a lE t h e m e t 随着现场总线技术的发展，工业以太网控制已 经成为工

8、业控制领域非常成熟且应用广泛的技术。 工业以太网和标准以太网一样符合I E E E 8 0 2 3 技术 标准，但是对信号稳定性和协议安全性提出了更高 的要求。把工业以太网技术应用在嵌入式系统上， 就形成了嵌入式工业以太网技术，但是它不是简单 地将智能控制节点联人以太网。嵌入式以太网设备 要有很好的现场稳定性和可靠性，除了要用工业级 的以太网控制芯片外，对系统软硬件开发也提出了 更高的要求。 国外的电子提花机如B o n a s 和s t a n b l i 的产品都 具有相当强的网络通信控制功能，用户能够实现大 规模厂房的联网控制，实时监控各台提花机的织造 参数和生产效率，实时更改或下传织造

9、文件，并且提 供了可编程功能，完全实现自动连续织造和无人看 守，系统节省人工，降低成本，大大提高了劳动生产 率。国内的电子提花机虽然大部分产品具有电子控 制功能，但还不能实现网络化控制，同时国内提花机 控制系统界面单一，功能简单。本文描述了一套应 用嵌入式工业以太网控制技术实现控制的电子提花 机系统，它弥补了现行国产提花机的不足，具有很强 的竞争力和较高的生产效率。 目前部分国产电子提花机的控制系统采用 P c l 0 4 模块加D O s 操作系统实现，经过实践发现该 收稿日期：2 0 0 6 一0 4 2 2修回日期：2 0 0 6 1 0 1 2 作者简介：昊振谦( 1 9 7 9 一)

10、 ，男，讲师，硕士。主要研究领域包括电子提花控制系统、嵌入式系统、工业以太网等。 E - m a i l ：w u z I I e n q i a n s o h u c o m 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 1 1 6 纺织学报 第2 8 卷 系统为单任务系统，不能实现网络控制，而且P C I 0 4 模块体积大、功耗大、生产成本很高。为了提高系统 性能，采用目前流行的A R M 7 核的I J P c 2 1 3 8 芯片，由 P h i

11、 l i p s 公司生产，具有3 2k B 片内R A M 和5 1 2k B 片内 F L A s H 存储器，功能强大。软件采用源代码公开的 肛c ，O S 一嵌入式实时操作系统，具有代码简练，性能 可靠的优点。 1 系统整体方案框架 嵌入式工业以太网电子提花控制系统主要由微 处理器、L c D G u I 模块、信号同步模块、电子选针驱 动模块、提花龙头检测模块、以太网接口控制模块、 键盘输入模块等部分构成。系统整体方案见图l 。 龙头检测K = = = = 爿选针驱动 同步信号 键盘模块 G U I L C D 外括F L A S H 存储器 L P C 2 1 3 8 嵌入 式微处

12、理器 网络接口 控制设备 图l 系统整体方案框图 F j g 1S y s t e mb l o c kd i a g m m 图1 只是整个控制系统的功能框架，没有列出 详细的硬件电路，比如电源系统。该控制系统的电 源由电子龙头电源控制箱提供，该电源控制箱把 3 8 0v 三相交流电源转换为2 4v 龙头电磁选针驱动 电源，在控制系统电路板上使用7 8 0 5 得到5V 直流电 源，使用s P x l l l 7 得到3 3 VL P c 2 1 3 8 电源，当然要 加耦合和隔离器件。 2 机电控制系统 电子提花龙头利用电磁阀的电磁力选针，机械 力提升经纱来完成提花过程。电子提花控制系统通

13、 过提花装置的控制接口传送提花数据，经信号驱动 放大后，有选择地驱动电磁阀线圈，电磁阀吸，则经 纱提升；电磁阀不吸，则经纱不提升。电磁阀吸与不 吸，何时吸等是电磁驱动控制的主要工作。图2 为所设计的提花驱动电路框图。 图2 提花驱动电路框图 F i g 2 F u r l c t i o n a lm o d e ld i a g r a mo fj a c q u a r dc o n 祧n gs u b s y s t e m 龙头检测模块用来检测每根经纱是否正确提 升，用锁存器锁存所有选针状态，并逐行扫描实现检 测。而电磁阀选针信号的输出同步用霍尔器件实现 采样，由综纱提升原理可知，电磁

14、阀在选片钩与电 磁阀最近的前后一段角度内工作即可，所以只要送 电磁阀开始和关闭2 个同步信号幢1 。 3 嵌入式网络接口控制 在实现基本的机电提花控制之后，主要的工作 就是搭建嵌入式“c O s 一系统，实现嵌入式工业以 太网的嵌入，组建以太网络进行联网控制。 工业以太网接口设备采用R T L 8 0 1 9 A s 芯片，它 是R e a l l 陀k 公司生产的一种全双工以太网控制器， 内置1 6k B 的s R A M ，收发可同时达到1 0M b p s 的速 率，支持E t h e m e t 和I E E E 8 0 2 3 、1 0 B a s e 5 、1 0 B a s e

15、2 、 1 0 B a s e T 。该网络接口的硬件结构见图3 。 A E N 虱 E E C S E E S K E E D I E E D O I O R B I O W B A r 9 3 C 4 6 E E P R O M A R M 图3 网络接口硬件结构图 F i g 3 H a r d w a T ec o 曲g u r 矗o no fn e t w o r ki n t e r f a c e 粼一 R T L 8 0 9 A S 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remo

16、ve the watermark 第2 期吴振谦：基于A R M 的电子提花机网络控制系统 1 1 7 在系统上电复位后，系统的初始化代码把 R T 璐0 1 9 A s 需要的初始化工作数据如网络配置和地 址信息等从外围E E P R O M 读取出来由R T 璐0 1 9 A s 使用。E E P R O M 选取通用的A 四3 C 4 6 芯片，属于串 行E E P R O M ，容量4 k b i t s 。 运行多进程的肚c O s 一之后，系统主要工作除 了管理整个织造过程，还要进行网络控制和传输，所 以软件上的网络驱动程序即网络协议堆栈的搭建成 为软件设计的主要工作1 。软件堆栈

17、的框图见图4 。 田团目 二j 回 图4 网络协议堆栈框图 F i g 4 P r o t o c o lf u n c t i o nb l o c k s 肚c O s 一嵌入式系统本身并不带T c P ，I P 的驱 动堆栈，所以必须把另外一个嵌入式系统”c l i n u x 驱 动堆栈移植到基于L P C 2 1 3 8 和R T L 8 0 1 9 A s 的硬件平 台的肚c ，O s 一之上，移植过程方便可靠。 利用以上技术搭建了嵌入式工业以太网控制系 统之后，需要构建多个系统的以太网结构，图5 为以 太网结构图。这样的总线式结构简单，性能较好，是 常见的以太网络结构。 图5 总

18、线式以太网结构图 F i g 5 B u st o p o l o g yo fE t h e m e t 以上详细描述了机电控制和网络控制部分，其 余模块如G u I 硬件电路和键盘控制不作详细介绍。 4 p C o S 一系统的整体软件构架 对于整个系统而言，各个模块的整合是至关重 要的工作，关系到系统的可靠性，也是设计的难点， 需要不断的调试和分析才能完成。“c O s 一系统 本身代码规模很小，只具备简单的任务调度等功 能4 | ，在本系统中，必须在其上加上很多相对复杂的 软件模块如文件系统、G u I 、以太网协议堆栈及电子 选针控制、龙头检测和同步信号中断等，整个系统软 件较复杂。

19、图6 为设计过程中采用的肚c O S 一软 件组织结构。 内 核 任 务 调 度 内核任务间通信 I _ J1 _ J 厂 l 读写I l I 文件l I I 任务l I _ J 圈 l 任务I 1 _ J园I _ J 因 厂 l T c P I P I I 代码I 1 _ J 围困 微处理器及各模块硬件( L c D 依e y b o a r d C l o c k F l a s h R T L 8 0 1 9 A s 并行输出) 图6 ”c 0 s 一软件组织结构图 F i g 6 T 聃km o d e ld i a g r a mb a s e do n 肛C ，0 S 一 任务优先

20、级分配如下：选针驱动任务1 ；龙头检 测任务2 ；文件读写任务3 ；界面处理任务4 ；网络服 务任务5 ；人机交互任务6 。 同步信号的采样采用F I Q 快速中断，时钟信号 采用I R Q 向量中断，当然网络处理中也有I R Q 向量 中断使用等，不具体描述。 为了实现对时钟的精确控制，选用外部晶振为 1 1 0 5 92M H z ，肛c O s 一系统时钟节拍间隔选择为 1 0m s 。为了在进行网络控制的同时进行实时生产 控制和界面操作或文件操作，对优先级低的任务( 如 文件读写、界面处理和网络服务) 进行延时调度，以 便满足生产控制的实时要求。此设计经过测试，符 合电子提花机的实时控

21、制要求。 5结语 基于A R M 的电子提花机网络控制系统在设计 中的主要困难是软件设计所带来的系统不稳定，经 过多次调试性能趋优。类比国外的网络控制电子提 花机，该产品成本低，性能可靠，配合优秀的服务器 监测软件，能够实现国外提花机的全部网络控制功 能，大大提高了生产效率。 冈H 引U 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第2 8 卷 基于A R M 的电子提花机网络控制系统的开发 为其它肚c 0 s 一小型系统的开发提供了借鉴，也为 肚c

22、O s 和A R M 系列芯片的嵌入式工业以太网控 制应用提供了很好的技术参考。鹈 参考文献： 2 3 4 械，2 0 0 1 ( 6 ) ：2 2 2 4 张森林，陆洪斌电子提花龙头的设计和实现 J 纺 织学报，2 0 0 5 ，2 6 ( 4 ) ：2 5 2 6 项敏，王学军嵌入式工业以太网控制方案的研 究 J 现代电子技术，2 0 0 4 ，( 4 ) ：4 9 6 2 J e a nJL a b r o s s e 嵌入式实时操作系统扯c 0 s M 邵贝贝，译2 版北京：北京航空航天大学出版社， ( 上接第1 1 4 页) 果很好，若将其用于普通织布机，还要进一步研究耐 1 9 9

23、 7 ：1 5 0 一1 8 0 磨材料。绳牵引磁梭引纬机构可以在用纬量不大及 4 郑智毓，陆宜7 I T r 9 6 型剑杆织机引纬系统的测试分 季变量豢竺徽堂拿雾! 等统的击矧纬鬯曼墨! 二鬻嚣羞温：森誓姜优化洲n 于布样织造样机和小型织机。蝴 一。荔蒺墨箍，淼：，荔2 3 j ：羔：_ “。 参考文献： 6 孙越励，骆嵇宗磁力引纬织机的原理和实践 J 丝 1 夏金国，李金海织造机械 M 北京：纺织工业出版 7 刘平，方绍恩一种新型织机一磁力引纬织机 J 上 2 赵克中磁力驱动技术与设备 M 北京：化学工业出 版社，2 0 0 4 ：2 2 2 5 3 沈世德实用机构学 M 北京：中国纺织出版社， 8 吴努，钱永明，莫亚梅4 3 米磁性引纬织机共轭凸轮 引纬系统的综合 J 南通工学院学报，2 0 0 3 ，2 ( 2 ) ：2 6 2 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark