專(zhuān)利名稱(chēng)：基于cpu和fpga結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)縫紉機(jī)的控制領(lǐng)域，具體指一種基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速 工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)的提高，生產(chǎn)型企業(yè)的利潤(rùn)和其設(shè)備的生產(chǎn)速度有著密切的 聯(lián)系。各個(gè)行業(yè)都在不斷地改善設(shè)備的運(yùn)行速度，以提高生產(chǎn)速率從而獲得更多的利潤(rùn)，在 皮革加工行業(yè)同樣是這種情況?，F(xiàn)行中的工業(yè)縫紉機(jī)的控制系統(tǒng)要么速度很慢，要么價(jià)格 非常貴，又或是縫制的線(xiàn)條或者圖案效果不理想。而利用CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉 機(jī)控制系統(tǒng)不僅價(jià)格便宜，而且速度很快，通過(guò)對(duì)軟件的優(yōu)化，能夠準(zhǔn)確的縫制各種復(fù)雜的 線(xiàn)條和圖案，使生產(chǎn)效率大幅度提高。目前在國(guó)內(nèi)外有很多關(guān)于工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的文獻(xiàn)和產(chǎn)品。公開(kāi)號(hào)為 CN101012604的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種名稱(chēng)為《工業(yè)縫紉機(jī)電腦控制系統(tǒng)》發(fā)明專(zhuān)利，該 發(fā)明采用模塊單元化結(jié)構(gòu)，各單元內(nèi)部相對(duì)獨(dú)立、自成體系，集成化程度高，可以根據(jù)工業(yè) 縫紉機(jī)主機(jī)的不同，靈活配置相應(yīng)的部件構(gòu)成系統(tǒng)。該發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的不足之處在于采用 單個(gè)的CPU控制，CPU的工作量大，速度不夠快，而且成本也很高。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的速度慢以及價(jià)格昂貴的問(wèn)題、縫制的效果不理想 等問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)。一種基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)，包括由主控CPU(l)、大規(guī) 模集成電路FPGA(2)、車(chē)頭輸入輸出控制板(10)和液晶花樣打版器(11)組成本實(shí)用新型的 控制單元，存儲(chǔ)器(4)用于存放系統(tǒng)軟件，以及系統(tǒng)運(yùn)行中生成的各種數(shù)據(jù)文件，位置傳感 器(4)對(duì)機(jī)針進(jìn)行定位，由主軸伺服電機(jī)(5)、多路步進(jìn)電機(jī)(6)組成本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)單 元，由控制面板(12)組成本實(shí)用新型的的操作顯示單元，由開(kāi)關(guān)電源(13)構(gòu)成本實(shí)用新型 的供電單元，開(kāi)關(guān)量輸入輸出(8)和踏板(9)為系統(tǒng)的輔助動(dòng)作單元。主控CPU(l)分別與大規(guī)模集成電路FPGA(2)、存儲(chǔ)器(3)、液晶花樣打版器(11)、 控制面板(12)互連，大規(guī)模集成電路FPGA(2)分別與主控CPU(l)、主軸伺服電機(jī)(5)、開(kāi)關(guān) 量輸入開(kāi)關(guān)量輸出(8)、車(chē)頭輸入輸出控制板(10)互連，位置傳感器⑷和踏板(9)分別連 接至大規(guī)模集成電路FPGA(2)上，大規(guī)模集成電路FPGA(2)和變壓器分別連至多路步進(jìn)電 機(jī)(6)上。存儲(chǔ)器⑷可以是焊接到主控CPU (1)上的內(nèi)存，也可以是連接到主控CPU (1)的 SD存儲(chǔ)卡；大規(guī)模集成電路FPGA (2)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB15、DB25與車(chē)頭輸入輸出控制板(11) 互連；開(kāi)關(guān)電源(14)為主控CPU(l)、大規(guī)模集成電路FPGA(2)提供電源；多路步進(jìn)電機(jī)(6) 由變壓器(7)提供供電電源。主控CPU(l)的軟件部分主要是控制大規(guī)模集成電路FPGA(2)以及與大規(guī)模集成電路(2)連接的設(shè)備包括位置傳感器(4)、主軸伺服傳感器(5)、多路步進(jìn)電機(jī)(6)、開(kāi)關(guān)量 輸入開(kāi)關(guān)量輸出⑶、踏板(9)、車(chē)頭輸入輸出控制板(10)的控制和通信，以及對(duì)存儲(chǔ)器(3) 的讀寫(xiě)。其軟件的工作流程是對(duì)主控CPU(1)上電后開(kāi)始初始化，系統(tǒng)初始化完成后對(duì)上 次操作的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)并開(kāi)始裝配新的數(shù)據(jù)，裝配的內(nèi)容主要是與主控CPU(l)相連的設(shè) 備的數(shù)據(jù)。配置完成后，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，如果需要進(jìn)行打版器通信則進(jìn)行通信指令的執(zhí) 行，包括有數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)的修改以及參數(shù)的設(shè)定，打版器主要是針對(duì)花樣打版的一些數(shù) 據(jù)、參數(shù)設(shè)定以及與I/O 口通信；如果不需要進(jìn)行打版器通信則進(jìn)行操作板的通信指令執(zhí) 行，操作板的通信指令主要包括標(biāo)準(zhǔn)界面操作、展開(kāi)目錄視窗、顯示資料設(shè)定的輸入界面、 顯示移動(dòng)鍵的輸入界面和顯示資料輸入的目錄等，操作板主要針對(duì)打版器的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行 花樣縫制；如果不需要進(jìn)行操作板通信則啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行操作進(jìn)行花樣的自動(dòng)運(yùn)行；如果不 啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行，開(kāi)始讀取時(shí)鐘、溫度、電壓等的狀態(tài)開(kāi)始下一次的工作狀態(tài)的運(yùn)行，即又回 到打版器通信部分進(jìn)行操作。大規(guī)模集成電路(2)功能主要對(duì)與其連接的位置傳感器(4)、主軸伺服傳感器 (5)、多路步進(jìn)電機(jī)(6)、開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出(8)、踏板(9)、車(chē)頭輸入輸出控制板(10)的 控制和通信，以及接收主控CPU(1)的指令。其工作流程是對(duì)大規(guī)模集成電路(2)上電后 開(kāi)始初始化操作，系統(tǒng)初始化后進(jìn)入中斷系統(tǒng)，此時(shí)要對(duì)伺服編碼器進(jìn)行檢測(cè)，如果不需要 中斷或者伺服編碼器檢測(cè)完畢則進(jìn)行與主控CPU的通信，如果沒(méi)辦法通信回到中斷系統(tǒng)重 新對(duì)伺服編碼器進(jìn)行檢測(cè)，如果可以通信則掃描步進(jìn)電機(jī)的每一路的運(yùn)行、以及各路運(yùn)行 比例情況和主控CPU讀取伺服編碼器的操作，之后回到中斷系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。本實(shí)用新型主要在控制單元采用了 CPU和FPGA結(jié)構(gòu)，與控制面板、存儲(chǔ)器的通信 由主控CPU(l)完成，將要求反應(yīng)速度快、計(jì)算工作量多的部分如與主軸伺服電機(jī)(5)、多路 步進(jìn)電機(jī)(6)、開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出(8)以及車(chē)頭輸入輸出控制板(10)的通信和控制交 由大規(guī)模集成電路FPGA(2)完成，主控CPU(l)通過(guò)對(duì)大規(guī)模集成電路FPGA (2)的控制來(lái)控 制整個(gè)系統(tǒng)，這樣大大減輕了主控CPU(l)的負(fù)荷，提高了工業(yè)縫紉機(jī)的運(yùn)行速度，并且單 片機(jī)的價(jià)格十分便宜，從而也降低了整個(gè)控制系統(tǒng)的成本。

圖1是本實(shí)用新型基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 框圖；圖2是本實(shí)用新型基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的主控 CPU(l)的軟件流程圖；圖3是本實(shí)用新型基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的大規(guī)模集 成電路FPGA⑵的軟件流程圖。圖中，1.主控CPU 2.大規(guī)模集成電路FPGA 3.存儲(chǔ)器4.位置傳感器5.主 軸伺服電機(jī)6.多路步進(jìn)電機(jī)7.變壓器8.開(kāi)關(guān)量輸入輸出9.踏板10.車(chē)頭輸入 輸出控制板11.液晶花樣打版器12.控制面板13.開(kāi)關(guān)電源
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體的實(shí)施例，結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型多CPU結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的描述。本實(shí)用新型一種基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)，包括主控CPU(I)、大規(guī)模集成電路FPGA(2)、車(chē)頭輸入輸出控制板(10)和液晶花樣打 版器(11)組成本實(shí)用新型的控制單元。控制單元為本系統(tǒng)的核心，主控CPU(I)采用32位 微控制器，該CPU內(nèi)核含有Flash存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器以及內(nèi)部總線(xiàn)加速器架構(gòu)等，從硬件 上實(shí)現(xiàn)了主控CPU(I)要求的快速運(yùn)算的目的。大規(guī)模集成電路FPGA (2)采用Flash架構(gòu)， 具有高安全性、上電就可以運(yùn)行、固件免疫能力等特點(diǎn)。主軸伺服電機(jī)(5)、多路步進(jìn)電機(jī) (6)組成本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)單元，是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作執(zhí)行單元。存儲(chǔ)器(3)用于存放系統(tǒng) 軟件，以及系統(tǒng)運(yùn)行中生成的各種數(shù)據(jù)文件；位置傳感器(4)對(duì)機(jī)針進(jìn)行定位，傳感器我們 采用霍爾傳感器；控制面板(12)組成本實(shí)用新型的 的操作顯示單元，我們采用了液晶顯示 屏，由采用S-250-24型開(kāi)關(guān)電源(13)構(gòu)成本實(shí)用新型的供電單元，由光耦隔離式開(kāi)關(guān)量輸 入輸出(8)和踏板(9)為系統(tǒng)的輔助動(dòng)作單元。本實(shí)用新型的一種基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 框圖如圖1所示。位置傳感器(4)連接到大規(guī)模集成電路FPGA(2)，對(duì)工業(yè)縫紉機(jī)的機(jī)針 進(jìn)行定位控制；主軸伺服電機(jī)(5)分別與大規(guī)模集成電路FPGA(2)互連，為工業(yè)縫紉機(jī)帶 來(lái)高針?biāo)俸痛罅?；大?guī)模集成電路FPGA(2)和變壓器(7)分別連接到多路步進(jìn)電機(jī)(6) 上，前者控制其動(dòng)作，后來(lái)為其提供電源，多路步進(jìn)電機(jī)(6)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)工業(yè)縫紉機(jī)往其運(yùn) 轉(zhuǎn)的方向運(yùn)動(dòng)；開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出(8)與大規(guī)模集成電路FPGA(2)互連，踏板(9)連 接到大規(guī)模集成電路FPGA (2)，提供本系統(tǒng)的輔助動(dòng)作單元；大規(guī)模集成電路FPGA (2)通過(guò) 數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB15、DB25與車(chē)頭輸入輸出控制板(10)互連；液晶花樣打版器(11)和操作顯示 單元的控制面板(12)分別與主控CPU(I)互連；開(kāi)關(guān)電源(13)連接至整個(gè)主控制器，分別 為主控CPU(I)、大規(guī)模集成電路FPGA(2)供電；主控CPU(I)和大規(guī)模集成電路FPGA(2)通 過(guò)SPI協(xié)議進(jìn)行通信，主控CPU(I)通過(guò)控制大規(guī)模集成電路FPGA (2)而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng) 作，由速度運(yùn)算快的大規(guī)模集成電路FPGA(2)替代部分主控CPU(I)的工作，大大減輕了主 控CPU(I)的負(fù)荷，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度加快。主控CPU(I)的軟件部分主要是針對(duì)與其連接的設(shè)備包括液晶花樣打版器(11)、 控制面板(12)的控制，對(duì)大規(guī)模集成電路FPGA (2)以及大規(guī)模集成電路FPGA (2)所控制的 位置傳感器(4)、主軸伺服電機(jī)(5)、多路步進(jìn)電機(jī)(6)、開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出(8)、踏板 (9)的控制，以及對(duì)存儲(chǔ)器(4)的讀寫(xiě)。如圖2所示為主控CPU(I)的軟件流程圖。對(duì)主控 CPU(I)上電后開(kāi)始初始化，系統(tǒng)初始化完成后對(duì)上次操作的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)并開(kāi)始裝配新的 數(shù)據(jù)，裝配的內(nèi)容主要是與主控CPU(I)相連的設(shè)備的數(shù)據(jù)。配置完成后，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀 態(tài)，如果需要進(jìn)行打版器通信則進(jìn)行通信指令的執(zhí)行，包括有數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)的修改以及 參數(shù)的設(shè)定，打版器主要是針對(duì)花樣打版的一些數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)定以及與I/O 口通信；如果不 需要進(jìn)行打版器通信則進(jìn)行操作板的通信指令執(zhí)行，操作板的通信指令主要包括標(biāo)準(zhǔn)界面 操作、展開(kāi)目錄視窗、顯示資料設(shè)定的輸入界面、顯示移動(dòng)鍵的輸入界面和顯示資料輸入的 目錄等，操作板主要針對(duì)打版器的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行花樣縫制；如果不需要進(jìn)行操作板通信則 啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行操作，自動(dòng)運(yùn)行操作包括讀入花樣數(shù)據(jù)、檢測(cè)電機(jī)位置信息、設(shè)置各軸電機(jī)基 本數(shù)據(jù)、設(shè)置各軸電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)置開(kāi)關(guān)量輸入輸出、檢測(cè)踏板信號(hào)，上述各部分都達(dá)到 預(yù)定結(jié)果，則啟動(dòng)花樣運(yùn)行，進(jìn)行主軸、多軸步進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成后開(kāi)始讀取時(shí)鐘、溫度、電壓等的狀態(tài)開(kāi)始下一次的工作狀態(tài)的運(yùn)行，即又回到打版器通信部分進(jìn)行操作，如果上述各部 分即花樣數(shù)據(jù)、電機(jī)位置信息、電機(jī)基本數(shù)據(jù)、電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)量輸入輸出、踏板信號(hào)不 復(fù)合要求，則同樣開(kāi)始讀取時(shí)鐘、溫度、電壓等的狀態(tài)開(kāi)始下一次的工作狀態(tài)的運(yùn)行，回到 打版器通信部分進(jìn)行操作。 大規(guī)模集成電路FPGA(2)的軟件部分主要對(duì)位置傳感器(4)、主軸伺服電機(jī)(5)、 多路步進(jìn)電機(jī)(6)、開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出(8)、踏板(9)所進(jìn)行的操作和控制，以及接收主 控CPU(l)的指令。如圖3所示為大規(guī)模集成電路FPGA(2)的軟件流程圖。對(duì)大規(guī)模集成 電路FPGA(2)上電后開(kāi)始初始化操作，系統(tǒng)初始化后進(jìn)入中斷系統(tǒng)，此時(shí)要對(duì)伺服編碼器 進(jìn)行檢測(cè)，如果不需要中斷或者伺服編碼器檢測(cè)完畢則進(jìn)行與主控CPU的通信，如果沒(méi)辦 法通信回到中斷系統(tǒng)重新對(duì)伺服編碼器進(jìn)行檢測(cè)，如果可以通信則進(jìn)行各個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn) 行以及主控CPU讀取伺服編碼器的操作，之后回到中斷系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。
權(quán)利要求一種基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)，包括主控CPU、大規(guī)模集成電路FPGA、存儲(chǔ)器、位置傳感器、主軸伺服電機(jī)、多路步進(jìn)電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出、踏板、車(chē)頭輸入輸出控制板、液晶花樣打版器、控制面板、開(kāi)關(guān)電源，其特征在于該控制系統(tǒng)基于CPU和大規(guī)模集成電路FPGA結(jié)構(gòu)；其中，主控CPU分別與大規(guī)模集成電路FPGA、液晶花樣打版器、控制面板、存儲(chǔ)器互連，大規(guī)模集成電路FPGA分別與主控CPU、主軸伺服電機(jī)、開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出、車(chē)頭輸入輸出控制板互連，位置傳感器和踏板連接至大規(guī)模集成電路FPGA，大規(guī)模集成電路FPGA和變壓器分別連接到多路步進(jìn)電機(jī)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述大規(guī)模集成電路FPGA是通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB15、DB25與車(chē)頭輸入輸出控制板互連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于主控CPU與大規(guī)模集成電路FPGA的通信是通過(guò)對(duì)SPI協(xié)議的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述的開(kāi)關(guān)電源為主控CPU、大規(guī)模集成電路FPGA提供電源，變壓器為多路步進(jìn)電機(jī)供電。
專(zhuān)利摘要一種基于CPU和FPGA結(jié)構(gòu)的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)，包括由主控CPU、FPGA、車(chē)頭輸入輸出控制板和液晶花樣打版器組成本實(shí)用新型的控制單元，存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件，以及系統(tǒng)運(yùn)行中生成的各種數(shù)據(jù)文件，位置傳感器對(duì)機(jī)針進(jìn)行定位，由主軸伺服電機(jī)、多路步進(jìn)電機(jī)組成本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)單元，由控制面板組成本實(shí)用新型的操作顯示單元，由開(kāi)關(guān)電源構(gòu)成本實(shí)用新型的供電單元，開(kāi)關(guān)量輸入輸出和踏板為系統(tǒng)的輔助動(dòng)作單元。本實(shí)用新型主要在控制單元采用了CPU和FPGA結(jié)構(gòu)，與各個(gè)單元的通信、數(shù)據(jù)存取及主軸伺服電機(jī)的控制由主控CPU完成，將要求反應(yīng)速度快、計(jì)算工作量多的部分交由FPGA完成，減輕了主控CPU的負(fù)荷，提高了工業(yè)縫紉機(jī)的運(yùn)行速度。
文檔編號(hào)D05B19/02GK201614471SQ20092006001
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者歐陽(yáng)清江, 陳浩文, 韋炳林, 麥飛 申請(qǐng)人:廣州市麥?zhǔn)想娮涌萍加邢薰?br>