專利名稱：基于cpu和fpga結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及工業(yè)縫紉機的控制領域，具體指一種基于CPU和FPGA結(jié)構的高速 工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)。
背景技術：
隨著工業(yè)生產(chǎn)的技術的提高，生產(chǎn)型企業(yè)的利潤和其設備的生產(chǎn)速度有著密切的 聯(lián)系。各個行業(yè)都在不斷地改善設備的運行速度，以提高生產(chǎn)速率從而獲得更多的利潤，在 皮革加工行業(yè)同樣是這種情況?，F(xiàn)行中的工業(yè)縫紉機的控制系統(tǒng)要么速度很慢，要么價格 非常貴，又或是縫制的線條或者圖案效果不理想。而利用CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉 機控制系統(tǒng)不僅價格便宜，而且速度很快，通過對軟件的優(yōu)化，能夠準確的縫制各種復雜的 線條和圖案，使生產(chǎn)效率大幅度提高。目前在國內(nèi)外有很多關于工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)的文獻和產(chǎn)品。公開號為 CN101012604的中國專利文獻，公開了一種名稱為《工業(yè)縫紉機電腦控制系統(tǒng)》發(fā)明專利，該 發(fā)明采用模塊單元化結(jié)構，各單元內(nèi)部相對獨立、自成體系，集成化程度高，可以根據(jù)工業(yè) 縫紉機主機的不同，靈活配置相應的部件構成系統(tǒng)。該發(fā)明專利申請的不足之處在于采用 單個的CPU控制，CPU的工作量大，速度不夠快，而且成本也很高。

實用新型內(nèi)容為了解決工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)的速度慢以及價格昂貴的問題、縫制的效果不理想 等問題，本實用新型提供了一種基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)。一種基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)，包括由主控CPU(l)、大規(guī) 模集成電路FPGA(2)、車頭輸入輸出控制板(10)和液晶花樣打版器(11)組成本實用新型的 控制單元，存儲器(4)用于存放系統(tǒng)軟件，以及系統(tǒng)運行中生成的各種數(shù)據(jù)文件，位置傳感 器(4)對機針進行定位，由主軸伺服電機(5)、多路步進電機(6)組成本實用新型的運動單 元，由控制面板(12)組成本實用新型的的操作顯示單元，由開關電源(13)構成本實用新型 的供電單元，開關量輸入輸出(8)和踏板(9)為系統(tǒng)的輔助動作單元。主控CPU(l)分別與大規(guī)模集成電路FPGA(2)、存儲器(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(5)、開關 量輸入開關量輸出(8)、車頭輸入輸出控制板(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電 機(6)上。存儲器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存儲卡；大規(guī)模集成電路FPGA (2)通過數(shù)據(jù)總線DB15、DB25與車頭輸入輸出控制板(11) 互連；開關電源(14)為主控CPU(l)、大規(guī)模集成電路FPGA(2)提供電源；多路步進電機(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)連接的設備包括位置傳感器(4)、主軸伺服傳感器(5)、多路步進電機(6)、開關量 輸入開關量輸出⑶、踏板(9)、車頭輸入輸出控制板(10)的控制和通信，以及對存儲器(3) 的讀寫。其軟件的工作流程是對主控CPU(1)上電后開始初始化，系統(tǒng)初始化完成后對上 次操作的數(shù)據(jù)進行恢復并開始裝配新的數(shù)據(jù)，裝配的內(nèi)容主要是與主控CPU(l)相連的設 備的數(shù)據(jù)。配置完成后，系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，如果需要進行打版器通信則進行通信指令的執(zhí) 行，包括有數(shù)據(jù)的讀寫、數(shù)據(jù)的修改以及參數(shù)的設定，打版器主要是針對花樣打版的一些數(shù) 據(jù)、參數(shù)設定以及與I/O 口通信；如果不需要進行打版器通信則進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準界面操作、展開目錄視窗、顯示資料設定的輸入界面、 顯示移動鍵的輸入界面和顯示資料輸入的目錄等，操作板主要針對打版器的設定參數(shù)進行 花樣縫制；如果不需要進行操作板通信則啟動自動運行操作進行花樣的自動運行；如果不 啟動自動運行，開始讀取時鐘、溫度、電壓等的狀態(tài)開始下一次的工作狀態(tài)的運行，即又回 到打版器通信部分進行操作。大規(guī)模集成電路(2)功能主要對與其連接的位置傳感器(4)、主軸伺服傳感器 (5)、多路步進電機(6)、開關量輸入開關量輸出(8)、踏板(9)、車頭輸入輸出控制板(10)的 控制和通信，以及接收主控CPU(1)的指令。其工作流程是對大規(guī)模集成電路(2)上電后 開始初始化操作，系統(tǒng)初始化后進入中斷系統(tǒng)，此時要對伺服編碼器進行檢測，如果不需要 中斷或者伺服編碼器檢測完畢則進行與主控CPU的通信，如果沒辦法通信回到中斷系統(tǒng)重 新對伺服編碼器進行檢測，如果可以通信則掃描步進電機的每一路的運行、以及各路運行 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)進行循環(huán)動作。本實用新型主要在控制單元采用了 CPU和FPGA結(jié)構，與控制面板、存儲器的通信 由主控CPU(l)完成，將要求反應速度快、計算工作量多的部分如與主軸伺服電機(5)、多路 步進電機(6)、開關量輸入開關量輸出(8)以及車頭輸入輸出控制板(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)通過對大規(guī)模集成電路FPGA (2)的控制來控 制整個系統(tǒng)，這樣大大減輕了主控CPU(l)的負荷，提高了工業(yè)縫紉機的運行速度，并且單 片機的價格十分便宜，從而也降低了整個控制系統(tǒng)的成本。

圖1是本實用新型基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)的總體結(jié)構 框圖；圖2是本實用新型基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)的主控 CPU(l)的軟件流程圖；圖3是本實用新型基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(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.存儲器4.位置傳感器5.主 軸伺服電機6.多路步進電機7.變壓器8.開關量輸入輸出9.踏板10.車頭輸入 輸出控制板11.液晶花樣打版器12.控制面板13.開關電源
具體實施方式
下面通過具體的實施例，結(jié)合附圖，對本實用新型多CPU結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)進行進一步的描述。本實用新型一種基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)，包括主控CPU(I)、大規(guī)模集成電路FPGA(2)、車頭輸入輸出控制板(10)和液晶花樣打 版器(11)組成本實用新型的控制單元?？刂茊卧獮楸鞠到y(tǒng)的核心，主控CPU(I)采用32位 微控制器，該CPU內(nèi)核含有Flash存儲器、RAM存儲器以及內(nèi)部總線加速器架構等，從硬件 上實現(xiàn)了主控CPU(I)要求的快速運算的目的。大規(guī)模集成電路FPGA (2)采用Flash架構， 具有高安全性、上電就可以運行、固件免疫能力等特點。主軸伺服電機(5)、多路步進電機 (6)組成本實用新型的運動單元，是整個系統(tǒng)的動作執(zhí)行單元。存儲器(3)用于存放系統(tǒng) 軟件，以及系統(tǒng)運行中生成的各種數(shù)據(jù)文件；位置傳感器(4)對機針進行定位，傳感器我們 采用霍爾傳感器；控制面板(12)組成本實用新型的 的操作顯示單元，我們采用了液晶顯示 屏，由采用S-250-24型開關電源(13)構成本實用新型的供電單元，由光耦隔離式開關量輸 入輸出(8)和踏板(9)為系統(tǒng)的輔助動作單元。本實用新型的一種基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)的總體結(jié)構 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)，對工業(yè)縫紉機的機針 進行定位控制；主軸伺服電機(5)分別與大規(guī)模集成電路FPGA(2)互連，為工業(yè)縫紉機帶 來高針速和大力矩；大規(guī)模集成電路FPGA(2)和變壓器(7)分別連接到多路步進電機(6) 上，前者控制其動作，后來為其提供電源，多路步進電機(6)的運轉(zhuǎn)帶動工業(yè)縫紉機往其運 轉(zhuǎn)的方向運動；開關量輸入開關量輸出(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)的輔助動作單元；大規(guī)模集成電路FPGA (2)通過 數(shù)據(jù)總線DB15、DB25與車頭輸入輸出控制板(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；開關電源(13)連接至整個主控制器，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SPI協(xié)議進行通信，主控CPU(I)通過控制大規(guī)模集成電路FPGA (2)而對整個系統(tǒng)進行動 作，由速度運算快的大規(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)的負荷，使整個系統(tǒng)的運行速度加快。主控CPU(I)的軟件部分主要是針對與其連接的設備包括液晶花樣打版器(11)、 控制面板(12)的控制，對大規(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(5)、多路步進電機(6)、開關量輸入開關量輸出(8)、踏板 (9)的控制，以及對存儲器(4)的讀寫。如圖2所示為主控CPU(I)的軟件流程圖。對主控 CPU(I)上電后開始初始化，系統(tǒng)初始化完成后對上次操作的數(shù)據(jù)進行恢復并開始裝配新的 數(shù)據(jù)，裝配的內(nèi)容主要是與主控CPU(I)相連的設備的數(shù)據(jù)。配置完成后，系統(tǒng)進入工作狀 態(tài)，如果需要進行打版器通信則進行通信指令的執(zhí)行，包括有數(shù)據(jù)的讀寫、數(shù)據(jù)的修改以及 參數(shù)的設定，打版器主要是針對花樣打版的一些數(shù)據(jù)、參數(shù)設定以及與I/O 口通信；如果不 需要進行打版器通信則進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準界面 操作、展開目錄視窗、顯示資料設定的輸入界面、顯示移動鍵的輸入界面和顯示資料輸入的 目錄等，操作板主要針對打版器的設定參數(shù)進行花樣縫制；如果不需要進行操作板通信則 啟動自動運行操作，自動運行操作包括讀入花樣數(shù)據(jù)、檢測電機位置信息、設置各軸電機基 本數(shù)據(jù)、設置各軸電機運行數(shù)據(jù)、設置開關量輸入輸出、檢測踏板信號，上述各部分都達到 預定結(jié)果，則啟動花樣運行，進行主軸、多軸步進運轉(zhuǎn)，完成后開始讀取時鐘、溫度、電壓等的狀態(tài)開始下一次的工作狀態(tài)的運行，即又回到打版器通信部分進行操作，如果上述各部 分即花樣數(shù)據(jù)、電機位置信息、電機基本數(shù)據(jù)、電機運行數(shù)據(jù)、開關量輸入輸出、踏板信號不 復合要求，則同樣開始讀取時鐘、溫度、電壓等的狀態(tài)開始下一次的工作狀態(tài)的運行，回到 打版器通信部分進行操作。 大規(guī)模集成電路FPGA(2)的軟件部分主要對位置傳感器(4)、主軸伺服電機(5)、 多路步進電機(6)、開關量輸入開關量輸出(8)、踏板(9)所進行的操作和控制，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。對大規(guī)模集成 電路FPGA(2)上電后開始初始化操作，系統(tǒng)初始化后進入中斷系統(tǒng)，此時要對伺服編碼器 進行檢測，如果不需要中斷或者伺服編碼器檢測完畢則進行與主控CPU的通信，如果沒辦 法通信回到中斷系統(tǒng)重新對伺服編碼器進行檢測，如果可以通信則進行各個步進電機的運 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)進行循環(huán)動作。
權利要求一種基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)，包括主控CPU、大規(guī)模集成電路FPGA、存儲器、位置傳感器、主軸伺服電機、多路步進電機、變壓器、開關量輸入開關量輸出、踏板、車頭輸入輸出控制板、液晶花樣打版器、控制面板、開關電源，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；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、存儲器互連，大規(guī)模集成電路FPGA分別與主控CPU、主軸伺服電機、開關量輸入開關量輸出、車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電機上。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)，其特征在 于所述大規(guī)模集成電路FPGA是通過數(shù)據(jù)總線DB15、DB25與車頭輸入輸出控制板互連。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)，其特征在 于主控CPU與大規(guī)模集成電路FPGA的通信是通過對SPI協(xié)議的讀寫來實現(xiàn)的。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)，其特征在 于所述的開關電源為主控CPU、大規(guī)模集成電路FPGA提供電源，變壓器為多路步進電機供電。
專利摘要一種基于CPU和FPGA結(jié)構的高速工業(yè)縫紉機控制系統(tǒng)，包括由主控CPU、FPGA、車頭輸入輸出控制板和液晶花樣打版器組成本實用新型的控制單元，存儲器用于存放系統(tǒng)軟件，以及系統(tǒng)運行中生成的各種數(shù)據(jù)文件，位置傳感器對機針進行定位，由主軸伺服電機、多路步進電機組成本實用新型的運動單元，由控制面板組成本實用新型的操作顯示單元，由開關電源構成本實用新型的供電單元，開關量輸入輸出和踏板為系統(tǒng)的輔助動作單元。本實用新型主要在控制單元采用了CPU和FPGA結(jié)構，與各個單元的通信、數(shù)據(jù)存取及主軸伺服電機的控制由主控CPU完成，將要求反應速度快、計算工作量多的部分交由FPGA完成，減輕了主控CPU的負荷，提高了工業(yè)縫紉機的運行速度。
文檔編號D05B19/02GK201614471SQ20092006001
公開日2010年10月27日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權日2009年7月8日
發(fā)明者歐陽清江, 陳浩文, 韋炳林, 麥飛 申請人:廣州市麥氏電子科技有限公司