电子提花机选针器控制方法研究与实现
电子提花机选针器控制方法研究与实现[20200406130424]
摘 要
目前市场上电脑提花机选针器采用8位数据与地址分时总线方式实现地址匹配与数据控制，控制信号有地址锁存、写控制信号等，存在连接线缆众多、成本高的缺点。本设计要求在了解电脑提花机控制原理的基础上，改进选针器控制方案，实现串行方式的控制，其中CAN是一种不错的选择，选针器完成CAN数据的接收并实现控制。本设计采用STM32F103R8系列单片机作为主处理器，STM32F系列是中低端的32位ARM微控制器，相较传统51具有速度快、RAM大、容量大等优点功能丰富。芯片自带的CAN总线控制器，可以运用自带定时器产生PWM波形，通过CAN总线传输数据，再由芯片PWM波形输出来实现对提花机选针器的控制。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电子提花机STM32F103R8选针器CAN
目录
1. 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 提花织造技术的发展概况 1
1.2.1 机械提花机 1
1.2.2 电子提花机 1
1.3 电子提花机的国内外发展现状 2
1.3.1 电子提花机的国外发展现状 2
1.3.2 电子提花机的国内发展现状 2
2. 开发方案选择和系统方案介绍 4
2.1 开发方案选择 4
2.1.1 嵌入式处理器方案 4
2.1.2 PC104方案 4
2.1.3 单片机方案 4
2.2 本设计方案-单片机方案概述 5
2.2.1 设计方案介绍 5
2.2.2 选针驱动模块 6
3. 硬件设计 7
3.1 主控制板设计 7
3.1.1 STM32主芯片选择 7
3.1.2 电源转换电路 8
3.1.3 BOOT跳线 9
3.1.4 外部晶振电路 10
3.1.5 复位电路 10
3.1.6 选针驱动电路 11
3.1.7 CAN总线收发电路 13
3.2 器件清单 14
4. 软件设计 16
4.1 CAN总线通信 16
4.1.1 CAN初始化 16
4.1.2 滤波器配置 18
4.1.3 波特率设置 18
4.1.4 CAN数据传输协议 19
4.1.5 CAN接收与发送模块 20
4.2 PWM控制模块 21
4.2.1 PWM在本设计中的应用 21
4.2.2 PWM输出 21
4.2.3 占空比的设置 24
4.3 函数功能与系统全局变量表 25
5. 调试 27
5.1 调试过程中的问题与解决方法 28
结束语 29
参考文献 30
1. 绪论
1.1 引言
纺织工业一直以来被看作为我国传统的支柱型产业，同时也是我国同国际其他国家竞争中拥有明显优势的产业。目前，随着三大纺织品结构的持续调整，我国纺织品的应用遍及了国计民生的各个领域，在城市建筑、工农业生产、医疗卫生、水利建设、交通运输乃至航空航天越来越多的发挥着重要作用[1]。近年来，我国已成为了世界上第一大纺织品消费国家，庞大的国内市场的消费需求为我国的纺织制造业前进提供了一个巨大的发展空间。
1.2 提花织造技术的发展概况
1.2.1 机械提花机
机械提花机进行织制时先要通过CAD织纹功能，设计所需图案然后再转换成合适的纹版文件。接着用冲孔机读取数据，冲孔程序适时启动得到所需纹版。最后通过经纱的提升，织出所需要的提花织物。
实际织造中，冲孔纹版仅仅作为信息的载体，从织造图案的设计到提花机的整个织造过程来看，这并不是一个必需的环节，并且这个环节相当耗时[2]。如果将提花机和计算机联系在一起，而不通过纹版控制织造，这即降低了成本而且有助于提高工作效率。电子提花机就是由此而来。
1.2.2 电子提花机
进入20世纪后半页，电子计算机技术迅猛发展并在生产生活的各个领域得到广泛应用。人们思考要在织造行业将计算机技术使用到织造中来制作所需的电子纹板。上世纪70年代中，日本就开发了“电子式自动打孔纹板系统”并成功达到实用化状态，大大提高工作效率。图1-1表明了传统提花机与电子提花机的比较，可看出电子提花机的优点[3]。
图1-1 提花机比较图
1.3 电子提花机的国内外发展现状
1.3.1 电子提花机的国外发展现状
二十世纪末到本世纪以来，电子技术的迅猛发展对于国际的纺机制造业有着极为深远的影响。国外的纺机发展状况具体表现为:
国外的纺机较为先进，体现了很高的智能化技术。操作者根据提示，只需要输入有限的几个项目，便可以使系统自动的生成所要求的控制策略，与此同时还可以通过机械调整部分显示出推荐值。
国外的织造企业一般都使用ERP来进行管理。通过将纺织厂的MES系统和ERP系统的信息进行集成，形成了纺织企业科学高效的信息管理体系。
国外的纺织机电制造企业十分重视环保,生产过程中一般采用较为先进的工艺来减小对环境的伤害。而且，纺机的关键设备配置有减排、节能和降耗的指标及措施，这也是产品的一个重要卖点，同时以此作为一个重要的指标来衡量设备的先进性。
1.3.2 电子提花机的国内发展现状
作为一个纺织品出口以及消费的大国，我国的纺机制造在国际中拥有较为明显的领先优势。另外，中国的纺造机工业正逐渐迎来关键的转型期，摒弃以往依靠量的增加的模式转向到通过产品质量以及技术含量的提升的方式。国产纺机在我国不断提高的纺机技术水平的驱动下，不仅成为国内纺织生产加工的主流设备，而且还大批量的出口到了亚洲等许多国家。我国纺机通过近些年来的迅猛发展对全球纺机工业产生了巨大的影响，我国纺机在国际纺机工业上所扮演的角色也必将拥有越来越重要。
我国纺机拥有较低的自动化水平，在产品研发创新上缺少超前意识，一般只是跟着市场走，缺乏连续性；而且产品也没有很高的稳定性和可靠性，技术水平上只有大约国外类似纺机产品的十之一二。整体来看，我国纺机开发制造行业存在着下面这几类问题:
偏低的产品技术水平：我国虽然纺织机械制造较为普及，但是占主导地位的依然是传统纤维加工机械。纺纱技术水平以及纺纱技术的过程控制等环节相较国际的先进水平依然存在不小的差距。
知识产权意识差，创新能力弱：很大程度上受到我国历史和国人思维误区的影响，很多企业在知识产权概念的理解上意识较差。许多的企业只看到专利申请的重要性，但却往往不能够对如何利用自己的专利来为公司创造更好的经济效益表现出足够的重视。由于错误的理解了对于创新机制与知识产权的概念，使得整体纺机行业创新能力弱。产品研发一直处于发展缓慢和追赶国外的状态。
2. 开发方案选择和系统方案介绍
2.1 开发方案选择
开发方案选择为提花机设计首要任务。在选择过程中，每一方案有各自的优劣差别．目前有三种较主流的方案：嵌入式处理器、PC104和单片机方案。要通过分析对各个方案有了较清楚的了解，再根据本设计的需要，做出最合适的选择选择。
2.1.1 嵌入式处理器方案
这是比较流行的一种方法，它是将CPU、存储器和一些外设一起封装，这种方法被广泛应用于各种控制场合。采用这类处理器需要把操作系统移植在上面，用嵌入式的操作系统平台进行软件开发，使得软件能够轻松移植和升级。此方案的主要优势是功能强大，相对较低的成本，较强的网络功能且代码拥有很好的可移植性，但只是就本产品开发来看，开发周期太长是此方案最致命的缺点。由于无法提供足够多的时间来用来开发，且本课题的研究相对难度不大，暂不采用此方案。
2.1.2 PC104方案
PC104的出现大大降低了开发难度，用户只需使用PC104中基本的功能模块，设计出简单的外部电路，即能实现控制需求，就可以将更多的精力和时间用在可靠性设计方面。PC104是一种总线控制机具有功能低、体积紧凑、在软硬件上和标准PC总线完美兼容等特性，它采用特殊的重叠结构，在工业级产品中，具有高可靠性和低功耗等特点，尤其适合嵌入式应用等场合。此控制器功能强大，但比较其他两种方案，它唯一缺点是成本高。现在市场上PC104只占据了很少份额，主要原因就是成本问题。
摘 要
目前市场上电脑提花机选针器采用8位数据与地址分时总线方式实现地址匹配与数据控制，控制信号有地址锁存、写控制信号等，存在连接线缆众多、成本高的缺点。本设计要求在了解电脑提花机控制原理的基础上，改进选针器控制方案，实现串行方式的控制，其中CAN是一种不错的选择，选针器完成CAN数据的接收并实现控制。本设计采用STM32F103R8系列单片机作为主处理器，STM32F系列是中低端的32位ARM微控制器，相较传统51具有速度快、RAM大、容量大等优点功能丰富。芯片自带的CAN总线控制器，可以运用自带定时器产生PWM波形，通过CAN总线传输数据，再由芯片PWM波形输出来实现对提花机选针器的控制。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电子提花机STM32F103R8选针器CAN
目录
1. 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 提花织造技术的发展概况 1
1.2.1 机械提花机 1
1.2.2 电子提花机 1
1.3 电子提花机的国内外发展现状 2
1.3.1 电子提花机的国外发展现状 2
1.3.2 电子提花机的国内发展现状 2
2. 开发方案选择和系统方案介绍 4
2.1 开发方案选择 4
2.1.1 嵌入式处理器方案 4
2.1.2 PC104方案 4
2.1.3 单片机方案 4
2.2 本设计方案-单片机方案概述 5
2.2.1 设计方案介绍 5
2.2.2 选针驱动模块 6
3. 硬件设计 7
3.1 主控制板设计 7
3.1.1 STM32主芯片选择 7
3.1.2 电源转换电路 8
3.1.3 BOOT跳线 9
3.1.4 外部晶振电路 10
3.1.5 复位电路 10
3.1.6 选针驱动电路 11
3.1.7 CAN总线收发电路 13
3.2 器件清单 14
4. 软件设计 16
4.1 CAN总线通信 16
4.1.1 CAN初始化 16
4.1.2 滤波器配置 18
4.1.3 波特率设置 18
4.1.4 CAN数据传输协议 19
4.1.5 CAN接收与发送模块 20
4.2 PWM控制模块 21
4.2.1 PWM在本设计中的应用 21
4.2.2 PWM输出 21
4.2.3 占空比的设置 24
4.3 函数功能与系统全局变量表 25
5. 调试 27
5.1 调试过程中的问题与解决方法 28
结束语 29
参考文献 30
1. 绪论
1.1 引言
纺织工业一直以来被看作为我国传统的支柱型产业，同时也是我国同国际其他国家竞争中拥有明显优势的产业。目前，随着三大纺织品结构的持续调整，我国纺织品的应用遍及了国计民生的各个领域，在城市建筑、工农业生产、医疗卫生、水利建设、交通运输乃至航空航天越来越多的发挥着重要作用[1]。近年来，我国已成为了世界上第一大纺织品消费国家，庞大的国内市场的消费需求为我国的纺织制造业前进提供了一个巨大的发展空间。
1.2 提花织造技术的发展概况
1.2.1 机械提花机
机械提花机进行织制时先要通过CAD织纹功能，设计所需图案然后再转换成合适的纹版文件。接着用冲孔机读取数据，冲孔程序适时启动得到所需纹版。最后通过经纱的提升，织出所需要的提花织物。
实际织造中，冲孔纹版仅仅作为信息的载体，从织造图案的设计到提花机的整个织造过程来看，这并不是一个必需的环节，并且这个环节相当耗时[2]。如果将提花机和计算机联系在一起，而不通过纹版控制织造，这即降低了成本而且有助于提高工作效率。电子提花机就是由此而来。
1.2.2 电子提花机
进入20世纪后半页，电子计算机技术迅猛发展并在生产生活的各个领域得到广泛应用。人们思考要在织造行业将计算机技术使用到织造中来制作所需的电子纹板。上世纪70年代中，日本就开发了“电子式自动打孔纹板系统”并成功达到实用化状态，大大提高工作效率。图1-1表明了传统提花机与电子提花机的比较，可看出电子提花机的优点[3]。
图1-1 提花机比较图
1.3 电子提花机的国内外发展现状
1.3.1 电子提花机的国外发展现状
二十世纪末到本世纪以来，电子技术的迅猛发展对于国际的纺机制造业有着极为深远的影响。国外的纺机发展状况具体表现为:
国外的纺机较为先进，体现了很高的智能化技术。操作者根据提示，只需要输入有限的几个项目，便可以使系统自动的生成所要求的控制策略，与此同时还可以通过机械调整部分显示出推荐值。
国外的织造企业一般都使用ERP来进行管理。通过将纺织厂的MES系统和ERP系统的信息进行集成，形成了纺织企业科学高效的信息管理体系。
国外的纺织机电制造企业十分重视环保,生产过程中一般采用较为先进的工艺来减小对环境的伤害。而且，纺机的关键设备配置有减排、节能和降耗的指标及措施，这也是产品的一个重要卖点，同时以此作为一个重要的指标来衡量设备的先进性。
1.3.2 电子提花机的国内发展现状
作为一个纺织品出口以及消费的大国，我国的纺机制造在国际中拥有较为明显的领先优势。另外，中国的纺造机工业正逐渐迎来关键的转型期，摒弃以往依靠量的增加的模式转向到通过产品质量以及技术含量的提升的方式。国产纺机在我国不断提高的纺机技术水平的驱动下，不仅成为国内纺织生产加工的主流设备，而且还大批量的出口到了亚洲等许多国家。我国纺机通过近些年来的迅猛发展对全球纺机工业产生了巨大的影响，我国纺机在国际纺机工业上所扮演的角色也必将拥有越来越重要。
我国纺机拥有较低的自动化水平，在产品研发创新上缺少超前意识，一般只是跟着市场走，缺乏连续性；而且产品也没有很高的稳定性和可靠性，技术水平上只有大约国外类似纺机产品的十之一二。整体来看，我国纺机开发制造行业存在着下面这几类问题:
偏低的产品技术水平：我国虽然纺织机械制造较为普及，但是占主导地位的依然是传统纤维加工机械。纺纱技术水平以及纺纱技术的过程控制等环节相较国际的先进水平依然存在不小的差距。
知识产权意识差，创新能力弱：很大程度上受到我国历史和国人思维误区的影响，很多企业在知识产权概念的理解上意识较差。许多的企业只看到专利申请的重要性，但却往往不能够对如何利用自己的专利来为公司创造更好的经济效益表现出足够的重视。由于错误的理解了对于创新机制与知识产权的概念，使得整体纺机行业创新能力弱。产品研发一直处于发展缓慢和追赶国外的状态。
2. 开发方案选择和系统方案介绍
2.1 开发方案选择
开发方案选择为提花机设计首要任务。在选择过程中，每一方案有各自的优劣差别．目前有三种较主流的方案：嵌入式处理器、PC104和单片机方案。要通过分析对各个方案有了较清楚的了解，再根据本设计的需要，做出最合适的选择选择。
2.1.1 嵌入式处理器方案
这是比较流行的一种方法，它是将CPU、存储器和一些外设一起封装，这种方法被广泛应用于各种控制场合。采用这类处理器需要把操作系统移植在上面，用嵌入式的操作系统平台进行软件开发，使得软件能够轻松移植和升级。此方案的主要优势是功能强大，相对较低的成本，较强的网络功能且代码拥有很好的可移植性，但只是就本产品开发来看，开发周期太长是此方案最致命的缺点。由于无法提供足够多的时间来用来开发，且本课题的研究相对难度不大，暂不采用此方案。
2.1.2 PC104方案
PC104的出现大大降低了开发难度，用户只需使用PC104中基本的功能模块，设计出简单的外部电路，即能实现控制需求，就可以将更多的精力和时间用在可靠性设计方面。PC104是一种总线控制机具有功能低、体积紧凑、在软硬件上和标准PC总线完美兼容等特性，它采用特殊的重叠结构，在工业级产品中，具有高可靠性和低功耗等特点，尤其适合嵌入式应用等场合。此控制器功能强大，但比较其他两种方案，它唯一缺点是成本高。现在市场上PC104只占据了很少份额，主要原因就是成本问题。
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