CN101003930B - 新型电脑缝纫机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型电脑缝纫机控制系统，其包括控制器、控制面板、踏板传感器、停针传感器、电磁铁驱动电路、电动机、整流电路；其特点是，控制器由主控制器、执行控制模块、分别连接主控制器、执行控制模块的通信电路及开关电源组成，主控制器通过通信电路与执行控制模块双向传输数据和命令；主控制器分别与控制面板、踏板传感器、停针传感器、编码传感器、电磁铁驱动电路连接；还包括一电动机功率驱动电路与执行控制模块双向连接，还分别与整流电路和电动机连接；位置传感器组件设置在电动机上，其输出端与执行控制模块的输入端连接。本发明采用双微处理器CPU控制，由通信电路隔离耦合，通信安全可靠，可降低成本，且简化程序编写。

Description

新型电脑缝纫机控制系统

技术领域

本发明涉及一种设置在缝纫机上控制缝纫机运行的控制电路，具体涉及一种新型电脑缝纫机控制系统。

背景技术

现有技术一种传统工业缝纫机的驱动控制一般使用离合器电机，这是一种异步电动机，上电后不停运转，依靠离合器带动缝纫机机头运转，这种驱动控制方式具有电能消耗大、体积笨重、噪音大、速度控制差等缺点。

请参见图1所示，现有技术另一种由电子马达驱动的工业平缝机A10的控制电路由控制器A1、与控制器A1分别连接的控制面板A2、感应电机A3、离合器A4、三自动电磁铁A5、同步传感器A6、踏板传感器A7组成。

现有技术电子马达驱动的工业平缝机A10控制原理是，控制器A1通过控制感应电机A3的离合器A4来实现起停和调速，并通过控制操作三自动电磁铁A5回路来控制缝纫机的箭线、拨线、倒缝和抬压脚等操作。控制器A1通过控制面板A2接收缝纫工发出的操作命令及通过踏板传感器A7输入的踏板命令，并根据同步传感器A6的反馈来控制离合器A4的啮合状态以及各电磁铁的动作来完成所需要的缝纫工作。与离合器电机控制的工业缝纫机相比要更省电节能，但是这种电子马达驱动的工业平缝机A10的控制方法是先将系统上电后，(无论是否需要缝纫)感应电机将维持额定转速“全速”旋转，虽然电子马达能够很好的控制缝制效果，但是依然没有解决浪费电能的问题。

请参见图2所示，现有技术还有一种工业缝纫机的专用电脑控制系统，该系统由一个高性能的CPU单片机B1、连接CPU单片机B1的控制面板B2、踏板传感器B3、停针传感器B4、电磁铁驱动电路B5、电力电子电路B6、分别与电力电子电路B6连接的电动机B7(包括可应用的感应电动机、或伺服电动机、或无刷直流电动机等)及整流模块B8、分别与CPU单片机B1和电力电子电路B6连接的保护电路B9、驱动电路B10、电流传感器B11、分别与CPU单片机B1和电动机B7连接的位置传感器B12组成。

该种工业缝纫机的专用电脑控制系统的缺点是：

1.由于安全和电磁兼容性要求高，工艺要求高，必须采用价格昂贵的冷热电路的隔离元件，提高了产品成本。该系统中由于控制面板、各种传感器和电磁铁回路都是安装在缝纫机的金属机头上，操作人员(缝纫工和维修人员)经常接触这些部件和机头金属部件。因此，为了操作人员的安全，所有可接触到的部件必须是由安全电压(48V以下)供电，电路设计中必须将安全电压供电的控制电路部分(以下简称“冷电路”)和非安全低压电路(与高压电路有电气连接)、高电压供电电路部分(以下简称“热电路”)严格分开；使信号之间没有直接的电气连接但又能有效地将信号在冷热电路之间传输。为了确保控制系统的安全可靠运行，国际上有通用技术标准，如IECxxx等，来保证即使在外部高压供电线路异常时(如雷击过电压、电源线路绝缘损坏等)，控制系统仍能安全可靠的运行。这样，冷热电路之间的各种隔离方式必须能承受高电压的冲击实验和耐压实验(如1500伏、5毫安、1分钟)，并需要保证电路上产生的电磁、噪音等干扰小于对人体的损害，也既要满足电磁兼容性方面的要求。因此，设计时要使冷热电路之间所有的电信号必须通过能够承受高压的隔离电路来完成，传统工业缝纫机专用电脑控制器的设计需要选择许多价格昂贵的冷热电路的隔离元件(15～20个)，大大提高了产品成本；而且在电路板的设计方面需要配备较高工艺来确保冷热电路之间不会由于电气异常使之绝缘击穿！

2.必须配置价格昂贵CPU单片机、编制程式复杂的控制软件及制作工艺要求很高的电路板。该种工业缝纫机的专用电脑控制系统采用CPU单片机B1来实现各种电动机的控制策略(如变频控制、位置控制、调速控制、矢量控制、直接转矩控制等，以下简称控制策略)，以及控制面板人机对话和电磁铁传动的执行机构控制(如剪线、拨线、倒缝、抬压脚等)。为了实现这些复杂的控制，所有的命令信号、传感器信号和反馈信号都必须通过各种连接方式与CPU单片机B1传输信息，CPU单片机B1根据已设计的程式和这些信号来控制电动机和缝纫机的传动机构，从而实现自动缝纫。为了同时能完成人机对话、电动机控制策略、缝纫机的自动机构控制，CPU单片机B1必须具有非常强的计算功能，并且有非常丰富的接口和控制能力。因此，通常在设计传统缝纫机电脑控制器，必须选用专门的MPU/MCU或DSP(如TMS320LF24xx系列等)，并编制非常复杂的控制程式来实现这些功能，不仅价格昂贵，对软件程式的设计编制要求很高，且制作的电路板工艺要求非常高，增加工艺制作难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型电脑缝纫机控制系统，本发明采用双微处理器CPU控制，其冷热电路之间隔离耦合，能提高通信的安全可靠性；可选用通用的微处理器CPU，能降低产品成本；双微处理器CPU的功能分割清晰，简化了程序编写；使用安全简便。

本发明的目的是这样实现的：新型电脑缝纫机控制系统，该系统包括控制器、控制面板、踏板传感器、停针传感器、电磁铁驱动电路、电动机、整流电路；其特点是，所述的控制器由主控制器、执行控制模块、分别连接主控制器、执行控制模块的通信电路及开关电源组成，主控制器通过通信电路与执行控制模块双向传输数据和命令；主控制器分别与控制面板、踏板传感器、停针传感器、电磁铁驱动电路连接；

还包括一编码传感器，该编码传感器与主控制器连接；

还包括一电动机功率驱动电路，该电动机功率驱动电路由电动机、功率驱动电路及位置传感器组件组成；功率驱动电路与执行控制模块双向连接，功率驱动电路的输入、输出端分别与整流电路和电动机连接；该位置传感器组件设置在电动机上，其输出端与执行控制模块的输入端连接；

所述的控制面板上设有发光二极管、按键及速度调节器；

所述的主控制器由微处理器CPU1、放大器U2、U3、模数转换器U21、U31组成；在控制面板的速度调节器的输出端与微处理器CPU1的PA3端之间依次串联连接放大器U2和模数转换器U21；在踏板传感器的输出端与微处理器CPU1的PA4端之间依次串联连接放大器U3和模数转换器U31；

所述的执行控制模块由微处理器CPU2、驱动控制芯片U12、放大器U14、U17、模数转换器U13、U16、触发器(15)组成；微处理器CPU2的PA1至PA4的通信接口分别与通信电路相对应的通信接口连接；微处理器CPU2的输出端PB0至PB5、输入端PB6分别与驱动控制芯片U12的各输入端、Err故障输出端对应连接。

上述的新型电脑缝纫机控制系统，其中，微处理器CPU1的PA1、PA2、PA5、PA6分别与控制面板上的发光二极管、按键、设置在缝纫机上的停针传感器、编码传感器连接，微处理器CPU1的PC1至PC3分别与设置在缝纫机上的电磁铁驱动电路连接；微处理器CPU1的信号发送端PB3、PB2和信号接收端PB1、PB4分别与通信电路的信号接收端和信号发送端对应连接。

上述的新型电脑缝纫机控制系统，其中，所述的执行控制模块由专用电动机控制芯片U5、放大器U6、数模转换器U7、模数转换器U8、触发器9、驱动控制芯片U10组成；所述的数模转换器U7的Data数据端、Clock时钟端分别与通信电路的相对应端口连接；数模转换器U7的输出端与放大器U6的输入端连接，所述的放大器U6的输出端与模数转换器U8的输入端连接；所述的模数转换器U8的输出端与专用电动机控制芯片U5的PA1连接，专用电动机控制芯片U5的PA4与通信电路的Protect保护端口连接，专用电动机控制芯片U5的PB0至PB5、输入端PB6分别与驱动控制芯片U10的多个输入端、Err故障输出端连接，驱动控制芯片U10的多个输出端与功率驱动电路连接；专用电动机控制芯片U5的位置传感器接口Pc2至Pc4与触发器U9的HallA、HallB、HallC输出端对应连接，触发器15的输入端HallA、HallB、HallC与电机的位置传感器连接；专用电动机控制芯片U5的电流传感器接口Pc1与功率驱动电路的电流传感器85的输出端连接。

上述的新型电脑缝纫机控制系统，其中，所述的执行控制模块由微处理器CPU2、驱动控制芯片U12、放大器U14、U17、模数转换器U13、U16、触发器15组成；微处理器CPU2的PA1至PA4的通信接口分别与通信电路相对应的通信接口连接；微处理器CPU2的输出端PB0至PB5、输入端PB6分别与驱动控制芯片U12的各输入端、Err故障输出端对应连接；微处理器CPU2的输入端PA5依次串接模数转换器U13和放大器U14；放大器U14的输入端与功率驱动电路的电流传感器83A的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PA6依次串接模数转换器U16和放大器U17，放大器U17的输入端与功率驱动电路的电流传感器83B的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PC1与电流传感器85的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PC2、PC3、PC4与触发器15的输出端A、B、C连接；触发器15的输入端HallA、HallB、HallC与电机位置传感器连接。

上述的新型电脑缝纫机控制系统，其中，所述的开关电源3由变压器T1、二极管D1、D2、D3、电容C1、C2、C3、C4、电源芯片U18、光电藕合器U19组成；所述的电容C1、C2、C3、C4分别与5V、15V、24V、VDD的线圈两端连接；二极管D1、D2、D3分别串接在5V、15V、24V线圈中；电源芯片U18的电源端与VDD线圈一端连接，其另一端与光电藕合器U19输出端连接，光电藕合器U19输入端与24V线圈一端连接；开关电源为主控制器和执行控制模块提供不同的工作电压。

上述的新型电脑缝纫机控制系统，其中，所述的通信电路由光电耦合器组件构成，光电耦合器组件分别与主控制器、执行控制模块的通信端双向连接。

本发明由于采用了上述的新型电脑缝纫机控制系统技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明可以采用通用的微处理器CPU，能大大降低制造成本。本发明由于在主控制器和执行控制模块中设有微处理器CPU1与微处理器CPU2，复杂电动机控制及自动缝制功能被两个独立的微处理器CPU来实现，且由于控制功能专一性，可以在大量通用的、较低性能的、廉价的微处理器CPU(或者专用电动机控制芯片)中选择所需要的产品，可大大降低制造成本。

2.简化软件程式的编写。本发明由于设在主控制器和执行控制模块中设有的微处理器CPU1与微处理器CPU2的功能分割清晰，软件程式的编写也大大简化。

3.安全可靠性进一步提高。本发明由于在本系统中采用双微处理器CPU控制，通过通信电路的隔离耦合，通信安全可靠；设有的开关电源，能使冷热电路之间隔离了强电的干扰。如两个微处理器CPU之间可通过芯片上固有的通讯接口(SCI、SPI、I²C、I/O等)；又如主控制器中的微处理器CPU1与专用电动机控制芯片之间可通过数/模接口或是I/O口等传输信息。这耦合变得非常简单且更合理，两个微处理器CPU之间的隔离耦合仅需要2～4个电子元器件即可完成，使冷热电路之间的分界十分简单。在这种配置下，不仅进一步降低了制造成本，而且电路的设计和制造将大大简化，可靠性进一步提高！

附图说明

图1是现有技术工业平缝机的电子马达控制电路框图。

图2是现有技术工业平缝机的专用电脑控制系统的电路框图。

图3是本发明新型电脑缝纫机控制系统的电路框图。

图4是本发明新型电脑缝纫机控制系统的软件流程框图。

图5是本发明新型电脑缝纫机控制系统的主控制器的电路原理图。

图6是本发明新型电脑缝纫机控制系统的执行控制模块的实施例之一采用电机专用芯片的电路原理图。

图7是本发明新型电脑缝纫机控制系统的执行控制模块的实施例之二采用单片机CPU2的电路原理图。

图8是本发明工业平缝机的新型电脑缝纫机控制系统的开关电路原理图。

图9是本发明工业平缝机的新型电脑缝纫机控制系统的控制面板电路原理图。

图10是本发明工业平缝机的新型电脑缝纫机控制系统的电动机功率驱动电路原理图。

图11是本发明新型电脑缝纫机控制系统的执行控制模块的流程框图。

图12是本发明新型电脑缝纫机控制系统的执行控制模块的实施例之一采用电机专用芯片的流程框图。

图13是本发明新型电脑缝纫机控制系统的执行控制模块的实施例之2采用微处理器CPU2的流程框图。

具体实施方式

请参见图3所示，新型电脑缝纫机控制系统，包括：主控制器1、执行控制模块2、开关电源3、通信电路4、控制面板5、由踏板传感器61、停针传感器62、编码传感器63组成的传感器组件6、电磁铁驱动电路7、由功率驱动电路81、电动机82、位置传感器组件83组成的电动机功率驱动电路8、整流电路9。

主控制器1与控制面板5双向连接，主控制器1的输入端分别与踏板传感器61、停针传感器62、编码传感器63的输出端连接；踏板传感器输出控制缝纫机的速度及各执行机构的操作信息；停针位置传感器用于反馈缝纫机机针的位置。

通信电路4分别与主控制器1和执行控制模块2双向连接，主控制器1通过通信电路4与执行控制模块2双向传输数据和命令；开关电源3分别与主控制器1和执行控制模块2连接，开关电源3为主控制器1和执行控制模块2提供不同的工作电压。

执行控制模块2与功率驱动电路81双向连接，功率驱动电路81的输入输出端分别与整流电路9和电动机82连接；该位置传感器组件83设置在电动机上，其输出端与执行控制模块2的输入端连接；整流电路9连接交流电源。

请参见图5所示，请配合参见图9，控制面板5上设有按键51、发光二极管52及速度调节器53，控制面板用于人机对话。

主控制器1由微处理器CPU1、放大器U2、U3、模数转换器U21、U31组成；微处理器CPU1采用MC68HC，80C51等8位单片机。放大器U2、U3、模数转换器U21、U31采用现有的通用芯片。

在控制面板5的速度调节器53的输出端与微处理器CPU1的PA3端之间依次串联连接放大器U2和模数转换器U21；在踏板传感器61的输出端与微处理器CPU1的PA4端之间依次串联连接放大器U3和模数转换器U31；微处理器CPU1的PA1、PA2、PA5、PA6分别与控制面板上的发光二极管52、按键51、设置在缝纫机上的停针传感器62、编码传感器63连接、微处理器CPU1的PC1至PC3分别与设置在缝纫机上的电磁铁驱动电路7连接；微处理器CPU1的信号发送端PB3、PB2和信号接收端PB1、PB4分别与通信电路4的信号接收端和信号发送端对应连接。

请参见图6所示，这是执行控制模块的实施例之一，执行控制模块2由专用电动机控制芯片U5、放大器U6、数模转换器U7、模数转换器U8、触发器9、驱动控制芯片U10组成；专用电动机控制芯片U5，可采用芯片MC33033，或UC3625；放大器U6、数模转换器U7、模数转换器U8、触发器9驱动控制芯片U10采用现有的通用芯片。

数模转换器U7的Data数据端、Clock时钟端分别与通信电路的相对应端口连接；数模转换器U7的输出端与放大器U6的输入端连接，所述的放大器U6的输出端与模数转换器U8的输入端连接；所述的模数转换器U8的输出端与专用电动机控制芯片U5的PA1连接，专用电动机控制芯片U5的PA4与通信电路的Protect保护端口连接，专用电动机控制芯片U5的PB0至PB5、输入端PB6分别与驱动控制芯片U10的多个输入端、Err故障输出端连接，驱动控制芯片U10的多个输出端与功率驱动电路连接；专用电动机控制芯片U5的位置传感器接口Pc2至Pc4与触发器U9的HallA、HallB、HallC输出端对应连接，触发器15的输入端HallA、HallB、HallC与电机的位置传感器连接；专用电动机控制芯片U5的电流传感器接口Pc1与功率驱动电路的电流传感器85的输出端连接。

请参见图7所示，这是执行控制模块的实施例之二，执行控制模块2由微处理器CPU2、驱动控制芯片U12、放大器U14、U17、模数转换器U13、U16、触发器15组成；微处理器COU2，可采用芯片MC68HC，80C51等8位单片机。驱动控制芯片U12、放大器U14、U17、模数转换器U13、U16、触发器15采用现有的通用芯片。

微处理器CPU2的PA1至PA4的通信接口分别与通信电路相对应的通信接口连接；微处理器CPU2的输出端PB0至PB5、输入端PB6分别与驱动控制芯片U12的各输入端、Err故障输出端对应连接；微处理器CPU2的输入端PA5依次串接模数转换器U13和放大器U14；放大器U14的输入端与功率驱动电路的电流传感器83A的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PA6依次串接模数转换器U16和放大器U17，放大器U17的输入端与功率驱动电路的电流传感器83B的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PC1与电流传感器85的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PC2、PC3、PC4与触发器15的输出端A、B、C连接；触发器15的输入端HallA、HallB、HallC与电机位置传感器连接。

请参见图8所示，开关电源3由变压器T1、二极管D1、D2、D3、电容C1、C2、C3、C4、电源芯片U18、光电藕合器U19组成；所述的电容C1、C2、C3、C4分别与5V、15V、24V、VDD的线圈两端连接；二极管D1、D2、D3分别串接在5V、15V、24V线圈中；电源芯片U18的电源端与VDD线圈一端连接，其另一端与光电藕合器U19输出端连接，光电藕合器U19输入端与24V线圈一端连接。开关电源为主控制器和执行控制模块提供不同的工作电压，开关电源3利用其光电隔离来实现电源回路的隔离。

请参见图10所示，电动机功率驱动电路8，由功率驱动电路81、电动机82及位置传感器83、电流传感器84A、84B、85组成。功率驱动电路81的输入端与由二极管D1至D4组成的连接，桥式整流电路9的输入端与交流电源220V连接。功率驱动电路81由驱动三极管T1至T6、二极管D5至D10组成；驱动三极管T1、T2、T3的集电极与电源正端连接，驱动三极管T1、T2、T3的发射极与驱动三极管T4、T5、T6的集电极连接，驱动三极管T4、T5、T6的发射极与电源负端连接，二极管D5、D6、D7、D8、D9、D10的正、负端分别与驱动三极管T1、T2、T3、T4、T5、T6的发射极、集电极连接，驱动三极管T1、T2、T3、T4、T5、T6的基极分别与执行控制模块2的输出端PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6连接。驱动三极管T1、T2、T3的发射极分别与电动机82的电源控制U端、V端、W端连接，位置传感器组件83由安装于电机轴上的光栅片与安装于电机定子上的光电元件组成，位置传感器83输出信号端分别为HallA、HallB、HallC，分别与执行控制模块2的HallA、HallB、HallC输入端连接，电流传感器84A、84B分别设置在电动机82的W端、V端，电流传感器84A、84B的输出端分别与执行控制模块2的信号输入端Isena、Isenb连接，电流传感器85设置在电源的负端，电流传感器85的输出端与执行控制模块2的信号输入端Isen连接。

电动机功率驱动电路8的作用原理是，执行控制模块2的输出端PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6输出PWM(脉宽调制Pulse WidthModulation，简称PWM)信号，分别控制T1、T2、T3、T4、T5、T6的开通与关断，从而控制电机的电流大小，达到目标的电机力矩与转速，位置传感器83向执行控制模块2提供电机速度与位置反馈，电流传感器84A、84B向执行控制模块2提供电机电流(力矩)反馈，电流传感器85向执行控制模块2提供过电流保护信号。

本发明的电路作用原理是，本发明的主控制器1和执行控制模块2分别采用微处理器CPU1和CPU2，或分别采用微处理器CPU1和专用的电动机控制芯片，设在主控制器1中的微处理器CPU1，用于与操作人员可接触的部件：控制面板、踏板传感器、停针传感器和电磁铁电路等连接，该微处理器CPU1接受控制命令及反馈信号，在设计的缝纫机应用程式下完成诸如变速、位置控制，以及自动缝纫的各功能。设在执行控制模块2中的微处理器CPU2或电动机专用控制芯片，用来专门实现电动机的控制策略；它接受微处理器CPU1发来的电机控制命令，并接收电动机及功率驱动电路的反馈信号，根据设计的电动机控制策略程式来实现力矩控制、速度控制等，从而协助微处理器CPU1一起完成复杂的自动缝纫。

在执行控制模块2中采用的专用电动机控制芯片是一个专用的微处理器CPU芯片。采用这个方案后，分别设在主控制器1和执行控制模块2中微处理器CPU1、专用电动机控制芯片分别完成各自的控制功能，微处理器CPU1负责自动缝纫所需要的应用控制，包括人机对话的工作模式设置、接受踏板传感器的速度和操作命令、控制缝纫机的主轴位置和停针位置、以及操作电磁铁回路实现自动机构工作等；专用电动机控制芯片负责电动机的控制策略及控制模块2中的故障检测等。

分别设在主控制器1和执行控制模块2中的微处理器CPU1与微处理器CPU2之间可通过数字光电耦合器、模拟光电耦合器、电磁耦合(如开关变压器)等实现隔离连接，既可以双向传输信息，又可将高压电路中的干扰信号隔离。本系统中采用双微处理器CPU控制，通过通信电路的隔离耦合，通信安全可靠；设有的开关电源，能使主控制器1和执行控制模块2之间隔离了强电的干扰。使冷热电路之间的隔离耦合变得非常简单且更合理，如两个CPU之间可通过芯片上固有的通讯接口(SCI、SPI、I2C、I/O等)；又如主控制器中的微处理器CPU1与专用电动机控制芯片之间可通过数/模接口或是I/O口等。这些隔离耦合仅需要2～4个电子元器件即可完成，使冷热电路之间的分界十分简单。在这种配置下，不仅进一步降低了制造成本，而且电路的设计和制造将大大简化，可靠性进一步提高！

由于复杂电动机控制及自动缝制功能被两个独立的微处理器CPU来实现，这两个微处理器CPU的工作负担大大减少，且由于控制功能专一性，可以在大量通用的、较低性能的、廉价的微处理器CPU(或者专用电动机控制芯片)中选择所需要的产品，可大大降低制造成本。

请参见图4所示是新型电脑缝纫机控制系统的软件模块设计框图，本发明的缝纫机的控制是在软件的控制下实现的；它分为两部分，应用控制和电动机控制。应用控制是通过微处理器CPU1完成的，而电机控制是通过微处理器CPU2完成的。微处理器CPU1通过控制面板接受操作员的设置控制器的参数和缝制模式，并根据操作员的踏板控制命令和停针传感器的反馈信号将所需要的应用控制分解为电动机控制，并通过数模转换模块传递给电机控制模块。本系统软件主要由以下模块组成：

操作面板：可以设置工作模式，并且实时显示工作状态，如报警故障显示等；

A/D采集模块：通过A/D通道，可以采集各路模拟信号，如踏板的输入信号，母线电压信号，电流反馈信号等；

编码器输入模块：通过编码器可知电机的转速，转向等信息，如利用CPU的捕获功能，将编码器每个脉冲的时间间隔记录下来，再转化成速度，即电机的实际反馈速度；

控制算法模块：如PID算法，可以将系统形成闭环，如速度闭环，电流闭环等；

通讯模块：通讯模块如IIC、SPI、UART等，可将微处理器CPU1的控制命令通过通讯模块传给电机专用控制芯片或者微处理器CPU2。

执行机构控制模块：微处理器CPU2按要求控制各个执行模块，如电磁铁的控制等。

传感器输入模块：如上下停针传感器，电机的HALL位置传感器，一般用中断进行处理。

电机控制模块：电机控制模块包括电机专用控制芯片或者一块微处理器CPU2，微处理器CPU2是用来专门进行电机控制的，它通过通讯模块接收到微处理器CPU1发来的电机控制命令，如速度、位置和/或力矩命令，根据电机当前的运行状况(如电机转子位置、电流大小等)来对电机进行对应的控制，从而协助微处理器CPU1完成整个缝纫机的调速、位置、起停和辅助的(电磁铁回路)操作控制。

请参见图11所示，当程序开始运行，在主程序循环中，检测踏板的给定速度、实际的电机反馈速度，将两者进行PID运算，结果通过IIC总线传送到电机控制模块，即可准确、实时的控制电机的速度，通过电机编码器即可确定电机转子的位置，以达到精确停针的目的。同时系统还实时的检测各路参数，一旦出现故障，立即报警，同时停机。

请参见图12、图13所示，其中图12的执行控制模块中设有的是电机控制专用芯片，图13的执行控制模块中设有的是微处理器CPU2，在主程序循环中，周期性的执行通讯函数，以及缝纫功能函数，定时检测故障代码，一旦出现故障，立即停机，同时进行故障处理，如在控制面板上显示故障代码，以及声音报警提示。当没有故障时，定时踏板输入采样，编码器反馈采样，电流采样等，然后进行控制运算，即可形成闭环控制系统。

执行控制模块中设有的微处理器CPU2或电机专用控制芯片是用来专门进行电机控制的，它接收到上位机微处理器CPU1发来的电机控制命令，如速度、位置和/或力矩命令，根据电机当前的运行状况(如电机转子位置、电流大小等)来对电机进行对应的控制，从而协助上位机微处理器CPU1完成整个缝纫机的调速、位置、起停和辅助的(电磁铁回路)操作控制。

综上所述，本发明由于在本系统中采用双微处理器CPU控制，通过通信电路和开关电源，使冷热电路之间的隔离耦合变得非常简单且更合理，有效的防止了强电的干扰信号，安全可靠性进一步提高；复杂电动机控制及自动缝制功能被两个独立的微处理器CPU来实现，从而可以选用通用的、廉价的微处理器CPU，可大大降低制造成本；且由于控制功能专一性，功能分割清晰，软件程式的编写也大大简化。

Claims (9)

1.一种新型电脑缝纫机控制系统，该系统包括控制器、控制面板、踏板传感器、停针传感器、电磁铁驱动电路、电动机、整流电路；其特征在于：所述的控制器由主控制器、执行控制模块、分别连接主控制器、执行控制模块的通信电路及开关电源组成，主控制器通过通信电路与执行控制模块双向传输数据和命令；主控制器分别与控制面板、踏板传感器、停针传感器、电磁铁驱动电路连接；

还包括一编码传感器，该编码传感器与主控制器连接；

还包括一电动机功率驱动电路，该电动机功率驱动电路由电动机、功率驱动电路及位置传感器组件组成；功率驱动电路与执行控制模块双向连接，功率驱动电路的输入、输出端分别与整流电路和电动机连接；该位置传感器组件设置在电动机上，其输出端与执行控制模块的输入端连接；

所述的控制面板上设有发光二极管、按键及速度调节器；

所述的主控制器由微处理器CPU1、放大器U2、U3、模数转换器U21、U31组成；在控制面板的速度调节器的输出端与微处理器CPU1的PA3端之间依次串联连接放大器U2和模数转换器U21；在踏板传感器的输出端与微处理器CPU1的PA4端之间依次串联连接放大器U3和模数转换器U31；

所述的执行控制模块由微处理器CPU2、驱动控制芯片U12、放大器U14、U17、模数转换器U13、U16、触发器U15组成；微处理器CPU2的PA1至PA4的通信接口分别与通信电路相对应的通信接口连接；微处理器CPU2的输出端PB0至PB5、输入端PB6分别与驱动控制芯片U12的各输入端、Err故障输出端对应连接。

2.如权利要求1所述的新型电脑缝纫机控制系统，其特征在于：所述微处理器CPU1的PA1、PA2、PA5、PA6分别与控制面板上的发光二极管、按键、设置在缝纫机上的停针传感器、编码传感器连接，微处理器CPU1的PC1至PC3分别与设置在缝纫机上的电磁铁驱动电路连接；微处理器CPU1的信号发送端PB3、PB2和信号接收端PB1、PB4分别与通信电路的信号接收端和信号发送端对应连接。

3.如权利要求1所述的新型电脑缝纫机控制系统，其特征在于：微处理器CPU2的输入端PA5依次串接模数转换器U13和放大器U14；放大器U14的输入端与功率驱动电路的第一电流传感器(84A)的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PA6依次串接模数转换器U16和放大器U17，放大器U17的输入端与功率驱动电路的第二电流传感器(84B)的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PC1与第三电流传感器(85)的输出端连接；微处理器CPU2的输入端PC2、PC3、PC4与触发器U15的输出端HallA、HallB、HallC连接；触发器U15的输入端HallA、HallB、HallC与电机位置传感器连接。

4.如权利要求1所述的新型电脑缝纫机控制系统，其特征在于：所述的开关电源(3)由变压器T1、二极管D1、D2、D3、电容C1、C2、C3、C4、电源芯片U18、光电藕合器U19组成；所述的电容C1、C2、C3、C4分别与5V、15V、24V、VDD的线圈两端连接；二极管D1、D2、D3分别串接在5V、15V、24V线圈中；电源芯片U18的电源端与VDD线圈一端连接，其另一端与光电藕合器U19输出端连接，光电藕合器U19输入端与24V线圈一端连接；开关电源为主控制器和执行控制模块提供不同的工作电压。

5.如权利要求1所述的新型电脑缝纫机控制系统，其特征在于：所述的通信电路由光电耦合器组件构成，光电耦合器组件分别与主控制器、执行控制模块的通信端双向连接。

6.一种新型电脑缝纫机控制系统，该系统包括控制器、控制面板、踏板传感器、停针传感器、电磁铁驱动电路、电动机、整流电路；其特征在于：所述的控制器由主控制器、执行控制模块、分别连接主控制器、执行控制模块的通信电路及开关电源组成，主控制器通过通信电路与执行控制模块双向传输数据和命令；主控制器分别与控制面板、踏板传感器、停针传感器、电磁铁驱动电路连接；

还包括一编码传感器，该编码传感器与主控制器连接；

还包括一电动机功率驱动电路，该电动机功率驱动电路由电动机、功率驱动电路及位置传感器组件组成；功率驱动电路与执行控制模块双向连接，功率驱动电路的输入、输出端分别与整流电路和电动机连接；该位置传感器组件设置在电动机上，其输出端与执行控制模块的输入端连接；

所述的控制面板上设有发光二极管、按键及速度调节器；

所述的主控制器由微处理器CPU1、放大器U2、U3、模数转换器U21、U31组成；在控制面板的速度调节器的输出端与微处理器CPU1的PA3端之间依次串联连接放大器U2和模数转换器U21；在踏板传感器的输出端与微处理器CPU1的PA4端之间依次串联连接放大器U3和模数转换器U31；

所述的执行控制模块由专用电动机控制芯片U5、放大器U6、数模转换器U7、模数转换器U8、触发器U9、驱动控制芯片U10组成；所述的数模转换器U7的Data数据端、Clock时钟端分别与通信电路的相对应端口连接；数模转换器U7的输出端与放大器U6的输入端连接，所述的放大器U6的输出端与模数转换器U8的输入端连接；所述的模数转换器U8的输出端与专用电动机控制芯片U5的PA1连接，专用电动机控制芯片U5的PA4与通信电路的Protect保护端口连接，专用电动机控制芯片U5的PB0至PB5、输入端PB6分别与驱动控制芯片U10的多个输入端、Err故障输出端连接，驱动控制芯片U10的多个输出端与功率驱动电路连接；专用电动机控制芯片U5的位置传感器接口Pc2至Pc4与触发器U9的HallA、HallB、HallC输出端对应连接，触发器U9的输入端HallA、HallB、HallC与电机的位置传感器连接；专用电动机控制芯片U5的电流传感器接口Pc1与功率驱动电路的第三电流传感器(85)的输出端连接。

7.如权利要求6所述的新型电脑缝纫机控制系统，其特征在于：所述微处理器CPU1的PA1、PA2、PA5、PA6分别与控制面板上的发光二极管、按键、设置在缝纫机上的停针传感器、编码传感器连接，微处理器CPU1的PC1至PC3分别与设置在缝纫机上的电磁铁驱动电路连接；微处理器CPU1的信号发送端PB3、PB2和信号接收端PB1、PB4分别与通信电路的信号接收端和信号发送端对应连接。

8.如权利要求6所述的新型电脑缝纫机控制系统，其特征在于：所述的开关电源(3)由变压器T1、二极管D1、D2、D3、电容C1、C2、C3、C4、电源芯片U18、光电藕合器U19组成；所述的电容C1、C2、C3、C4分别与5V、15V、24V、VDD的线圈两端连接；二极管D1、D2、D3分别串接在5V、15V、24V线圈中；电源芯片U18的电源端与VDD线圈一端连接，其另一端与光电藕合器U19输出端连接，光电藕合器U19输入端与24V线圈一端连接；开关电源为主控制器和执行控制模块提供不同的工作电压。

9.如权利要求6所述的新型电脑缝纫机控制系统，其特征在于：所述的通信电路由光电耦合器组件构成，光电耦合器组件分别与主控制器、执行控制模块的通信端双向连接。

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