CN101177848B - 一种直驱式单针工业平缝机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直驱式单针工业平缝机控制系统，该系统包括处理器、操作板、通信电路、电机驱动电路、电磁阀驱动电路、脚踏板检测电路、位置检测电路、电机、过电流保护电路、电压检测电路、电流检测电路、开关电源、整流电路、脚踏板调速器；系统硬件电路的设计以及软件的设计都采用了模块化的设计，停针速度较快且迅速准确、无滞后，线迹重合度很高，定针缝针数准确，缝纫速度比较稳定；人机操作界面更加人性化、可操作化，克服了传统人机界面只显示英文、数字的缺点，增加了汉字显示。

Description

一种直驱式单针工业平缝机控制系统

技术领域

本发明涉及一种工业平缝机的控制系统，特别是一种直驱式单针工业电脑平缝机的控制系统。

背景技术

1.国内外研究现状

随着市场需求的发展，用户对缝纫设备的要求越来越高，直接推动着缝纫设备控制系统的快速推陈出新。目前，国内外对缝纫机控制系统的研究呈现如下状况：

1)由于直驱式电脑平缝机采用内置的马达直接驱动缝纫机，具有安装快捷方便、易维护、操作空间加大、缝纫更舒适、整机体积小、运输方便等优点，所以，直驱式电脑平缝机一经面市，就迅速成为市场上的主流产品，直驱式电脑控制系统也成为新的研究热点和发展方向。

2)目前，日本的兄弟、重机等国外公司以及台湾的贺欣、鸿鹄等公司都成功研制了相应的直驱式电脑平缝机控制系统。

3)国内知名的缝纫机厂商都纷纷推出了自己的直驱式电脑平缝机，批量供应市场，但其控制系统基本都由台湾或国外的公司配套。例如，西安标准、浙江通宇等公司所生产的GC672系列直驱无油自动剪线平缝机、GC8000系列直驱微油电脑机等一批新产品。

4)目前，国内尚未开展直驱式电脑缝纫机控制系统的研究，研究热点还集中在普通型的平缝机控制系统。例如，标准、方正、飞跃、上工等国内厂商都研制了或联合研制了相应的控制系统，西北工业大学的唐永哲教授提出了基于196单片机的平缝机电脑控制系统，上海交通大学的赵继敏教授开发了基于DSP的电脑控制系统，浙江大学的刘峙飞在电脑控制系统中引入了空间电压矢量控制，这些研究都是针对传统的电磁离合器电机或交流调速电机。

缝纫机控制系统的研究发展关键的一点是技术的发展。虽然中国缝纫机行业近几年得到了长足的发展，生产企业对研发，技术方面等投入相对比较大，且缝纫机整机生产逐步向中国转移，但与日本等同行相比，研发、技术方面差距依然很大。

2.当前电脑平纫机控制系统存在的缺点

从系统整体上来看，体积笨重、噪音大、速度低、高速控制差、电能消耗大、成本高；

从控制系统电路上来看，干扰严重、元器件成本昂贵、功率器件发热严重，电路板设计复杂；

从应用的电机上来看，主要采用的是离合器电机、感应电动机、伺服电动机，直流无刷电动机渐渐开始应用到实际中。

从中国整个缝纫机控制系统的产品发展来看，产品主要以仿制国外产品为主，缺乏自主创新。是否需要从仿制逐步转向独立开发、如何逐步进行转化，在哪些方面首先进行有计划地改进提升，是大部分缝纫机控制系统研发部门面临的关键战略问题。

当前，缺工缺电是国内服装企业所面临的两大困难，服装企业要在激烈的市场竞争中生存并发展壮大，就必须采用节能高效的先进设备，降低对工人的要求，所以对于缝纫设备——缝纫机的要求也越来越高，基于此现象，先后推出了各种各样的电脑工业缝纫机，当前缝纫机控制系统技术的提升、创新已经成为该领域研究关注热点。

发明内容

基于上述当前电脑平缝机控制系统存在的缺点或不足，本发明的目的在于，基于当前的缝纫机控制系统的市场需求和研究技术需求，提供一种直驱式单针工业平缝机控制系统，该系统采用了模块化设计的思想：主控制器和操作板分开，操作板可实现汉字显示，引用永磁式直流无刷电机到缝纫机控制系统中使得整机体积减小；电路板设计模块化使得各部分功能分割清楚并且便于产品的维修、更换，程序模块化简化了程序的编写。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，该系统包括处理器U1、操作板、通信电路、电机驱动电路、电磁阀驱动电路、脚踏板检测电路、电流检测电路、永磁式直流无刷电机、过电流保护电路、电压检测电路、位置检测电路、开关电源、整流电路、脚踏板调速器；其中，系统由主控制器和操作板两大部分组成，操作板独自为1块，形成系统的操作板；

操作板与处理器U1通过通信电路进行双向数据传输；

处理器U1分别连接位置检测电路、电机驱动电路、电磁阀驱动电路、脚踏板检测电路、电压检测电路、电流检测电路；

电机分别连接位置检测电路、电机驱动电路、电流检测电路；

电机驱动电路分别与过电流保护电路、整流电路、永磁式直流无刷电机、处理器U1连接；

整流电路与电压检测电路、电机驱动电路相连；

脚踏板调速器与脚踏板检测电路相连；

开关电源为整个控制系统提供5V、12V、15V、27V的直流电源；

脚踏板调速器向脚踏板检测电路发送脚踏板位置信号，脚踏板检测电路对信号进行信号调理后给处理器发送脚踏板位置处理信号；过电流保护电路主要对电机驱动电路进行保护，处理器对电机驱动电路发送6路驱动信号，控制调节电机的速度，控制电机按期望速度运动；电流检测电路对电机驱动电路的电流进行检测，检测信号反馈给处理器进行PID控制形成闭环控制；位置检测电路对电机位置和速度进行检测，并将信号反馈给处理器，处理器进行PID调节后对电机进行控制，位置检测电路的主要功能是解决永磁式直流无刷电机的换向问题；电磁阀驱动电路通过处理器给电磁阀驱动电路发送驱动信号控制各个功能电磁阀动作。

上述的直驱式单针工业平缝机控制系统为多块电路板设计，其中，处理器、通信电路、电机驱动电路、电磁阀驱动电路、电流检测电路、过电流保护电路、电压检测电路、整流电路构成控制系统板，脚踏板调速器和脚踏板检测电路构成脚踏板检测电路板，位置检测电路构成位置检测电路板，开关电源构成开关电源板，且上述控制系统板、脚踏板检测电路板、位置检测电路板、开关电源板组成主控制器，操作板独立于主控制器构成系统的操作板。

操作板，由LCD、按键，以及驱动电路、处理器U22、外围电路组成；操作板主要实现LCD显示、按键的处理、缝纫参数的设置保存，与主控制器连接进行数据、指令、故障信号的双向传输。

上述电机驱动电路，由隔离电路、电机驱动芯片U17以及功率管IGBTQ1～Q6形成的单电源供电的全桥驱动电路组成，输出U、V、W与电机3相绕组连接，驱动永磁直流无刷电机正常工作；由于功率管驱动芯片U17自身的特点，在发生欠压或过流时通过故障信号脚使得驱动芯片停止工作关断6路驱动输出，达到了自动保护的功能；为了确保电机驱动电路正常运行，通过一个电流检测电阻R7对全桥驱动电路下桥臂电流进行过电流检测保护，当过流时，功率管驱动电路会自动关断6路输出，实现过流保护功能。功率管IGBT的驱动芯片U17的输出LO1、LO2、LO3分别串联电阻R33、R34、R35后连接逆变桥电路的下桥臂Q4、Q6、Q2的栅极，HO1、HO2、HO3分别串联一电阻R30、R31、R32连接上桥臂Q1、Q3、Q5的栅极，功率管Q1、Q3、Q5源极分别与功率管Q4、Q6、Q2的漏极连接，功率管IGBTQ1、Q3、Q5的源极分别与直流无刷永磁电动机的U、V、W端连接；此外为防止门极开路或门极损坏时主电路加电损坏IGBT，在栅、射极之间连接电阻R39～R44。驱动芯片U17的输出VS1、VS2、VS3分别串联一电阻R36、R37、R38连接到上桥臂Q1、Q3、Q5的源极，功率管的输出U、V、W分别串联一电阻R45、R46、R47与下桥臂的共地端连接。

上述电磁阀驱动电路，由U10、Q8、Q9、Q10、电阻R81、R82、R83等组件组成；主控制器的处理器U1的P2.4、P2.5、P6.6脚输出信号经过由反相器U10后分别串联一电阻R81、R82、R83后与功率管Q8、Q9、Q10连接，功率管输出驱动信号通过接插件J5控制自动剪线、自动倒缝、自动扫线3个电磁阀的动作。

上述脚踏板检测电路板，独立于控制系统板，安装在脚踏板的连轴上，通过双绞线和控制系统板上的处理器U1连接，其中，脚踏板检测电路由霍尔传感器和信号调理电路组成，脚踏板调速器输出的脚踏板位置信号经过脚踏板检测电路处理后通过双绞线与控制系统板连接。

上述位置检测电路，目的是对直流无刷电机转子位置进行检测，为电机驱动电路提供正确的换相信息。位置检测电路板独立于控制系统板安装在永磁直流无刷电机上，与控制系统板通过双绞线连接；位置检测电路输出的A、B相信号，R、S、T等信号通过一滤波电路与处理器U1连接；其中，滤波电路由反相器U7和U10E、与门U4、或非门U6组成，A、B相信号经过反相器U10E后与处理器U1连接，R、S、T信号通过反相器U7、与门U4、或非门U6后与处理器U1连接；位置检测电路检测到的信号A、B相之间相差90度形成正交，使得检测精度提高了4倍；位置检测电路利用简单的逻辑电路实现了对换相信号的处理。

上述电压检测电路，通过电阻R3、R4组成的分压电路对直流母线电压进行分压处理后连接到过压、欠压电路；其中，欠压信号的处理电路是，分压经单电源供电的运算放大器U18A进行比较后通过光耦U20A处理连接到处理器U1；过压电路中直流母线电压的分电压经过两次运放U18B、U18C的处理后通过光耦U20B处理与处理器U1连接，其中，分电压第二次经过运放处理的目的在于延时。电压检测电路的特点是运用了单电源供电的运放，驱动大、可靠性高，过压检测电路中增加了一个延时电路，排除了过压信号误检测情况，使得检测电路更加可靠。

上述电流检测电路，由单电源供电的运放U19A、U19B以及电流互感器CT1、CT2等组件组成；其中，主要是对电机的U、V相电流进行检测，电机驱动电路输出的U相电流经由电流互感器CT1处理后与运放U19A、滤波调理电路处理后电流反馈给处理器U1，对电流信号进行处理；V相电流经电流互感器CT2与运放U19B连接，再通过滤波调理电路与处理器U1连接，实现电流闭环控制。

本发明带来的技术效果是：

1.经济成本的降低

本发明的直驱式单针工业平缝机控制系统，其中的永磁式直流无刷电机、位置检测器和脚踏板调速器，批量生产价格约300元/套，主控制器其他部件、操作板总成本约为600～800元/套，即全套成本约900～1100元/套，然而同性能的3自动电脑平缝机，国外售价6500～7000元/台，国内售价4000元/台左右，普通平缝机售价2000元/台左右，则电脑平缝机的单独控制器售价为：国外为4500～5000元/套，国内为2000元/套；由此可见本发明技术经济成本明显偏低。

2.模块化设计的优点

本发明中硬件电路的设计以及软件的设计都采用了模块化的设计，硬件部分：模块化的设计首先从开始设计到成品的生产都存在着它的优点，首先，设计初期，电路的模块化使得调试更加容易便捷，更容易找到问题的所在，这是一种电路设计的新思想；其次，成品生产中，如果各部分电路出现了问题，更换板子时，不是整块板子更换，而是部分子模块电路板的更换，即该前提是把主控制电路板设计成几个子模块板的组合；软件部分：本发明设计中软件分成几个子模块来实现，各个子模块在中断程序里被调用，模块化的软件设计思想使程序更简化。

3.可靠性的提高

数字、模拟电路的分开设计，以及独特的电路隔离设计，使得整个控制系统板抗干扰性更强，更加可靠、稳定。

4.取得的更高技术指标

本发明的直驱式单针工业平缝机控制系统，系统基本性能方面的技术指标的提高有：停针速度比较快并且迅速准确、无滞后，线迹重合度很高，定针缝针数准确，缝纫速度比较稳定；控制系统板、电机驱动电路采用单电源供电的全桥驱动电路以及最优的功率管的导通顺序；人机操作界面更加人性化、可操作化，克服了传统人机界面只显示英文、数字的缺点，增加了汉字显示，使得更加符合中国人的应用习惯。

附图说明

图1是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统电路框图；

图2是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统电路板关系图；

图3是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统操作板电路；

图4是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统电机驱动电路；

图5是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统单电源供电的三相六步IGBT全桥驱动电路；

图6是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统位置检测电路；

图7是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统电磁阀驱动电路；

图8是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统直流母线电压检测电路；

图9是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统电流检测电路；

图10是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统基于对电机控制的主程序流程框图；

图11是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统操作板主程序流程框图；

图12是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统缝纫模式判断模块流程框图。

以下参照附图说明对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

请参见图1所示，本发明的直驱式单针工业平缝机控制系统，包括处理器U11、操作板2、通信电路3、电机驱动电路4、电磁阀驱动电路5、脚踏板检测电路6、电流检测电路7、永磁式直流无刷电机8、过电流保护电路9、电压检测电路10、位置检测电路11、开关电源12、整流电路13、脚踏板调速器14。其中，操作板2独自为1块，形成系统的操作板；

操作板2与处理器U1通过通信电路3进行双向数据传输；电机驱动电路4分别与过电流保护电路9、整流电路13、永磁式直流无刷电机8、处理器U1连接，其中，过电流保护电路9主要对电机驱动电路中的驱动芯片U17进行保护，从而保护整个电机驱动电路，处理器U1对电机驱动电路4发送6路驱动信号，控制功率管的关断、导通调节电机速度，控制电机按期望速度运动；为了使得电机速度平稳按期望速度运动、制动迅速、停机位置准确，设计了电流检测电路11对电机驱动电路的电流进行检测反馈检测信号回馈给处理器U1进行PID控制形成闭环控制；位置检测电路11的输入连接永磁式直流无刷电机，输出连接处理器U1，位置检测电路11目的是对直流无刷电机转子位置进行检测，为电机驱动电路提供正确的换相信息；处理器U1与电磁阀驱动电路5连接，通过给电磁阀驱动电路发送驱动信号控制各个功能电磁阀动作；脚踏板调速器14通过脚踏板检测电路6和处理器U1连接，脚踏板调速器14向脚踏板检测电路6发送脚踏板位置信号，脚踏板检测电路6对脚踏板位置信号进行信号调理后给处理器U1发送脚踏板位置处理信号；开关电源12为整个控制系统提供5V、12V、15V、27V的直流电源。

请参见图1、图2所示，直驱式单针工业平缝机控制系统由5块电路板组成，即，处理器U1、通信电路3、电机驱动电路4、电磁阀驱动电路5、电流检测电路7、过电流保护电路9、电压检测电路10、整流电路13构成控制系统板，脚踏板检测电路6和脚踏板调速器14构成脚踏板检测电路板，位置检测电路11构成位置检测电路板，开关电源12构成开关电源板，且上述控制系统板、脚踏板检测电路板、位置检测电路板、开关电源板组成主控制器，操作板2独立于主控制器构成系统的操作板。

请参见图3所示，操作板2由按键、LCD、驱动电路、外围电路、处理器CPU U22等组件组成，操作板2实现数码管显示、按键的处理、缝纫参数的设置保存，操作板2与主控制器的控制系统板连接进行数据、指令、故障信号的双向传输。

请参见图4所示，请配合参见图1和图5，电机驱动电路4主要由光电隔离电路、驱动芯片U17、功率管Q1～Q6形成的单电源供电的全桥驱动电路组成，驱动永磁式直流无刷电机8正常工作；由于本发明的动力源采用永磁式直流无刷电机，所以对电机的驱动主要由电机驱动电路4、位置检测电路11和过电流保护电路9共同实现，其工作原理是：主控制器的控制系统板上的处理器U1输出6路PWM(脉宽调制Pulse Width Modulation，简称PWM)信号经过光电隔离电路处理后输入驱动芯片U17，信号经驱动芯片处理后控制6个功率管的导通和关断，从而控制永磁式直流无刷电机定子上各相绕组通电顺序和时间，对直流无刷电机进行变频调速；安装在电机上的位置检测电路11对直流无刷电机转子位置进行检测，为电机驱动电路提供正确的换相信息反馈给处理器U1实现对电机的驱动。如图5所示，为改变控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小IGBT集电极电压的尖峰，在功率管IGBT栅极串上合适的电阻R30～R35；功率管IGBT的驱动芯片U17的输出LO1、LO2、LO3分别串联电阻R33、R34、R35后连接逆变桥电路的下桥臂Q4、Q6、Q2的栅极，HO1、HO2、HO3分别串联一电阻R30、R31、R32连接上桥臂Q1、Q3、Q5的栅极，功率管Q1、Q3、Q5源极分别与功率管Q4、Q6、Q2的漏极连接，功率管IGBT Q1、Q3、Q5的源极分别与直流无刷永磁电动机的U、V、W端连接；此外为防止门极开路或门极损坏时主电路加电损坏功率管IGBT，在栅、源极之间连接电阻R39～R44。驱动芯片U17的输出VS1、VS2、VS3分别串联电阻R36、R37、R38连接到上桥臂Q1、Q3、Q5的源极，功率管的输出U、V、W分别串联一电阻R45、R46、R47与下桥臂的共地端连接。

请参见图6所示，直流无刷电机位置检测电路目的在于，对永磁式直流无刷电机转子位置进行检测，为电机驱动电路提供正确的换相信息。位置检测电路板独立于控制系统板安装在永磁式直流无刷电机转子上，通过双绞线与控制系统板连接进行信号传输；位置检测电路输出的A、B相信号，用于测量电机的速度以及电机的转向(正转、反转)，各自相差120度的R、S、T信号用于确定电机位置，位置检测电路检测到的信号通过滤波电路与控制系统板上的处理器U1连接；其中，滤波电路由反相器U7和U10E、与门U4、或非门U6组成，A、B相信号经过反相器U10E后与处理器U1连接，R、S、T信号通过反相器U7、与门U4、或非门U6后与处理器U1连接；位置检测电路检测到的A、B相信号之间相差90度形成正交，使得检测精度提高了4倍；位置检测电路利用简单的逻辑电路实现了对换相信号的处理。

功率管驱动芯片U17具有自动保护功能，在发生欠压或过流时通过故障信号脚使得驱动芯片停止工作关断6路驱动输出，实现了自动保护功能；如图5所示，为了确保电机驱动电路4正常运行，通过一个电流检测电阻R7对全桥驱动电路下桥臂电流进行过电流检测保护，当过流时，功率管驱动电路会自动关断6路输出，实现过流保护功能。

本发明中电机驱动电路4的上述功能特点以及软件设计中最优的功率管IGBT导通顺序和PWM实现了电机的变频调速并且解决了传统电机驱动电路中严重的发热问题。

请参见图7所示，电磁阀驱动电路由反相器U10、功率管Q8～Q10、电阻R81、R82、R83等组件组成；控制系统板上处理器U1的P2.4、P2.5、P6.6脚输出信号通过反相器U10取反后分别串联1个保护电阻R81、R82、R83连接到功率管Q8、Q9、Q10的栅极，当处理器U1向功率管Q8(或Q9、Q10)发送信号时，通过接插件J5控制功率管导通，电磁阀吸合；功率管关断时，电磁阀释放。

脚踏板检测电路板独立于控制系统板，它安装在脚踏板的连轴上，通过一信号线向控制系统板的处理器U1传输脚踏板检测信号；请参见图1，脚踏板检测电路板由脚踏板调速器14和脚踏板检测电路6组成，脚踏板信号的处理流程是：霍尔传感器检测到脚踏板信号后经过信号调理电路对信号进行处理，再通过信号线把模拟信号传输给控制系统板上处理器U1，处理器U1经过A/D转换，把模拟信号转换为数字信号即电机给定速度，给电机驱动电路发送给定速度信号。

请参见图8所示，请配合参见图1，电压检测电路由U18A、U18B、U18C、U20A、U20B、R3、R4组成，电压检测电路对整流输出的电压进行过压、欠压的检测，最后反馈给控制系统板的处理器U1实现对电路的保护。电压检测电路的原理是：把直流母线电压311V通过电阻R3、R4组成的分压电路进行分压与标准值进行比较，分压电阻R4从直流母线电压分到5V电压，分别连接到欠压和过压检测电路，对整流输出的电压进行欠压、过压检测。

欠压电路的原理是：分压电阻R4从直流母线电压上分到5V电压连接到单电源供电的运算放大器U18A的负输入端，正输入端为4V的基准电压，运算放大器U18A的输出连接到光耦U20A，若负输入端电压低于基准电压则运算放大器U18A输出为负饱和电压，光耦器件U20A的发光二极管导通，三极管的集电极发射极导通，向处理器U1发送欠压信号，此时处理器U1立刻发出信号保护系统电路。

过压电路的原理是：分压电阻R4的分压经过基准电压为4.7V的2级运算放大器U18B、U18C后输出负饱和电压，光耦U20B导通，向处理器U1输出过压信号，此时处理器U1对接收到的过压信号进行处理后作出相应的动作，对系统电路进行保护；其中，分电压经过2级运放处理的目的在于延时，排除了过压信号误检测情况，使得检测电路更加可靠。

请参见图9所示，电流检测电路对电机的U、V相电流进行电流检测，永磁式直流无刷电动机的U、V相电流分别为电流互感器CT1、CT2的输入，电流互感器的额定互感比为0.0005，电流互感器输出电流约几毫安，电流互感器输出的电流经过共电源供电的运算放大器U19A、U19B处理连接到滤波调理电路，经过滤波调理电路滤波后与处理器U1连接，使整个控制电路形成一个电流环对电机相电流进行控制。

请参见图1所示，整流电路的原理是：电机直流母线电源电压约为直流310V，通过对220VAC的市电进行全桥整流，再经过大容量电容平波处理，得到310V～350V的直流电压，符合电机供电要求。

直驱式单针工业平缝机控制系统的软件模块主程序流程框图，本发明采用双CPU的实现方式，所以存在着2个程序框架结构，一个是基于对操作板控制的程序，一个是基于对永磁式无刷直流电动机控制的程序，后者的软件设计思想是基于模块化设计，每个模块由中断程序联系起来，根据各个判断标志不同进入不同的模块子程序运行。图10是本发明直驱式单针工业平缝机控制系统基于对电机控制的主程序流程框图，图11是直驱式单针工业平缝机控制系统操作板主程序流程框图。

请参看图10所示，本发明直驱式单针工业平缝机控制系统基于对电机控制的主程序流程框图，主要完成系统初始化，PTS SSIO初始化，接着判断片选信号是否有效，若有效则启动PTS SSIO周期，进行与操作板的通信数据传输，循环等待数据的传输，通信结束，开软件定时器中断，进入中断处理程序。其中，系统初始化，主要是对外设寄存器以及系统参数和用户参数初始化；软件定时器中断则以固定的周期中断主程序，系统的大部分功能都是在软件定时器中断服务程序中完成的，此中断服务程序是分时工作的，其主要完成的功能包括踏板采样，电机启动，电机制动，自动剪线，缝纫模式判断，电机调速，功能电磁阀，通信等。下面对各个子模块进行介绍：

踏板采样模块：每进入一次软件定时中断，踏板采样模块对踏板状态采样一次，然后根据A/D转换结果置相应模块标志位，控制程序流程；其中，电机启动，电机制动，自动剪线，缝纫等模块的模块标志位都由此模块置位；

电机制动模块：在不同速度下，实现设定的停位，并且电机停止迅速准确无误；

自动剪线模块：该模块可完成两自动功能，即当自动拨线、自动剪线有效时，可以实现自动剪线，自动拨线两自动操作；

电机启动模块：实现电机从静止到恒定速度的快速启动，电机启动期间电机以恒定的启动速度运转；

缝纫模式判断模块：缝纫模式判断模块紧跟电机启动模块，根据用户缝纫模式变量，进入相应的缝纫模式；缝纫模式判断模块与其后的各种缝纫模式统称为缝纫模块；本系统有自由缝，折返缝，三种定针缝5种缝纫模式；在相应的缝纫模式里要完成针数的判断、折返次数的判断、倒缝阀的吸合与释放等作业；

电机调速模块：根据用户设置值及脚踏板的控制信号，结合一定的控制算法，根据用户设定信息调节电机转速；

功能电磁阀模块：控制剪线阀、调线阀、倒缝阀等与机械结构配合协调完成相应操作；

通信模块：主要完成与操作板的参数、电机运行状态、故障信号、回复信号等的传输，保证通信的实时性、有效性、可靠性。

请参见图11所示，本发明直驱式单针工业平缝机控制系统操作板主程序流程框图，系统上电后，首先查询主控制器是否给操作板发送电机状态信号，若发送故障信号则显示故障，锁定键盘，若发送正常工作状态信号，则初始化系统；操作板的初始化主要是对断电前的状态进行恢复，向主控制器发送参数，进入循环查询有效键盘按键对按键进行处理。

请参见图12所示，直驱式单针工业平缝机控制系统缝纫模式判断模块流程框图，当缝纫模式标志位有效时，主控制器中断程序进入缝纫模式子程序中，根据用户缝纫模式变量进入有效的缝纫模式程序执行操作；本发明主要有5种缝纫模式，即自由缝、折返缝、单段定针缝、四段定针缝、六段定针缝；主控制器根据操作板发送的数据包中的用户缝纫模式变量判断各个缝纫模块，调用对应子程序，执行相应操作。

本发明的特点在于采用了永磁式直流无刷电机作为动力源，解决了以往的缝纫机控制系统体积笨重、噪音大、速度低、电能消耗大的问题，本发明即直驱式单针工业平缝机控制系统使得成套的直驱式单针工业平缝机具备整机小巧、操作空间大、安装快捷、运输方便等特点，本发明的另一个特点是控制系统的电路板模块化以及电路设计简单，使得电路板的维修、更换更加方便快捷；再一个特点就是解决了当前电脑平缝机的种种问题后，性能不光有所改善而且整个缝纫机控制系统的成本明显的降低了，这样有利于缝纫机行业的经济成本的降低。

Claims (6)

1.一种直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，该系统包括处理器U1(1)、操作板(2)、通信电路(3)、电机驱动电路(4)、电磁阀驱动电路(5)、脚踏板检测电路(6)、电流检测电路(7)、永磁式直流无刷电机(8)、过电流保护电路(9)、电压检测电路(10)、位置检测电路(11)、开关电源(12)、整流电路(13)、脚踏板调速器(14)；其中，系统由主控制器和操作板两大部分组成，操作板(2)独自为1块，形成系统的操作板；

操作板(2)与处理器U1(1)通过通信电路(3)进行双向数据传输；

处理器U1(1)分别连接位置检测电路(11)、电机驱动电路(4)、电磁阀驱动电路(5)、脚踏板检测电路(6)、电压检测电路(10)、电流检测电路(7)；

永磁式直流无刷电机(8)分别连接电机驱动电路(4)、位置检测电路(11)、电流检测电路(7)；

电机驱动电路(4)分别与过电流保护电路(9)、整流电路(13)、永磁式直流无刷电机(8)、处理器U1(1)连接；

整流电路(13)与电压检测电路(10)相连；

脚踏板调速器(14)与脚踏板检测电路(6)相连；

开关电源(12)为整个控制系统提供5V、12V、15V、27V的直流电源；

脚踏板调速器(14)向脚踏板检测电路(6)发送脚踏板位置信号，脚踏板检测电路(6)对信号进行信号调理后给处理器U1(1)发送脚踏板位置处理信号；过电流保护电路(9)主要对电机驱动电路(4)进行保护；处理器U1(1)对电机驱动电路(4)发送6路驱动信号，调节永磁式直流无刷电机(8)的速度，控制电机(8)按期望速度运动；电流检测电路(7)对永磁式直流无刷电机(8)的绕组上的相电流进行检测，反馈检测信号给处理器U1(1)进行PID控制形成闭环控制；位置检测电路(11)对永磁式直流无刷电机(8)转子位置进行检测，并将检测信号反馈给处理器U1(1)实现对电机的换向信号的处理为电机驱动电路提供正确换相信息；电磁阀驱动电路(5)通过处理器U1(1)给电磁阀驱动电路(5)发送驱动信号控制各个功能电磁阀动作。

2.如权利要求1所述的直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，所述的操作板(2)由LCD、按键，以及驱动电路、处理器U22、外围电路组成；用于实现LCD显示、按键的处理、缝纫参数的设置保存，并与处理器U1(1)进行数据、指令、故障信号的双向传输。

3.如权利要求1所述的直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，所述的电机驱动电路(4)主要包括光电隔离电路、驱动芯片(U17)、功率管(Q1～Q6)形成的单电源供电全桥驱动电路，驱动永磁式直流无刷电机(8)正常工作。

4.如权利要求1所述的直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，整个控制系统为多块电路板设计，其中，处理器U1(1)、通信电路(3)、电机驱动电路(4)、电磁阀驱动电路(5)、电流检测电路(7)、过电流保护电路(9)、电压检测电路(10)、整流电路(13)构成控制系统板，脚踏板检测电路(6)和脚踏板调速器(14)构成脚踏板检测电路板，位置检测电路(11)构成位置检测电路板、开关电源(12)构成开关电源板，且上述控制系统板、脚踏板检测电路板、位置检测电路板、开关电源板组成主控制器。

5.如权利要求4所述的直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，所述的位置检测电路板独立于控制系统板安装在电机上，与主控制器所在的控制系统板通过双绞线连接。

6.如权利要求4所述的直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，所述的脚踏板检测电路板独立于控制系统板安装在脚踏板的连轴上，脚踏板检测电路(6)由霍尔传感器和信号调理电路组成。

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