CN103728901A - 基于多回路数据传输的电子提花机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多回路数据传输的电子提花机控制系统及方法，所述控制系统包括主控制器，以及与主控制器相串联的若干个多回路转换模块，上述每个多回路转换模块均并联有若干个移位子回路单元，每个移位子回路单元包括若干个相互串联的同步移位寄存器，每个同步移位寄存器均与电磁选针驱动电路相连，所述多回路转换模块包括1个或1个以上相互串联的串入并出移位寄存器，以及数量一致的并入串出移位寄存器。上述基于多回路数据传输的电子提花机控制系统及方法，数据传输的起点为主控制器，终点为选针组件，中间环节完全依靠数字电路硬件实现，在不增加系统复杂性的前提下缩短数据的传输路径，提高控制系统的可靠性与稳定性。

Description

基于多回路数据传输的电子提花机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电子提花机控制系统及方法，特别是涉及一种基于多回路数据传输的电子提花机控制系统及方法。

背景技术

电子提花机在近几年的发展过程中，出现了许多新的工艺与技术，但同时市场对其技术性能与使用性价等方面也有了更高的要求，尤其是近一两年对高速度，大针数高经密等方面市场需求更盛。因此提高提花机本身的技术性能与工作稳定性显得尤其重要。电子提花机属于机械、电子与软件高度集成统一的一种高技术要求的产品，存在运行的电磁环境复杂，控制点的量巨大而控制点误差率要求高等特点。

提花机控制针数从几十针到24768针不等，每针便是一个控制点、而每一点便需要一位数据来控制。所有的数据都要通过数据传输通道从控制单元传输到执行单元。数据在传输过程中要经过大量的移位寄存器。在物理上每8针（8位移位寄存器）是一块独立的PCB，这些所有的PCB通过排线和连接器串联在一起。目前对于数据传输，通常采用以下几种结构：

1、单回路模式：

该模式是将所有的移位寄存器串联在一起组成一个长长的移位寄存器串。比如5120针的提花机，需要用到640（5120/8）个移位寄存器；12288针需要用到1536个移位寄存器，这些寄存器串联在一起，其结构如图1所示。

单回路模式在电路上具有结构简单，成本低廉的优点，但由于结构的限制，致使数据在传输过程中，具有以下缺陷：

（1）、数据链路过长：所有的移位寄存器串联在一起，意味着发送的数据位要经过所有的移位寄存器。按照物理上的数据线的长度计算，5120针提花机其物理长度将达到50米左右，12288针达到120米左右。所以数据链路太长，受干扰的几率非常大，在实际工程应用中，经常出现数据被干扰，并不能查找故障点的疑难杂症；

（2）、传输链路中由于每8针便有一个连接器，所以连接点多，某一点接触不良，将引起后续所有数据被破坏。

2、多级数据传输模式：

为了缩短数据传输的物理路径的长度，将数据传输分成了多级传输，其简图如图2所示。多级数据传输模式工作原理：电磁选针控制器单元由单片机完成，由该单片机来控制8针的电磁选针部件。将整个系统的电磁选针部件分成多组，各组由嵌入式子系统来完成，即分组控制器；在提花机开始织造前，主控制器将数据按分组，传输到各分组控制器，分组控制器再将数据分发到各电磁选针控制单元，电磁选针控制单元将数据保存于内部存储器空间。提花机在织造过程中，直接从其内部存储空间读取数据直接控制电磁选针部件，在织造过程中没有数据的传输过程。

上述方案对于缩短数据传输路径提高数据传输的可靠性能方面确实有一定的效果，但就整体性能与可靠性来分析，上述传输模式存在如下缺陷：

（1）    系统硬件、软件结构复杂：将数据传输分成了三级，每一级都采用嵌入式系统或单片机来负责数据的收发。每一级需要一套软件来支撑其工作，电路结构与软件结构复杂性大大增加，后期维护困难；

（2）    使用大量单片机：电磁选针器每8针便需要一片单片机，5120针的提花机便需要640个单片机，12288针提花机便需要1536个单片机。数量庞大的单片机在电磁环境复杂、高温、高湿的环境下长时间集中工作，其稳定性与可靠性能大大下降；

（3）    数据存储不能满足需求：该方案采用先存数据后工作的方式，而该系统中所采用的单片机只能是小封装的芯片，受体积与成本制约不可能采用较大甚至更大的封装，而小封装的单片机内部的存储单元容量普遍都非常小，数据存储量有限。而现今市场上纺织花型文件小的几千纬，大的几十万纬，对单片机的需求也从几十KB到几百KB，所以普通单片机基本上不可能胜任。

3、分组传输模式： 

为了缩短数据传输的路径，便将整台设备中的电磁选针组件分成多组，每组有一套嵌入式系统来就近传输数据，其实施方案如图3和图4所示。

主要存在如下缺陷：

1)    电磁选针分组的数量受限：在图3中，数据传输的路径虽有缩短，但分组内部的路径依然还是相对较长，不能增加更多的分组数量来缩短路径，因而数据传输的稳定性与可靠性提高有限；

2)      系统结构复杂度大：为了弥补图3方案的补足，可采取图4的方案，以此增加分组的数量，进一步缩短数据传输的路径长度，提高其可靠性。但该方案采用多级嵌入式系统控制，增加了系统的软件硬件复杂度，维护难度加大；

3)      多级嵌入式系统控制，各分组都要增加各自的储存空间，因而整个系统的成本高。

目前所有对于数据传输的稳定性与可靠性能方面所做的改进基本上局限于上述分级传输与分组传输的控制方式。而不论分级还是分组，都不能避免其固有的缺陷。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种基于多回路数据传输的电子提花机控制系统及方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多回路数据传输的电子提花机控制系统及方法，在不增加系统复杂性的前提下缩短数据的传输路径，提高电子提花机控制系统的可靠性与稳定性。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，包括主控制器，以及与主控制器相串联的若干个多回路转换模块，上述每个多回路转换模块均并联有若干个移位子回路单元，每个移位子回路单元包括若干个相互串联的同步移位寄存器，每个同步移位寄存器均与电磁选针驱动电路相连，所述多回路转换模块包括1个或1个以上相互串联的串入并出移位寄存器，以及数量一致的并入串出移位寄存器。

上述主控制器包括微处理器，以及与微处理器相连的人机交互设备、存储器、开口数据输出接口、织机通讯接口、数据输入接口和织机位置检测传感器；上述织机通讯接口进一步连接有选色控制模块。

上述选色控制模块包括32位串入并出移位寄存器、光耦和后级驱动电路等，所述串入并出移位寄存器的串行输入信号、串行输出信号通过织机通讯接口与微处理器相连，并行输出信号经过光耦和后级驱动电路后，与织机相应接口相连。

作为优选，上述多回路转换模块的第一个串入并出移位寄存器的输入口、第一个并入串出移位寄存器的输出口分别与主控器的开口数据输出接口相连；每个串入并出移位寄存器的输出口和并入串出移位寄存器输入口之间对应并联有若干个移位子回路单元。

上述移位子回路单元的个数和同步移位寄存器的个数均为8的倍数。

作为优选，上述微处理器选用ARM 7，ARM 9，ARM Cortex - M3/M4，ARM Cortex - A8系列微控制器芯片。

作为优选，上述多回路转换模块采用FPGA/CPLD芯片综合实现。

作为优选，人机交互设备选用7-14寸的触摸屏。

作为优选，数据输入接口包括网络连接口和USB接口。

作为优选，织机通讯接口选用CAN总线、开关量或TIA/EIA-422-485 的其中一种。

作为优选，开口数据输出接口选用SSP同步串口。

上述基于多回路数据传输的电子提花机控制系统的控制方法，包括如下步骤：

1）  通过人机交互设备设置好相关参数，同时通过数据输入接口输入相关花纹数据，并存储在存储器内；

2）  微处理器从存储器内读取当前纬的数据并根据样卡进行数据转换，同时通过织机位置检测传感器实时检测织机位置；

3）  当检测到织机到达发送开口数据的位置时，微处理器通过开口数据输出接口将当前纬的数据发送给多回路转换模块，同时接收返回的上一纬数据；

4）  微处理器将接收到的上一纬数据与原始数据进行对比，如果不一致，则输出控制信号使织机停止运行，并通过人机交互设备输出提示信息，如果一致，微处理器检测并等待织机再次到达发送开口数据的位置；

5）  当微处理器检测到织机到达发送选色数据的位置时，微处理器通过织机通讯接口将选色数据发送给选色控制模块；

6）  在上述步骤3）中，多回路转换模块的数据传输过程包括如下子步骤：

a、主控制器发送数据前，在返回数据锁存信号上产生一个低电平脉冲，将各移位子回路单元串行口输出的数据位锁存到并入串出寄存器中；

b、主控制器向串入并出移位寄存器发送主帧长度的主回路数据，同时并入串出移位寄存器在主回路时钟信号作用下，将锁存的数据返回到主控制器；

c、主控制器向多回路转换模块每发送一帧主回路数据，在子回路时钟信号上便产生一个子时钟信号；每个子时钟信号，使各子回路中的串入并出移位寄存器移动一位；

d、串入并出移位寄存器，各数据位在其中移位的同时，输出到相应的各并行输出口，并行输出口与同步移位寄存器的二级锁存寄存器输入口相连，二级锁存寄存器的输出信号经过输出三态缓冲门后与与电磁选针驱动电路输入信号相连。

上述基于多回路数据传输的电子提花机控制系统及方法，数据传输的起点为主控制器，终点为选针组件，中间环节完全依靠数字电路硬件实现，具有如下优点：

（1）、将数据链路分出主回路与子回路两种回路，致使数据传输的链路长度大大缩短；子回路的数据传输速度降低，有利于提高数据传输的稳定性；

（2）、各子回路中出现的硬件故障，只能影响到本子回路，不会干扰其他子回路的数据传输，容易查找故障位置；

（3）、多回路转换模块模块化设计，有利于系统针数的扩展，而不增加整个控制系统的复杂度；

（4）、整个控制系统结构精简，成本低，性价比非常高。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为现有技术的单回路模式结构示意图；

图2为现有技术的多级数据传输模式结构示意图；

图3为现有技术的分组传输模式结构示意图；

图4为现有技术的分组传输模式结构示意图；

图5为本实施例电子提花机控制系统结构框图；

图6为本实施例多回路转换模块和移位子回路单元数据传输框图；

图7为本实施例多回路转换模块主要信号时序图；

图8为本实施例多回路转换模块各引脚信号图。

具体实施方式

如图5所示，基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，包括主控制器1，以及与主控制器1相串联的k个多回路转换模块2，上述每个多回路转换模块2均并联m个移位子回路单元3，每个移位子回路单元3包括n个同步移位寄存器31，每个同步移位寄存器31均与电磁选针驱动电路4相连。上述移位子回路单元3的个数n和同步移位寄存器31的个数m一般均为8的倍数。上述主控制器1包括微处理器11，以及与微处理器11相连的人机交互设备12、存储器13、开口数据输出接口14、织机通讯接口15、数据输入接口16和织机位置检测传感器17；上述织机通讯接口15进一步连接有选色控制模块18。

在本实施例中，上述主控制器1的微处理器11选用型号为LPC1788FDB208的微控制器，也可以选择其他类似功能的ARM 7，ARM 9，ARM Cortex - M3/M4，ARM Cortex - A8系列微控制器芯片，如LPC40xxFDB208或LPC43XX系列等。人机交互设备12选用14寸的触摸屏，用于指令的输入输出。数据输入接口16包括网络连接口和USB接口，织机通讯接口15选用CAN总线，开口数据输出接口14选用SSP同步串口。

选色控制模块18包括32位串入并出移位寄存器、光耦和后级驱动电路等，所述串入并出移位寄存器的串行输入信号、串行输出信号通过织机通讯接口与主控制器相连，并行输出信号经过光耦、以及后级驱动电路后，与织机相应接口相连。

在本实施例中，如图6所示，上述多回路转换模块2包括2个相互串联的串入并出移位寄存器21，以及2个相互串联的并入串出移位寄存器22，其中，第一个串入并出移位寄存器21的输入口、第一个并入串出移位寄存器22的输出口分别与主控器1的开口数据输出接口14相连；每个串入并出移位寄存器21的输出口和并入串出移位寄存器22输入口之间对应并联有8个移位子回路单元3，每个移位子回路单元3包括8个相互串联的16位的同步移位寄存器。上述串入并出移位寄存器21选用型号为74HC595的数字芯片，并入串出移位寄存器22选用型号为74HC165的数字芯片。同步移位寄存器型号为74HC595，还可以选择HEF4094B等其他类似的同步移位寄存器芯片。同步移位寄存器31具有二级锁存寄存器、输出三态缓冲门等功能。

多回路转换模块2也可以直接采用FPGA/CPLD芯片综合实现，如图8所示，每片FPGA/CPLD芯片内部综合了8-16位的串入并出的移位寄存器和相同位数的并入串出的移位寄存器；其中串入并出的移位寄存器的串行输入信号、并入串出的移位寄存器的串行输出信号与主控制器相连；串入并出移位寄存器的串行输出信号和并入串出移位寄存器的串行输入信号与下一个相同模块级联；串入并出移位寄存器的并行输出信号和并入串出移位寄存器的并行输入信号与各移位子回路单元相连。

上述基于多回路数据传输的电子提花机控制系统的控制方法，包括如下步骤：

1）通过人机交互设备12设置好相关参数，同时通过数据输入接口16输入相关花纹数据，并存储在存储器13内；

2）微处理器11从存储器13内读取当前纬的数据并根据样卡进行数据转换，同时通过织机位置检测传感器17实时检测织机位置；

3）当检测到织机到达发送开口数据的位置时，微处理器11通过开口数据输出接口14将当前纬的数据发送给多回路转换模块2，同时接收返回的上一纬数据；

4）微处理器11将接收到的上一纬数据与原始数据进行对比，如果不一致，则输出控制信号使织机停止运行，并通过人机交互设备12输出提示信息，如果一致，微处理器11检测并等待织机再次到达发送开口数据的位置；

5）当微处理器11检测到织机到达发送选色数据的位置时，微处理器11通过织机通讯接口15将选色数据发送给选色控制模块18；

6） 在上述步骤3）中，如图6-8所示，多回路转换模块2数据传输主要包括以下子步骤：

a)    主控制器1发送数据前，在返回数据锁存信号（M_LAT）上产生一个低电平脉冲，将各移位子回路单元3串行口输出的数据位锁存到并入串出寄存器22中；

b)    主控制器1向串入并出移位寄存器21发送主帧长度的主回路数据，同时并入串出移位寄存器22在主回路时钟信号作用下，将锁存的数据返回到主控制器1；在该步骤中，主控制器1向多回路转换模块2每发送一帧主回路数据，在子回路时钟信号上便产生一个子时钟信号；每个子时钟信号，便使各子回路中的串入并出移位寄存器21移动一位，直至所有数据都移至各个同步移位寄存器31中；因为移位子回路单元有128位，主控制器便从第a)步到第b)步重复执行128次，然后发送数据结束；

c) 串入并出移位寄存器21，各数据位在其中移位的同时，输出到相应的各并行输出口,并行输出口与同步移位寄存器31中的二级锁存寄存器输入口相连，二级锁存寄存器的输出信号经过输出三态缓冲门后与电磁选针驱动电路输入信号相连。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：包括主控制器，以及与主控制器相串联的若干个多回路转换模块，上述每个多回路转换模块均并联有若干个移位子回路单元，每个移位子回路单元包括若干个相互串联的同步移位寄存器，每个同步移位寄存器均与电磁选针驱动电路相连，所述多回路转换模块包括1个或1个以上相互串联的串入并出移位寄存器，以及数量一致的并入串出移位寄存器。

2.如权利要求1所述的基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：上述主控制器包括微处理器，以及与微处理器相连的人机交互设备、存储器、开口数据输出接口、织机通讯接口、数据输入接口和织机位置检测传感器；上述织机通讯接口进一步连接有选色控制模块。

3.如权利要求2所述的基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：上述选色控制模块包括32位串入并出移位寄存器、光耦和后级驱动电路，所述串入并出移位寄存器的串行输入信号、串行输出信号通过织机通讯接口与微处理器相连，并行输出信号经过光耦和后级驱动电路后，与织机相应接口相连。

4.如权利要求1所述的基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：上述多回路转换模块的第一个串入并出移位寄存器的输入口、第一个并入串出移位寄存器的输出口分别与主控器的开口数据输出接口相连；每个串入并出移位寄存器的输出口和并入串出移位寄存器输入口之间对应并联有若干个移位子回路单元。

5.如权利要求1所述的基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：上述移位子回路单元的个数和同步移位寄存器的个数均为8的倍数。

6.如权利要求2所述的基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：上述微处理器选用ARM 7，ARM 9，ARM Cortex - M3/M4，ARM Cortex - A8系列微控制器芯片。

7.如权利要求1所述的基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：上述多回路转换模块采用FPGA/CPLD芯片。

8.如权利要求2所述的基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：人机交互设备选用7-14寸的触摸屏，数据输入接口包括网络连接口和USB接口。

9.如权利要求2所述的基于多回路数据传输的电子提花机控制系统，其特征在于：织机通讯接口选用CAN总线、开关量或TIA/EIA-422-485 的其中一种，开口数据输出接口选用SSP同步串口。

10.基于多回路数据传输的电子提花机控制系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

1）通过人机交互设备设置好相关参数，同时通过数据输入接口输入相关花纹数据，并存储在存储器内；

2）微处理器从存储器内读取当前纬的数据并根据样卡进行数据转换，同时通过织机位置检测传感器实时检测织机位置；

3）当检测到织机到达发送开口数据的位置时，微处理器通过开口数据输出接口将当前纬的数据发送给多回路转换模块，同时接收返回的上一纬数据；

4）微处理器将接收到的上一纬数据与原始数据进行对比，如果不一致，则输出控制信号使织机停止运行，并通过人机交互设备输出提示信息，如果一致，微处理器检测并等待织机再次到达发送开口数据的位置；

5）当微处理器检测到织机到达发送选色数据的位置时，微处理器通过织机通讯接口将选色数据发送给选色控制模块；

在上述步骤3）中，多回路转换模块的数据传输过程包括如下子步骤：

a、主控制器发送数据前，在返回数据锁存信号上产生一个低电平脉冲，将各移位子回路单元串行口输出的数据位锁存到并入串出寄存器中；

b、主控制器向串入并出移位寄存器发送主帧长度的主回路数据，同时并入串出移位寄存器在主回路时钟信号作用下，将锁存的数据返回到主控制器；

c、主控制器向多回路转换模块每发送一帧主回路数据，在子回路时钟信号上便产生一个子时钟信号；每个子时钟信号，使各子回路中的串入并出移位寄存器移动一位；

d、串入并出移位寄存器，各数据位在其中移位的同时，输出到相应的各并行输出口，并行输出口与同步移位寄存器的二级锁存寄存器输入口相连，二级锁存寄存器的输出信号经过输出三态缓冲门后与与电磁选针驱动电路输入信号相连。

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