CN112083677A - 基于微功耗处理器的送扣机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微功耗处理器的送扣机控制系统，包括电源模块、通讯模块、控制模块和送扣模块；所述电源模块分别连接通信模块、控制模块和送扣模块，用于提供电源；所述通讯模块用于实现人机交互，并连接控制模块；所述控制模块用于执行逻辑代码和处理数据，并连接送扣模块；所述送扣模块用于完成纽扣的排列、输送和装订流程。本发明采用模块化方法设计，使得各模块的接口变得十分简单，同时方便了软件编程以及送扣系统后期升级维修；此外，本发明使用STM32芯片降低了系统成本，提高系统的灵活性和通用性，提高了工作效率，非常适合推广使用。

Description

基于微功耗处理器的送扣机控制系统
技术领域
本发明涉及控制系统技术领域，特别涉及基于微功耗处理器的送扣机控制系统。
背景技术
我国是服装生产大国，由于近年来人力及物料成本的不断上涨，服装这一劳动密集型产品的生产面临巨大的压力，因此很多服装生产企业寻求自动化程度较高的生产设备，以代替旧的生产工艺中通过人工完成的工作。在服装生产过程中纽扣的缝制工序中，现在基本上都采用钉扣机来代替手工钉扣，但是钉扣机的送料部分实现自动操作难度较大，其中如何解决纽扣向钉扣机的自动转运，机构间的物料交接，同时保证定位精度是一大难题。虽然目前也有自动送扣钉扣机在行业内应用，但其性能单一，适用纽扣种类较少，且机械结构复杂，操作不稳定，价格昂贵，在国内市场难以得到大范围的推广使用，因此眼下多数服装生产企业主要还是通过工人手工喂扣，在整个钉扣的过程中，操作工的手、脚都需要高度协调，精神高度集中，因而操作十分繁锁，劳动强度很大，存在很大的安全隐患，且效率低下，能耗高，此外对工人技能水平要求也较高，目前急需送扣机。
目前目前市场上，一般送扣机都是用PLC来控制送扣机，而PLC虽然编程容易但是价格昂贵，提高了送扣机的成本，体现到服装上面便是服装价格提高，目前急需降低成本的方案。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于微功耗处理器的送扣机控制系统。本发明采用模块化方法设计，使得各模块的接口变得十分简单，同时方便了软件编程以及送扣系统后期升级维修；此外，本发明使用STM32芯片降低了系统成本，提高系统的灵活性和通用性，提高了工作效率，非常适合推广使用。
本发明的技术方案：基于微功耗处理器的送扣机控制系统，包括电源模块、通讯模块、控制模块和送扣模块；
所述电源模块分别连接通信模块、控制模块和送扣模块，用于提供电源；
所述通讯模块用于实现人机交互，并连接控制模块；
所述控制模块用于执行逻辑代码和处理数据，并连接送扣模块；所述控制模块包括处理芯片、最小系统模块、接收电路、驱动电路和电机驱动器；所述最小系统模块对所述处理芯片中的代码进行硬件复位、驱动处理芯片工作、提供稳定电源和去除处理芯片电源管脚的噪音；所述接收电路为电压缩小电路，使处理芯片接收大电压信号；所述驱动电路为电压放大电路，用以放大处理芯片的电压信号并作用于所述送扣模块；所述电机驱动器接收处理芯片的信号并作用于所述送扣模块；
所述送扣模块用于完成纽扣的排列、输送和装订流程。
上述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述通讯模块显示系统运行信息和控制系统运动，包括触摸屏和通讯接口电路，所述触摸屏与通讯接口电路连接，所述通讯接口电路与控制模块连接。
前述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述最小系统模块包括复位电路、振荡电路和去耦合电路；
所述复位电路采用按键复位和电容上电复位，对所述处理芯片中的代码进行硬件复位；
所述振荡电路中设有源晶体振荡器，用于产生固定的振荡频率，驱动所述处理芯片工作；
所述去耦合电路设在所述处理芯片的电源引脚附近，采用并联结构并联电源和地之间的电容，用于给所述处理芯片提供稳定的电源，去除所述处理芯片电源管脚上的噪音。
前述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述送扣模块包括振动盘、送扣机构和钉扣机构；所述振动盘用于将纽扣排列整齐，所述送扣机构将振动盘排列整齐的纽扣输送到钉扣机构，由钉扣机构进行装订。
前述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述送扣机构与电机驱动器之间设有步进电机，步进电机采用24V电压驱动；所述送扣机构与驱动电路之间设有电磁阀，电磁阀连接有气泵。
前述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述驱动电路与所述接收电路采用光耦隔离。
前述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述送扣模块与控制模块之间设有接近开关与磁通开关，接近开关和磁通开关分别与电源模块连接，所述接近开关和磁通选用24V直流供电，输出形式为低电平有效的开关量，开关量通过光耦隔离将信号传输给控制模块，构成反馈环节。
前述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述电源模块中的电路采用BUCK电路。
前述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述的处理芯片为STM32芯片。
前述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，所述处理芯片与通讯模块之间采用Modbus协议，兼容232电平、485电平和TTL电平。
与现有技术相比，本发明通过电源模块分别连接通信模块、控制模块和送扣模块，用于提供电源；利用通讯模块用于实现人机交互，并连接控制模块；利用控制模块用于执行逻辑代码和处理数据，并连接送扣模块；利用送扣模块用于完成纽扣的排列、输送和装订流程。由此，本发明采用模块化方法设计，使得各模块的接口变得十分简单，同时方便了软件编程以及送扣系统后期升级维修；此外，本发明使用STM32芯片，充分利用了STM32芯片上丰富的外设资源，既能够保证每个模块的独立性，又能够实现各部分的互相联系，且数据处理速度较快，降低了系统成本，提高系统的灵活性和通用性，提高了工作效率，非常适合推广使用。
附图说明
图1为本发明的系统的结构示意图。
图2为本发明的电源模块电路图；
图3为本发明STM32F103RCT6最小系统电路图；
图4为本发明MAX485电平转换电路图；
图5为本发明传感器信号接收电路图；
图6为本发明驱动电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：基于微功耗处理器的送扣机控制系统，包括电源模块、通讯模块、控制模块和送扣模块；
所述电源模块分别连接通信模块、控制模块和送扣模块，用于提供电源；所述电源模块中的电路采用BUCK电路；
所述通讯模块用于实现人机交互，并连接控制模块；所述通讯模块显示系统运行信息和控制系统运动，包括触摸屏和通讯接口电路，所述触摸屏与通讯接口电路连接，所述通讯接口电路与控制模块连接；
所述控制模块用于执行逻辑代码和处理数据，并连接送扣模块；所述控制模块包括处理芯片、最小系统模块、接收电路、驱动电路和电机驱动器；所述的处理芯片为STM32芯片(STM32系列芯片是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的，是基于ARM系列内核的微处理器。芯片内部集成了USART、CAN控制器、IIC和SPI等多种通讯硬件内核，并且还有多通道DMA控制器、A/D转换和D/A转换。系列中芯片型号丰富，拥有大、中、小集成规模，能够应用的环境也更加多样性。STM32系列芯片采用MDK for ARM编辑软件，使用C语言编程，拥有丰富的库函数，也可以直接对寄存器进行操作。通过对各种片内外设的驱动编写，实现电机控制单元的对外通信和对电机的控制。)，所述处理芯片与通讯模块之间采用Modbus协议，兼容232电平、485电平和TTL电平；所述驱动电路与所述接收电路采用光耦隔离；所述最小系统模块包括复位电路、振荡电路和去耦合电路；
所述复位电路采用按键复位和电容上位复位，对所述处理芯片中的代码进行硬件复位；
所述振荡电路中设有源晶体振荡器，用于产生固定的振荡频率，驱动所述处理芯片工作；
所述去耦合电路设在所述处理芯片的电源引脚附近，采用并联结构并联电源和地之间的电容，用于给所述处理芯片提供稳定的电源，去除所述处理芯片电源管脚上的噪音；
所述接收电路为电压缩小电路，使处理芯片接收大电压信号；所述驱动电路为电压放大电路，用以放大处理芯片的电压信号并作用于所述送扣模块；所述电机驱动器接收处理芯片的信号并作用于所述送扣模块；
所述送扣模块用于完成纽扣的排列、输送和装订流程；所述送扣模块包括振动盘、送扣机构和钉扣机构；所述振动盘用于将纽扣排列整齐，所述送扣机构将振动盘排列整齐的纽扣输送到钉扣机构，由钉扣机构进行装订；所述送扣机构与电机驱动器之间设有步进电机，步进电机采用24V电压驱动；所述送扣机构与驱动电路之间设有电磁阀，电磁阀连接有气泵。所述送扣模块与控制模块之间设有接近开关与磁通开关，接近开关和磁通开关分别与电源模块连接，所述接近开关和磁通选用24V直流供电，输出形式为低电平有效的开关量，开关量通过光耦隔离将信号传输给控制模块，构成反馈环节。
具体的，如图1所示，控制模块中的单片机处理器(处理芯片)STM32F103(以下简称STM32)发送PWM波通过步进电机驱动器对步进电机进行控制、发送高低电平通过驱动电路对电磁阀进行控制进而控制送扣机构，并且通过接收电路接收送扣机传感器(接近开关、磁通开通)的信号，构成反馈电路，从而更加准确地控制送扣机构；所述的其中人接交互界面可以是串口屏或者组态屏，通过MAX485电平转换电路用Modbus协议与处理芯片STM32进行通讯，自动模式下用户可以通过人机交互界面观察送扣数目、送扣进程以及设计送扣机参数，另外手动模式下模式下可以通过虚拟按键对送扣机构每个动作单独控制；STM32的工作电平为3.3V，而电磁阀与传感器的的工作电压为24V，因此STM32通过接收电路与传感器(接近开关、磁通开关)相连，使得STM32能够采集到传感器信号，且处理芯片STM32通过驱动电路与电磁阀相连，使得STM32能够驱动24V的电磁阀从而控制送扣机构的动作，如：吹扣、挡扣、顶扣、送扣、夹扣等；其中气泵为电磁阀提供气压，STM32控制电磁阀，进而控制与电磁阀相连的气缸，实现相应的动作；其中电源模块提供24V、5V、3.3V稳定可靠的电源，24V提供给电磁阀，步进电机驱动器、接近开关和磁通开关；5V提供给MAX485电平转换电路；3.3V提供给STM32。整个流程为振动盘振动整齐排列纽扣，为送扣机构提供排列整齐的纽扣；送扣机构将振动盘提高的排列整齐的纽扣送到钉扣机，踩下踏板即可完成顶扣动作。
进一步地，电源模块的电路如图2所示，处理芯片STM32F103的最小系统电路如图3所示，MAX485电平转换电路如图3所示，在电源模块的电路中，通过CM1输入24V直流电源，利用LM2596将24V电源转换为5V电源，为图4所示MAX485芯片提供电源输入，再将5V电源通过AMS1117-3.3芯片5V转换为3.3V，为图3处理芯片STM32F103的最小系统电路提供电源。在STM32F103的最小系统电路图中，VBAT引脚接3.3V，VSSA与VDDA引脚、VSS_1与VDD_1引脚、VSS_2与VDD_2引脚、VSS_3与VDD_3引脚、VSS_4与VDD_4引脚分别并联100nF电容分别接GND、3.3V；OSC_IN1、OSC_OUT1引脚与8M晶振Y1相连并联1MΩ电阻R44，并串联20pF电容C14、C14接地，STM32的复位电路将NRST引脚通过10千欧电阻接到电源,通过100nF电容C15与按键J1并联接地，通过按键J1控制是否复位；STM32的启动方式默认为BOOT0、BOOT1接地，主闪存存储器启动方式；PA13/SWDIO、PA14/SWCLK引脚分别串联10K电阻接至3.3V和GND，构成STM32的调试烧写接口；PB9与PB13、PB8与PB12引脚为步进电机驱动器提供PWM波脉冲以及步进电机旋转方向信号，其中PB8、PB9引脚分别为TIM4的通道3与通道4，可以用同一个定时器不同通道产生相同频率的PWM波驱动送扣电机和调整电机(送扣电机和调整电机为送扣机构的一部分)，节约了资源，也让电路布局变得简洁；PB15引脚串联LED与1K电阻至3.3V构成程序运行指示，在程序中控制PB15的电平能够直观的体现程序运行情况；PC8、PC9、PC10、PC11、PC12引脚连接驱动电路；PC6、PC7、PA5、PA6、PA7引脚连接接收电路；PA9、PA10与PA12引脚连接MAX485电路。
如图4所示，STM32的PA9、PA10与PA12引脚分别连接MAX485的RO、DI、RE与DE引脚，MAX485引脚的VCC、GND引脚并联100nF电容接至5V与GND,A、B引脚并联120Ω的匹配电阻将STM32的TTL电平转换为485电平，使得STM32通过485电平利用Modbus协议与人机交互界面进行实时通讯。
如图5所示为接收电路，前三部分为接近开关接收电路，用于监控送扣机构的送扣摆臂是否到位，踏板是否踩下，缝纫动作是否完成，后两部分为磁通开关接收电路，用于监控送扣过程中有无纽扣和纽扣是否掉落，磁通开关置于电池阀气缸处，利用有扣和无扣情况下气缸内部活塞位置的差异来监控有无扣。接收电路中，左部分若形成回路，则EL817光耦右部分接通，使得右部分形成回路，采集得到低电平，否则为高电平。
如图6所示为驱动电路，原理与接收电路相同，但是左右部分反向，STM32控制左边的通断，进而控制右边的通断，进而控制电磁阀执行相应的动作，图中光耦为EL817，二极管为M7，三极管为MJD41CTF。
综上所述，本发明采用模块化方法设计，充分利用了STM32芯片上丰富的外设资源，既能够保证每个模块的独立性，又能够实现各部分的互相联系，且数据处理速度较快；本发明由于采用模块化的设计思想，使得各模块的接口变得十分简单，同时方便了软件编程以及送扣机控制系统后期升级维修；且本系统使用STM32芯片降低系统成本，提高系统的灵活性和通用性，适用于送扣机控制系统。

Claims (10)

1.基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：包括电源模块、通讯模块、控制模块和送扣模块；
所述电源模块分别连接通信模块、控制模块和送扣模块，用于提供电源；
所述通讯模块用于实现人机交互，并连接控制模块；
所述控制模块用于执行逻辑代码和处理数据，并连接送扣模块；所述控制模块包括处理芯片、最小系统模块、接收电路、驱动电路和电机驱动器；所述最小系统模块对所述处理芯片中的代码进行硬件复位、驱动处理芯片工作、提供稳定电源和去除处理芯片电源管脚的噪音；所述接收电路为电压缩小电路，使处理芯片接收大电压信号；所述驱动电路为电压放大电路，用以放大处理芯片的电压信号并作用于所述送扣模块；所述电机驱动器接收处理芯片的信号并作用于所述送扣模块；
所述送扣模块用于完成纽扣的排列、输送和装订流程。
2.根据权利要求1所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述通讯模块显示系统运行信息和控制系统运动，包括触摸屏和通讯接口电路，所述触摸屏与通讯接口电路连接，所述通讯接口电路与控制模块连接。
3.根据权利要求1所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述最小系统模块包括复位电路、振荡电路和去耦合电路；
所述复位电路采用按键复位和电容上电复位，对所述处理芯片中的代码进行硬件复位；
所述振荡电路中设有源晶体振荡器，用于产生固定的振荡频率，驱动所述处理芯片工作；
所述去耦合电路设在所述处理芯片的电源引脚附近，采用并联结构并联电源和地之间的电容，用于给所述处理芯片提供稳定的电源，去除所述处理芯片电源管脚上的噪音。
4.根据权利要求1所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述送扣模块包括振动盘、送扣机构和钉扣机构；所述振动盘用于将纽扣排列整齐，所述送扣机构将振动盘排列整齐的纽扣输送到钉扣机构，由钉扣机构进行装订。
5.根据权利要求4所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述送扣机构与电机驱动器之间设有步进电机，步进电机采用24V电压驱动；所述送扣机构与驱动电路之间设有电磁阀，电磁阀连接有气泵。
6.根据权利要求1所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述驱动电路与所述接收电路采用光耦隔离。
7.根据权利要求1所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述送扣模块与控制模块之间设有接近开关与磁通开关，接近开关和磁通开关分别与电源模块连接，所述接近开关和磁通选用24V直流供电，输出形式为低电平有效的开关量，开关量通过光耦隔离将信号传输给控制模块，构成反馈环节。
8.根据权利要求1所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述电源模块中的电路采用BUCK电路。
9.根据权利要求1所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述的处理芯片为STM32芯片。
10.根据权利要求9所述的基于微功耗处理器的送扣机控制系统，其特征在于：所述处理芯片与通讯模块之间采用Modbus协议，兼容232电平、485电平和TTL电平。
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