陳益飛

CHEN Yi-fei

（鹽城工學(xué)院，鹽城 224051）

1 概述

刷花機(jī)是在研究多種運(yùn)動(dòng)合成的基礎(chǔ)上開發(fā)生產(chǎn)的毛絨后整理設(shè)備。刷花是利用鏤空花紋滾筒內(nèi)的毛刷不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)正在加熱的熱塑性纖維絨面進(jìn)行刷或壓的處理，達(dá)到使絨面呈現(xiàn)凹凸分明的立體毛茸花紋。適用于化纖、混紡織物、長毛絨、絲絨及短毛絨的梳毛及刷花后處理。毛絨表面經(jīng)刷花定型后形成各種規(guī)格的花紋，美觀大方，且不易變形。

刷花機(jī)控制箱的發(fā)展是伴隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展的。在單片機(jī)的時(shí)代里，出現(xiàn)了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制箱，但隨著企業(yè)要求的提高，如性能、穩(wěn)定性、界面等問題，單片機(jī)己經(jīng)不能滿足用戶的需求，隨著嵌入式的發(fā)展，32位的嵌入式處理器被廣泛應(yīng)用，因此我們所做的基于ARM S3C2410控制系統(tǒng)。自動(dòng)刷花機(jī)正是在這一背景下產(chǎn)生的，它解決了微型機(jī)和單片機(jī)的缺點(diǎn)，有功能強(qiáng)大，成本低等。

2 自動(dòng)刷花機(jī)原理

自動(dòng)刷花機(jī)由機(jī)架、緊布部分、織物牽引部分、刷花部分、氣定型部分、烘干部分、走布傳動(dòng)和控制部分。它配置氣蒸噴裝置，通過上下、橫向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使毛絨成球狀，其表面經(jīng)定型后形成滾球絨。它通過調(diào)整螺栓來控制氣缸的行程來調(diào)節(jié)刷花壓力，不同毛高間距不同，不同的刷花轉(zhuǎn)速刷出的花形蓬松度不同。

機(jī)架：兩側(cè)箱體為鋼板結(jié)構(gòu)，由四根橫撐進(jìn)行連接，機(jī)架、立柱及橫梁均采用12號(hào)槽鋼，由橫撐進(jìn)行連接。

圖1 刷花機(jī)工作原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

緊布部分由支撐、緊布輥、棘輪等組成，織物穿布后，由緊布裝置來調(diào)整織物的緊布力。

織物牽引部分：織物由前后牽引帶動(dòng)，牽引輥外表面裹粒面橡膠，兩牽引輥之間用鏈條等速比剛性傳動(dòng)，主動(dòng)力由電磁離合器機(jī)構(gòu)傳入。

刷花部分：刷花頭由齒輪及同步帶傳動(dòng)，變頻調(diào)速。各部件采用的銅鋁或采用防銹處理，毛刷材料為不銹鋼或棕毛。刷花頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由一個(gè)變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)，通過同步帶傳動(dòng)帶動(dòng)四根齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)所有刷花頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。刷花座的縱橫向運(yùn)動(dòng)。刷花座的橫向運(yùn)動(dòng)分為兩種：一種為間歇運(yùn)動(dòng)；另一種方式為連續(xù)運(yùn)動(dòng)。刷花座的縱向運(yùn)動(dòng)比較簡(jiǎn)單，它主要用于當(dāng)刷花座橫向運(yùn)動(dòng)為間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)，在偏移前先使刷花頭離開織物，防止造成織物花型混亂，同時(shí)該項(xiàng)動(dòng)作也可用于織物縫頭的避讓。

氣定型部分：由氣室，銅制噴嘴及墊板組成，刷花架由氣缸（或電機(jī)）帶動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，刷花頭與布面的接觸壓力由限位機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

烘干部分：有烘干室、通風(fēng)機(jī)及加熱裝置等組成，烘干室由2mm鋼板焊接而成，通風(fēng)由熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)完成，風(fēng)量由風(fēng)門可調(diào)節(jié)，加熱裝置由三根電加熱管組成。

走布傳動(dòng)：變頻調(diào)速電機(jī)通過電磁離合器帶動(dòng)擺線針輪減速機(jī)實(shí)現(xiàn)走步動(dòng)作的變換。

控制部分：安裝在右側(cè)的控制器來完成，面板有操作開關(guān)和按鈕等，操作方便。

3 自動(dòng)刷花機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)目前刷花機(jī)功能特點(diǎn)，應(yīng)用最新人機(jī)界面設(shè)計(jì)成果，將刷花機(jī)的功能、狀態(tài)全部顯示在屏幕上，為用戶提供良好的工作界面，并具有在線幫助功能。刷花機(jī)嵌入式系統(tǒng)除了體積小、資源受限等特點(diǎn)外，還需要滿足快速啟動(dòng)、圖形界面、實(shí)時(shí)控制、特殊設(shè)備驅(qū)動(dòng)等要求。綜合考慮系統(tǒng)的功能、研發(fā)成本及自主技術(shù)等因素，系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件選擇WINCE 操作系統(tǒng)。

3.1 顯示器界面信息的設(shè)計(jì)

刷花機(jī)花樣的走向在屏幕上以圖的形式表示，用兩種顏色交替走動(dòng)；而對(duì)刷花頭步長、轉(zhuǎn)速等用數(shù)值來表示。例如，刷花機(jī)的六大功能在屏幕左邊排列；設(shè)備的狀態(tài)信息在屏幕底行排列，包括電機(jī)故障、開車保護(hù)、產(chǎn)量、電機(jī)速度等。

3.2 輸入控制鍵的設(shè)計(jì)

考慮到用戶操作方便，所以本系統(tǒng)選用觸摸和按鍵相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。屏幕界面的設(shè)計(jì)質(zhì)量影響人的視覺，而鍵盤的設(shè)計(jì)水平影響信息輸入的質(zhì)量，設(shè)計(jì)的合理會(huì)減少輸入的錯(cuò)誤。例如∶ 刷花頭步長、刷花座的運(yùn)動(dòng)、走布速度、溫度等數(shù)據(jù)增加選用↑鍵，減少選用↓鍵；對(duì)刷花機(jī)的功能的選擇用F1到F6鍵。

3.3 花樣形成技術(shù)

刷花座作橫向間歇運(yùn)動(dòng)，可在織物表面形成周期性交替的直線型渦旋狀花紋。刷花座作橫向連續(xù)運(yùn)動(dòng)，在走布運(yùn)動(dòng)的共同作用下在織物表面形成周期性地類似于正弦曲線的花紋形狀。當(dāng)走布運(yùn)動(dòng)為間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)，若刷花座相對(duì)不動(dòng)，可在刷花機(jī)上獲得普通的擰花效果，若刷花座橫向間歇運(yùn)動(dòng)，可在織物表面形成周期性交替的直線型渦旋狀花紋；當(dāng)走布運(yùn)動(dòng)與刷花座橫向運(yùn)動(dòng)均為連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可在刷花機(jī)上獲得正弦曲線狀的渦旋狀花形，具有汽蒸定型機(jī)上的某些花形效果。

4 嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

嵌入式控制系統(tǒng)采用嵌入式控制器＋運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 嵌入式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嵌入式控制器用于處理圖像顯示、文件管理、任務(wù)調(diào)度等，可采用較為通用的嵌入式軟硬件；而運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)主要是接收數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)控制機(jī)電部件，因此需要采用專業(yè)化運(yùn)動(dòng)控制部件及相關(guān)軟硬件技術(shù)。基于該體系結(jié)構(gòu)的刷花機(jī)嵌入式系統(tǒng)主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）嵌入式控制器采用ARM高性能嵌入處理器S3C2410，運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)采用專用控制芯片，如FPGA、CPLD 等；2）主、從系統(tǒng)通過通信接口實(shí)時(shí)通信，協(xié)同完成縫制任務(wù)；3）控制器采用嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為基礎(chǔ)軟件平臺(tái)；4）嵌入式控制器支持網(wǎng)絡(luò)化、圖形化數(shù)據(jù)加載與刷花任務(wù)管理等。

5 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嵌入式軟件是設(shè)備的控制核心，負(fù)責(zé)接收用戶操作行為，驅(qū)動(dòng)各硬件構(gòu)成要素在系統(tǒng)的監(jiān)控下完成相應(yīng)的功能。嵌入式軟件劃分為：主控制系統(tǒng)軟件、運(yùn)動(dòng)控制和溫度控制三塊，如圖3所示。

主控制系統(tǒng)軟件面向用戶，以應(yīng)用為中心，是刷花機(jī)嵌入式系統(tǒng)軟件的主體部分。本系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為Window XP操作系統(tǒng)，軟件運(yùn)行環(huán)境為通過Windows CE.NET 4.2的 Platform Builder 4.2定制的WinCE 操作系統(tǒng)。內(nèi)核裁減的主要工作在于確定應(yīng)用需求，并完成應(yīng)用需求與內(nèi)核選項(xiàng)的映射。根據(jù)刷花機(jī)嵌入式系統(tǒng)的圖形化啟動(dòng)、模塊實(shí)時(shí)加載、網(wǎng)絡(luò)化支持、串口通信、文件存儲(chǔ)與管理等功能，在裁減過程中需要支持核心運(yùn)行庫支持，C Libraries and Runtimes；顯示驅(qū)動(dòng)支持，Geode/Media GX；標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（鼠標(biāo)鍵盤等）支持，Input Devices；USB總線支持，USB Host；文件系統(tǒng)支持，F(xiàn)at file system；串行通信支持，Serial等選項(xiàng)，并對(duì)其相關(guān)子項(xiàng)進(jìn)行細(xì)化。

主程序入口WinMain，如觸摸屏有信息反饋，則調(diào)用MAINLOOP 處理該信息；如觸摸屏沒有信息反饋，則依次檢索輸入信號(hào)并做出對(duì)應(yīng)處理。主循環(huán)程序MAINLOOP，在沒有錯(cuò)誤信息的情況下對(duì)觸摸反饋信息進(jìn)行處理，進(jìn)行用戶界面的管理。

對(duì)液晶屏進(jìn)行觸摸操作,判斷界面的按鍵響應(yīng)是否在定義的按鍵范圍之內(nèi),若為真,則在消息處理程序WndProc中處理響應(yīng)的消息。按鍵消息處理經(jīng)判斷為真后，進(jìn)入主循環(huán)MAINLOOP，在該界面執(zhí)行界面調(diào)用程序。接下來，在該界面中執(zhí)行觸摸屏的按鍵消息響應(yīng)和消息，在各界面均按該設(shè)計(jì)流程進(jìn)行循環(huán)操作。

應(yīng)用軟件的運(yùn)動(dòng)控制和溫度控制軟件是應(yīng)用平臺(tái)基于eMbedded Visual C++ 4.0開發(fā)，為滿足輕量級(jí)、高可靠、可配置等要求，采用WIN32API組件開發(fā)，可在占用最少資源的情況下達(dá)到最大效率。 在開發(fā)中運(yùn)用動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式，預(yù)留對(duì)擴(kuò)展功能的支持，實(shí)現(xiàn)了直觀、友好、易操作的圖形應(yīng)用界面。應(yīng)用程序主流程圖如圖4所示。

應(yīng)用軟件提供用戶對(duì)于刷花機(jī)的各種功能需求。當(dāng)用戶所選功能需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)時(shí)，應(yīng)用軟件將用戶操作轉(zhuǎn)化為向運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出的一系列命令，通過監(jiān)視執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋狀態(tài)可以感知設(shè)備的運(yùn)行狀況，在需要的時(shí)候可以對(duì)執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行校正。這樣，在應(yīng)用軟件的監(jiān)控下，整個(gè)控制系統(tǒng)形成“閉環(huán)”回路，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。其溫度控制流程如圖5所示。

圖3 嵌入式系統(tǒng)軟件構(gòu)成

圖4 應(yīng)用程序流程圖

圖5 溫度控制程序流程圖

刷花機(jī)集光機(jī)電氣等多種技術(shù)于一體，外圍I/O設(shè)備種類豐富，因此擴(kuò)展操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)對(duì)非通用硬件的驅(qū)動(dòng)非常重要。目前，主要采用內(nèi)核模式和模塊模式方式來擴(kuò)展操作系統(tǒng)。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用內(nèi)核方式支持?jǐn)U展設(shè)備。在內(nèi)核模式下，每次添加新的軟件功能時(shí)均要求開發(fā)人員修改操作系統(tǒng)源碼并重新編譯、生成新的內(nèi)核。在核心態(tài)模塊中，依照WINCE系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模型，開發(fā)人員通過編程可以完成對(duì)特定設(shè)備I/O、中斷、時(shí)鐘等的驅(qū)動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用證明，基于該方式的WINCE內(nèi)核功能擴(kuò)展非常有效。

6 結(jié)束語

采用ARMS3C2410自動(dòng)刷花機(jī)加工織物, 刷毛輥速度、溫度、布速等得到比較精確的控制，獲得較高的控制精度，織物花型的持久。嵌入式自動(dòng)刷花機(jī)的設(shè)計(jì)的方案不僅應(yīng)用于全自動(dòng)刷花機(jī)，它完全可以應(yīng)用到電子織帶機(jī)等其他紡織機(jī)器，實(shí)際上它完全可以直接應(yīng)用到電子商標(biāo)機(jī)上。開發(fā)人員只需要修改機(jī)器上的刷花原理就可以應(yīng)用到其他機(jī)器上，而基本的顯示、鍵盤、網(wǎng)絡(luò)完全可以參考本系統(tǒng)的方案。

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