一种用于剑杆织机的嵌入式选纬控制器的制作方法

本发明涉及一种用于剑杆织机选纬控制技术领域，具体涉及一种用于剑杆织机的嵌入式选纬控制器。

背景技术：

随着我国纺织工业的水平提高和产品出口的增长，无梭织机的需求量与日俱增。从国外无梭织机技术发展看，在机电一体化、速度、选择等技术上，都发生了巨大变化，而国产设备与国外相比还有很大差距，改善、发展和提高国内无梭织机的性能是迫在眉睫的事情。无梭织机中最重要的机种之一是剑杆织机，而选纬装置是剑杆织机的关键组成部分。一般剑杆织机的选纬工作通过步进电机来完成，那么设计一种能够应用于剑杆织机的拥有高精度、高稳定性的步进电机的控制器就显得尤为重要。现有的步进电机控制器有的采用可控制编程器(plc)进行控制，成本较高，并且需要专业人员进行操作维护，还有一些步进电机控制器只能驱动一个步进电机，若用在剑杆织机上则需要多个这种控制器，既增加了复杂性，也造成了资金浪费。因此需要发明一款具有安全、稳定、高效、开发性好、低成本的步进电机选纬控制器。

申请号为201320531731.x的中国专利公开了一种步进电机的驱动系统，其中处理器为单片机，单片机通过io口驱动步进电机驱动电路中的电机驱动芯片进而控制步进电机转轴的正反转并为该芯片提供时钟信号，步进电机驱动电路中的电机驱动芯片为thb7128芯片。单片机的输入信号采用两路p817光耦合器进行隔离，在一定程度上能满足对输入信号的保护作用，达到隔离现场干扰的作用，但随着近几年织机更新换代速度地加快，在产品的出产率和产品质量上提出了更高地要求，这就要求织机在运行稳定性和运行速度(信号传输速率是影响因素之一)上需要进一步提高，已有的驱动系统的信号传输速率已不能满足需求。

在《剑杆织机的选纬装置分析与设计》(张莉美.剑杆织机的选纬装置分析与设计[d].上海交通大学,2010.)中提到的剑杆织机选纬控制器选用altera公司的型号为ep1k50qc208-3的可编程逻辑芯片控制，进行模块化设计，增加了编程的工作量，且灵活性差，如需改变系统运动形式，需重新设计与加工，周期较长，且费用较高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明要解决的实际技术问题是，提供一种用于剑杆织机的嵌入式选纬控制器，该控制器以ramstm8s003f芯片为核心，通过电源转换模块将24v电源电压转化为3.3v电源电压，为控制器提供恒定的电源电压，为实现对输入信号的保护和抗干扰，选用tlp290-4高速光耦合控制模块把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，保持信号联系，同时，选用两个高性能的安硅电容实现对电路的保护作用。此外，为满足控制器在实际设备中的应用，本发明以两个a3986芯片分别控制两个步进电机共同工作，从而提高了对剑杆织机选纬装置上的步进电机的控制效率。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种用于剑杆织机的嵌入式选纬控制器，其特征在于该控制器包括微处理器、电源转换模块、第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、高速光耦合控制模块和电路保护模块，所述微处理器、电源转换模块、第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、高速光耦合控制模块和电路保护模块均集成在一块电路板上；所述微处理器设有swim接口；所述电源转换模块与外部24v直流电源连接，将外部24v直流电源转为3.3v的直流电源，为整个控制器供电；所述微处理器的输入端通过uart与高速光耦合控制模块连接；微处理器的输出端分别与第一步进电机驱动模块和第二步进电机驱动模块的输入端连接；所述第一步进电机驱动模块和第二步进电机驱动模块均包括全桥电路和a3986芯片，分别外接选纬装置的第一步进电机和第二步进电机，两个步进电机驱动模块同时驱动两个步进电机，能实现两个步进电机同步或异步运行；

所述高速光耦合控制模块选用四路高速光耦合器接收剑杆织机主控制系统的输出信号，收剑杆织机主控制系统输出的高低电平输出信号为步进电机驱动模块所需的脉冲和方向信号，通过该信号来对步进电机转向和速度的进行相应控制；在全桥电路与a3986芯片的lss1引脚相连接的地方接不大于0.05欧姆的采样电阻，采样电阻与接地端连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)具有两路步进电机驱动模块可驱动两个独立的步进电机。本发明通过a3986芯片实现对步进电机的驱动，每一路采用两个全桥实现步进电动机的速度和方向的控制，进一步实现对选纬盘的速度和方向的控制，此外，在全桥电路与a3986芯片的lss1引脚相连接的地方加一接近0欧姆的电阻实现与接地端的连接，实现对外接干扰信号的抵抗，进一步提高步进电机的运行精度和稳定性；

3)采用模块化设计。本发明通过模块化设计，对控制器中每一模块进行模块化设计，使设计及维护难度降低，预留许多输入、输出端口，方便系统扩展。每一模块进行可插拔设计，通过总线进行连接，当某一个模块出现损坏时，不会影响其他模块的正常运行，只是影响被损坏的模块控制的部分的运行，可以通过直接更换模块的方法恢复系统，最终系统正常运行。此设计使系统更易于维护；

4)采用两个安硅电容实现对电路的保护作用，该电路保护模块电路简单，不仅可以避免出现击穿短路现象，电容的耐压性能对保护人身安全还具有重要意义；电源转换模块和电路保护模块两部分可保障整个控制板的运行稳定性和安全性，降低成本。

5)使用四路tlp290-4高速光耦合器，与普通的两路光耦合器比它能把干扰源和易受干扰的部分更有效的隔离开来，保持信号联系，提高步进电机的运转精度，进一步提高产品的质量；

6)成本低。由于目前电池极片轧制设备的控制系统大多采用plc作为控制核心，其成本较高。本发明应用嵌入式技术设计控制器，在保证系统稳定运行和正常生产的前提下，以达到降低成本、简化设备的目的，而且采用可扩展模块设计，不用重新应用一个或几个控制基板模块，有利于织机选纬控制设备在市场上的进一步推广。

附图说明

图1为本发明用于剑杆织机的嵌入式选纬控制器的结构框图；

图2为本发明用于剑杆织机的嵌入式选纬控制器的电路保护模块11的电路组成图；

图中，1.24v直流电源、2.电源转换模块、3.ramstm8s003f微处理器、4.第一a3986步进电机驱动模块、5.第一步进电机、6.高速光耦合控制模块、7.剑杆织机主控制系统的输出信号、8.第二a3986步进电机驱动模块、9.第二步进电机、10.swim接口、11.电路保护模块。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明用于剑杆织机的嵌入式选纬控制器(简称控制器，参见图1)包括微处理器3、电源转换模块2、第一步进电机驱动模块4、第二步进电机驱动模块8、高速光耦合控制模块6和电路保护模块11，所述微处理器3、电源转换模块2、第一步进电机驱动模块4、第二步进电机驱动模块8、高速光耦合控制模块6和电路保护模块11均集成在一块电路板上；所述微处理器设有swim接口10，用于下载控制器的控制程序；所述电源转换模块2与外部24v直流电源1连接，将外部24v直流电源转为3.3v的直流电源，为整个控制器供电；所述微处理器3的输入端通过uart与高速光耦合控制模块6连接；微处理器的输出端分别与第一步进电机驱动模块4和第二步进电机驱动模块8的输入端连接；所述第一步进电机驱动模块和第二步进电机驱动模块均包括全桥电路和a3986芯片，分别外接选纬装置的第一步进电机5和第二步进电机9，两个步进电机驱动模块同时驱动两个步进电机，能实现两个步进电机同步或异步运行；

所述高速光耦合控制模块选用四路高速光耦合器接收剑杆织机主控制系统的输出信号7，收剑杆织机主控制系统输出的高低电平输出信号为步进电机驱动模块所需的脉冲和方向信号，通过该信号来对步进电机转向和速度的进行相应控制；为保障两个步进电机驱动模块的输出电流不超过4a(初始状态下电流最大，为4a)，在全桥电路与a3986芯片的lss1引脚相连接的地方接不大于0.05欧姆的采样电阻与接地端的连接，实现对步进电机的保护作用，以免烧毁步进电机。

本发明所述的微处理器为stm8s003f芯片或stm32f芯片，能在满足选纬工作要求的基础上降低了经济成本；所述四路高速光耦合器的型号为tlp290-4，信号传输速度和抗干扰能力更强，实现高速有效地接收信号。

所述电路保护模块11的电路组成是：电路保护模块包括两个大地端口(p5、p6)和两个安硅电容(c24、c25)；两个大地端口并联，然后与安硅电容c25串联(图2中edge1和pgnd为两个大地端口并联的两个连接接点)，安硅电容c25的另一端与接地端gnd连接；安硅电容c24一端与外接24v电源信号vmm连接，另一端与接地端gnd；所述安硅电容c24和安硅电容c25优选为100pf。

本发明控制器的工作原理及过程是：本发明控制器将微处理器与高速光耦合控制模块连接，以接收剑杆织机主控制系统的输出信号，使控制器能够安全有效的接收外部信号；同时，微处理器分别与第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块连接，实现对相应步进电机的有效精确的控制，此外，微处理器的输入端与swim接口连接以实现对控制器的程序烧写；本发明中控制器上拥有电源转换模块，可将外接24v直流转换纬3.3v的直流电源保证控制器的稳定运行。

控制器的工作流程为：本发明控制器主要用在剑杆织机的选纬装置上，控制选纬装置完成选纬工作。剑杆织机的选纬盘上有八个选纬指，每个选纬指中穿入不同颜色的纬纱，每个选纬指由一个步进电机控制，本申请的控制器可以同时控制两个步进电机，所以一个选纬装置中需要安装四个本申请的控制器来驱动八个步进电机。在选纬装置工作的某一时刻只能有一个步进电机发出动作，每个步进电机的动作时间不同，具体步进电机的程序各异，本发明控制器可以同时驱动其中两个步进电机动作，同时驱动的两个步进电机为异步运行，而步进电机的转向和运行速度需在程序中设置。具体使用方法是：

1)开启电源，电源转换模块将24v直流电源电压转换成3.3v直流电压，为控制器供电，保证控制器正常运行；

2)待上经纱层和下经纱层运行到位形成梭口后，剑杆织机主控制系统根据所需颜色控制对应控制器，对应控制器上的高速光耦合模块接收剑杆织机主控制系统的输出信号(步进电机驱动模块所需的脉冲和方向信号)，并将该输出信号传递给微处理器；

3)微处理器将接收的信号进行整合得到整合脉冲；

4)经步骤3)信号整合得到的整合脉冲经相应的步进电机驱动模块(第一步进电机驱动模块4和第二步进电机驱动模块8)放大后传输给相应的步进电机(第一步进电机5和第二步进电机9)，步进电机带动选纬指运动完成一次选纬工作，每一次的选纬工作只驱动一个步进电机，其余步进电机等待下一次选纬工作的任命，整个过程安全有效的提高了步进电机的运行精度。

本发明控制器具有较强的抗电磁干扰的能力，对步进电机的控制精度也很高。

本发明未述及之处适用于现有技术。