专利名称：用于手工工艺地毯编织的挑经机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于计算机技术和手工艺生产领域，特别涉及单片计算机数据存储及其地毯编织经线挑出操作的控制装置的设计。
手工地毯编织的关键是用手工方法按代码本给出的位置将特定颜色的丝线打结到指定的一对经线上。传统的工艺是编织工先在代码本上找出与当前色线相同的象素，然后再将色线打结到对应的经线上。由于工艺地毯图案的颜色多，几何结构复杂，编织工一次仅能记住几个点的位置，因此，编织工需要不停地查看代码本和进行打结操作。这种操作很容易造成操作者眼睛疲劳，直接影响编织速度，也很容易造成错码。同时使用代码稿进行编织还存在图案保密性能差的问题。由于地毯画稿印刷在纸上，一块工艺地毯的编织周期长，因此在编织过程中图案很容易被复制，从而造成所有者的经济损失。
本实用新型的目的在于为克服已有技术的不足之处，设计出一种用于按图案代码自动挑出经线的挑经机，其特点是由一个以单片机芯片为核心的控制器实现经线挑出控制。使其不仅保存了传统的手工编织方式，而且可减轻操作者来回查看代码的劳动强度，提高工作效率。
本实用新型设计出一种用于手工地毯编织的挑经机，其特征在于，包括挑出经线的控制执行机构及由驱动电路、隔离电路和基于单片机的控制器所组成的驱动控制电路两部分，所说的控制执行机构包括用于挑出特定的经线的M个横向排列的电机和N个纵向排列的电机及其控制开关，以及M×N条L形拉线，所说的每条拉线套住一条经线且两端分别与一个横、纵向电机相连；所说的基于单片机的控制器包括单片机和与之相连的数据存储器、译码器、接口以及固化在所说存储器中的控制程序。
本实用新型基于单片机的控制器的数据存储器包括实现图案数据存储的快闪存储器芯片，和用于存储操作状态的非易失性存储器，所说的驱动电路包括用于状态选择输出的驱动译码芯片，用于驱动电机控制开关的驱动芯片，所说的隔离电路包括用于单片机和驱动电路的稳压电源芯片和用于隔离单片机电路和驱动电路的光电隔离芯片。
本实用新型基于单片机的控制器还包括与单片机相连的控制按钮，所说的驱动电路还包括数码显示器其驱动芯片。所说的基于单片机的控制器的接口包括连接到PC机的RS-232通讯接口和连接到单片机P0、P2口与隔离器之间的I/O扩展接口。
所说的执行机构的电机安装在地毯的编织机梁上，驱动电路安装在二块驱动电路板上，基于单片机的控制器安装在电路板上，控制器电路板通过排线连接二块驱动电路板，二块驱动电路板又分别连接到行、列控制电机。
本实用新型的工作原理描述如下本实用新型采用由计算机进行按代码挑经的方法来实现代码标识操作。该方法是在编织过程中使用计算机按照设计的代码将需要编织的经线一一挑出，编织工在挑出的经线上进行打结操作。实现上述功能的关键问题是在降低装置成本的情况下实现大容量的图案数据存储以及多对经线的挑出操作。为兼顾高性能和低成本两个方面，本实用新型采用单片机构成主控计算机系统。结合大容量存储器存储图案数据，采用在线存储芯片编程的方式更新代码。此外，设计了一个串口用于连接写图案代码的PC机系统，因此图案代码可以直接通过通讯口写入单片机，从而增加了代码的保密性。
对于编织执行机构问题，本实用新型采用了M×N的矩阵开关方式，即通过M列和N行实现对M×N根经线的挑出控制。若以1至M×N对M×N经线进行编号，1至M对纵向电机进行编号，1至N对横向电机进行编号，其中第i个纵向电机控制第(i-1)×N+1至(i-1)×N+N号经线拉线的纵向端，第j个横向电机控制第j、N+j、至(M-1)×N+j号经线拉线的横向端。仅当第i个纵向电机和第j个横向电机同时拉紧时，第(i-1)×N+j号经线被挑出。这样使用M+N个电机就可以控制M×N根经线，很大程度上减少了系统控制机构的数目。所述的执行机构如
图1所示。
图1为执行机构的俯视图，如
图1a所示，每根经线6由一根拉线4套住，拉线的一端41连接到纵向电机11，另一端42经由一个导向孔2改变方向后连接到横向电机12。每个电机同时连接一根定位线51、52，定位线的一端固定到固定点31、32上，因此当电机拉动拉线至定位线张紧时，电机将静止，从而阻止拉线继续拉动经线，以避免经线被拉断。当纵横两方向处于松弛状态时，由于经线在机架上被张紧，在不受拉力的情况下经线处于原始状态。当纵向端拉线41拉紧，而横向端拉线42松弛时，同样由于经线本身张紧，处于松弛的一端将放出一段线，其结果是该经线仍处于原始状态，该情况如
图1b所示。仅当纵、横方向的拉线41、42都拉紧时，经线6才被拉出，该情况如
图1c所示。
基于上述原理，本实用新的驱动控制电路工作过程如图2所示。
本实用新型以单片机为核心，通过P0、P2口扩展外部数据访问空间。其中一部分空间和扩展的I/O口用于访问存储代码的大容量存储器，另一部分空间用于扩充I/O口和非易失性RAM。扩充的I/O中，一部分I/O控制位通过隔离电路和译码电路控制纵横方向的电机，一部分I/O控制位用于设置大容量存储器的高位地址，其他用于数码显示驱动。单片机的P1口用于检测操作者的按键操作。非易失性RAM芯片用于记录操作者的操作状态。通过RS-232连接到PC机的RS-232接口，以实现和PC机的串行通讯。
单片机在程序控制下实现与PC机的通讯、图案代码写入以及控制I/O口实现按代码的挑经操作。该程序由主控程序和中断服务程序两部分组成。主控程序用于检测操作者的按键状态和控制挑经操作，当工作在写代码模式时，主控程序管理与PC的通讯并进行写代码操作。中断服务程序响应定时器的中断提供时间基准，并按主控程序的设定刷新数码显示状态和电机状态。
本实用新型具有读码准确，代码保密性好的优点，同时编织工在使用该挑经机的过程中不需要阅读图案代码本，且由机器挑出经线，因此本实用新型不仅可以阅读复杂图案，而且可很大程度上减轻劳动强度，提高生产效率。
附图简要说明
图1为本实用新型执行机构实现挑经操作的原理图。
图2为本实用新型驱动控制电路总体结构示意图。
图3为本实用新型实施例的单片机电路结构示意图。
图4为本实用新型实施例的电源和隔离电路结构示意图。
图5为本实用新型的实施例的驱动译码电路结构示意图。
图6为本实用新型实施例的单片机主控程序流程示意图。
本实用新型设计的一种用于手工地毯编织的挑经机实施例，包括安装在编织机架上的挑出经线的控制执行机构及由驱动电路、隔离电路和基于单片机的控制器所组成的驱动控制电路两部分。
控制执行机构由32个纵向电机和32个横向电机构成。每个电机控制32根经线的一个端点，共可控制1024根经线。若以1至1024对1024经线进行编号，以1至32对纵横向电机进行编号，其中第i个纵向电机控制第(i-1)×32+1至(i-1)×32+32号经线拉线的纵向端，第j个横向电机控制第j、32+j、至31×32+j号经线拉线的横向端。当第i个纵向电机和第j个横向电机同时拉紧时，第(i-1)×32+j号经线被挑出。
驱动控制电路系统以ATMEL的单片机89C51为核心，通过MAX232接口芯片连接到PC机的RS-232接口，以实现和PC机的串行通讯。通过P0、P2口以及74HC373构成64KB的外部数据访问空间。其中32KB用于访问代码存储器29F040，另一部分空间用于扩充I/O口和芯片DS12887。扩充I/O口的12位用于译码生成64个控制位控制64个纵横方向的电机，4位用于设置29F040的高位地址，其他用于7位数码显示驱动。芯片DS12887为Dallas公司的时钟和非遗失性SRAM芯片，在此用于记录操作者的操作状态。
由于系统中使用MAX232作为串口的接口芯片，系统可直接使用单一+5V供电，不需要提供RS-232通讯所需的±12V电源，简化了系统供电系统。DS12887是由锂电池作为后备电源的非遗失性存储器和实时时钟，其读写次数无限制，且掉电保存时间长达10年，用于在每次操作完成后记录更新的状态。这样，在换班或停电恢复后可恢复前一次的状态。29F040为EEPROM，具有512KB的存储容量，每256字节为一个扇区。该芯片可以扇区为单位进行电擦除，以字节为单位写入数据。
各部分的电路图如图3、图4、图5所示，结合各图分别详细说明如下。单片机电路如图3所示，由单片机U1(89C51)、U2(74HC373)、U3(74HC138)以及U10(74HC32)构成单片机基本系统；存储芯片U4(29F040)通过U5(74HC273)扩展以窗口方式映射到单片机的地址空间；U6(74HC273)和U7(74HC273)进行I/O地址扩展，用于驱动数码显示；U8(Max232)提供单5V供电的RS-232接口；U9(RS12887)用于存储实时更新的操作状态。
U4具有512KB的存储空间，U1只能访问64KB空间，因此从64KB中划分出32KB并使用U5构成页地址实现大容量数据访问，同时将64KB中的另外32KB用于扩展I/O控制以及非易失性存储器。非易失性存储器U9自带电源系统，存储器可以无限次改写，在每次操作状态更新时，新状态被写入该存储器，在下次开机时根据其记忆的状态恢复操作。
图4为电源和隔离电路。通过JP1与单片机电路相连，由U1(74HC138)进行译码，所给出的地址作为U2(74HC273)和U3(74HC273)的片选。U2和U3锁存器各输出6位位控信号经由光电隔离器件U4、U5和U6送电机驱动电路。电源部分分别由V1和V2为单片机和电机驱动电路供电。
图5为驱动译码电路。由U1至U5共5个译码芯片74HC138共译出32个状态。由U6至U9共4个驱动芯片74HC240驱动电机控制开关。使用中，行列电机组各使用一块驱动译码电路板。
基于上述硬件环境，由控制程序控制挑经操作。所设计的程序写入89C51的EEPROM中，上电复位即可运行。程序由单片机主控程序以及中断服务程序组成。
(1)单片机主控程序单片机主控程序在复位后即启动。该程序首先初始化串口和一些变量，并根据DS12887芯片中存储的数据恢复上次操作状态，启动定时器开始计时。此后，该程序将重复扫描P1口和串口，检测是否有键按下或有串口数据输入。如果有则调用服务程序，否则继续进行扫描。其程序流程图如图6所示。对于按键操作，其不同模式下执行的功能不同，系统的工作模式有暂停模式和运行模式。暂停模式是指系统暂停自动挑经，运行模式是指系统正在执行自动挑经操作。
当开机时按住通讯按键，主控程序进入通讯服务模式，该模式下单片机等待PC机发出的操作指令，收到指令后执行指定的操作并返回操作结果。所提供的服务有读操作状态，写代码和读代码服务。
(2)中断服务程序中断服务是为实现系统多任务而提出的一个解决方案。由于系统中除了按键管理和通讯，还有电机控制和数码显示刷新工作。如果将电机控制和数码刷新都放在主控程序中实现，不仅会造成编程复杂，而且会因为不停地查询时间而浪费CPU资源。依据电机控制和数码显示都是时间相关的控制对象这一特点，系统采用了在定时器中断提供上述服务的方案。系统以1ms为单位设定定时。为响应两个任务，设置了两个计数器，即电机启动计数和数码位计数。每次定时器中断将使得两个计数器加1，并驱动数码计数器对应的一位数码。当电机计数器加到主控程序所设置的自动挑经时间间隔时，下一组电机将被驱动，同时计数器置为0。当数码计数器为7时，将其复位到0。
本实施例安装在地毯编织的机架上，用拉线套住经线即可使用。系统通过9芯的RS-232接口和PC机相连进行数据写入。
本实施例的采集卡具有如下的技术指标控制经线数目1024线单次代码存储空间512kB工作方式由单片机控制自动挑经通讯连接通过RS-232接口与PC连接
权利要求1. 一种用于手工地毯编织的挑经机，其特征在于，包括挑出经线的控制执行机构及由驱动电路、隔离电路和基于单片机的控制器所组成的驱动控制电路两部分，所说的控制执行机构包括用于挑出特定的经线的M个横向排列的电机和N个纵向排列的电机及其控制开关，以及M×N条L形拉线，所说的每条拉线套住一条经线且两端分别与一个横、纵向电机相连；所说的基于单片机的控制器包括单片机和与之相连的数据存储器、译码器、接口以及固化在所说存储器中的控制程序。
2. 如权利要求1所述的挑经机，其特征在于，所说的基于单片机的控制器的数据存储器包括实现图案数据存储的快闪存储器芯片，和用于存储操作状态的非易失性存储器，所说的驱动电路包括用于状态选择输出的驱动译码芯片，用于驱动电机控制开关的驱动芯片，所说的隔离电路包括用于单片机和驱动电路的稳压电源芯片和用于隔离单片机电路和驱动电路的光电隔离芯片。
3.如权利要求1所述的挑经机，其特征在于，所说的基于单片机的控制器还包括与单片机相连的控制按钮，所说的驱动电路还包括数码显示器其驱动芯片。
4.如权利要求1所述的挑经机，其特征在于，所说的基于单片机的控制器的接口包括连接到PC机的RS-232通讯接口和连接到单片机P0、P2口与隔离器之间的I/O扩展接口。
5.如权利要求1所述的挑经机，其特征在于，所说的单片机控制芯片采用ATMEL的89C51型芯片，所说的快闪存储器换芯片采用29F040芯片，所说的非易失性存储器换芯片采用DS12887芯片，所说的RS-232接口芯片采用MAX232芯片。
专利摘要本实用新型属于计算机技术和手工工艺生产领域,包括控制执行机构及由驱动电路、隔离电路和基于单片机的控制器所组成的驱动控制电路两部分,控制执行机构包括m个横向排列的电机和n个纵向排列的电机及其控制开关,以及m×n条L形拉线,每条拉线套住一条经线与一个横、纵向电机相连;控制器包括单片机和数据存储器、译码器、通讯接口以及控制程序。本挑经机读码准确,代码保密性好,可以阅读复杂图案,减轻劳动强度,提高生产效率。
文档编号D04G3/00GK2361654SQ9920059
公开日2000年2月2日 申请日期1999年1月22日 优先权日1999年1月22日
发明者张瑞庆, 胡秉谊, 柳珠江 申请人:胡秉谊