一种基于stm32应用于电子多臂机的主控板的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及纺织机控制领域，具体的来说，是一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板。包括STM32处理器、供电模块、按键模块、显示模块、485通信模块、FLASH及SRAM模块、储纬控制模块、传感器模块、转向输入模块、转向输出模块、电磁铁输出模块和JTAG调式模块，其特征在于，各个所述模块分别与STM32处理器连接，所述STM32处理器驱动各个模块完成对电子多臂机的控制。所述主控板以STM32处理器为核心，数据处理更快，集成更多端口，使硬件结构设计更简单、系统功耗大大降低，此外，直接与各个模块连接实现智能化与自动化一体结构。
【专利说明】—种基于STM32应用于电子多臂机的主控板
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及纺织机控制领域，具体的来说，是一种基于STM32应用于电子多臂机数控专用主控板。
【背景技术】
[0002]纺织机是纺织业中的主要生产设备，织物的花纹图案是由织机的花纹控制装置控制而实现的。电子多臂机是一种新型电子花纹控制装置，它不仅是现代织机必不可少的控制部件，也是对传统织机进行技改的有效手段。电子多臂机由微机控制器控制，根据其内存中的花纹数据定时、定向、按序输出控制字，通过电磁铁驱动多臂机的动作，实现对织物的花纹控制。因此在电子多臂机中微机控制器部分即主控板是必不可少的，传统主控板一般采用51单片机为核心，受其资源和功能的局限，在开发、成本控制、处理速度及复杂功能的实现上难以把握，基于51单片机为核心的主板相比STM32来说，设计结构比较复杂，系统功耗也比较大，外围功能较少、在系统开发上也相对比较缓慢。针对51单片机，STM32单片机采用的是嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核,具有高性能、低成本、低功耗的优点，其芯片上资源比51单片机丰富的多，在系统开发上可以采用现成的库函数，降低开发周期，从而降低成本。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是克服传统电子多臂机主控板结构接口复杂、功耗大、功能少、速度慢的缺点，提供一种结构简单、高性能、低成本、低功耗、稳定性高，基于STM32单片机为核心的电子多臂机数控专用主板。
[0004]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，包括STM32处理器、供电模块、按键模块、显示模块、485通信模块、FLASH及SRAM模块、储纬控制模块、传感器模块、转向输入模块、转向输出模块、电磁铁输出模块和JTAG调式模块，其特征在于，各个所述模块分别与STM32处理器连接，所述STM32处理器驱动各个模块完成对电子多臂机的控制，其中供电模块、按键模块、传感器模块、转向输入模块作为单向输入端连接STM32处理器；显示模块、储纬控制模块、转向输出模块、电磁铁输出模块作为单向输出端连接STM32处理器；485通信模块、FLASH及SRAM模块、JTAG调式模块作为双向连接STM32处理器。
[0005]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0006]进一步，所述供电模块是采用分级转换方式，将外部的直流电源电压分级转换成24V、5V、3.3V进行供电。
[0007]进一步，所述按键模块是包括第I按键、第II按键、第III按键、第IV按键、上位电阻，各个所述按键是处于并联且共同连接所述上位电阻，当第一次按第I按键，显示模块显示I和电磁铁输出模块复位，第二次按第I按键，所述显示模块显示最大循环纬数；当第II按键每按一次，所述显示模块显示的纬数加I ;当第III按键没按一次，所述显示模块显示的纬数减I;当第IV按键被按下时，所述显示模块显示本系统版本号。
[0008]进一步，所述显示模块由RC电路、驱动芯片与4位数码管组成，STM32处理器向连结的RC电路发送控制信号，RC电路根据所述控制信号发送控制指令至数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片根据控制指令驱动4位数码管显示。
[0009]进一步，所述485通信模块包含RS-485收发器，STM32处理器与RS-485收发器相连，所述STM32处理器向RS-485收发器发送或者接收其信号，所述RS-485收发器与外界的手持终端相连，所述RS-485收发器根据接收的信号在STM32处理器与手持终端进行通信收发。
[0010]进一步，所述FLASH及SRAM模块包括外部FLASH与外部SRAM，所述外部SRAM与STM32处理器相连，并在所述外部SRAM存入或读取信息，所述外部FLASH与STM32处理器相连，在所述外部FLASH读取信息。
[0011]进一步，所述储纬控制模块通过光耦隔离电路与STM32处理器相连，同时使STM32处理器8路信号输出；传感器模块与转向输入模块通过光耦隔离电路连接STM32处理器，所述传感器模块与所述转向输入模块作为输入端向STM32处理器发送信号。
[0012]进一步，所述光耦隔离电路包括至少一个电阻、至少一个光耦芯片、至少一个LED灯，所述电阻、光耦芯片与LED灯是串联连接。进一步，所述电磁铁输出模块由小功率三极管与肖特基二极管构成，可实现电磁铁信号的稳定输出。
[0013]进一步，所述转向输出模块由3个继电器构成，转向输出模块通过并联与STM32处理器相连，使所述转向输出模块通过继电器正反互锁。
[0014]进一步，所述电磁铁输出模块由小功率三极管与肖特基二极管构成，其中所述小功率三极管与所述肖特基二极管是并联连接，所述STM32处理器通过光耦隔离电路串联到
小功率三极管。
[0015]本实用新型的有益效果是:在本实用新型的主控板是以STM32为核心处理器，该处理器芯片专门设计应用于满足集高性能、低功耗、竞争性价格与一体的工业控制领域的要求。该芯片最高工作频率可达到72MHz，由于该芯片集成了丰富的内部资源，使硬件结构设计更加简单，系统功耗也大大降低。此外，结合设计各大模块的结构相当简单，可靠稳定，同时结合库函数进行系统开发，协调各大模块可实现智能化与自动化一体结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的主控板硬件结构框架图；
[0017]图2为本实用新型的STM32处理器结构框架图；
[0018]图3为本实用新型的供电模块电路流程图；
[0019]图4为本实用新型的按键模块结构框架图；
[0020]图5为本实用新型的显示模块结构框架图；
[0021]图6为本实用新型485通信模块结构框架图；
[0022]图7为本实用新型的FLASH及SRAM模块结构框架图；
[0023]图8为本实用新型的储纬控制模块结构框架图；
[0024]图9为本实用新型的传感器模块结构框架图；
[0025]图10为本实用新型的转向输入模块结构框架图；[0026]图11为本实用新型的转向输出模块结构框架图；
[0027]图12为本实用新型的电磁铁输出模块结构框架图；
[0028]图13为本实用新型的JTAG调试模块电路原理图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0030]如图1所示，本实用新型的主控板硬件结构框架图，详述如下:
[0031]包括STM32处理器、供电模块、按键模块、显示模块、485通信模块、FLASH及SRAM模块、储纬控制模块、传感器模块、转向输入模块、转向输出模块、电磁铁输出模块和JTAG调式模块，其特征在于，各个所述模块分别与STM32处理器连接，所述STM32处理器驱动各个模块完成对电子多臂机的控制，其中供电模块、按键模块、传感器模块、转向输出模块作为单向输入端连接STM32处理器；显示模块、储纬控制模块、转向输出模块、电磁铁输出模块作为单向输出端连接STM32处理器；485通信模块、FLASH及SRAM模块、JTAG调式模块作为双向连接STM32处理器。
[0032]图2所示，本实用新型的STM32处理器控制电路原理图，详述如下:
[0033]STM32处理器分别连接着3.3V供电、复位按钮、8M晶振、B00T01选择、B00T02选择。
[0034]本实用新型的MCU核心模块，核心处理器采用了功能强、功耗低、灵活、性价比高的STM32F106VCT芯片作为控制器核心，以适应本系统硬件对CPU内部资源的需求。该芯片是具有丰富的内部资源，它拥有的资源包括:48kB SRAM、256kB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器(共12个通道)、3个SP1、2个IIC、5个串口、I个USB、I个CAN、3个12位ADC、I个12位DAC、I个SDIO接口、I个FSMC接口以及12个通用IO 口。该芯片的配置十分丰富，并且还带外部总线可以用来外扩SRAM和连接IXD等，通过FSMC驱动LCD，可以显著提高LCD的刷屏速度，更重要的是其价格，20元左右的零售价，性价比极高。
[0035]图3所示，本实用新型的供电模块电路流程图，详述如下:
[0036]本实用新型的供电模块电路，首先直流24V电源由外部独立开关电源模块提供，向24V电源指示灯供电，通过滤波电路传向24V转5V模块芯片，再通过滤波电路传向5V转
3.3V模块芯片，最后，向STM32处理器提供稳定的电压。
[0037]在本实例中，5V电源优选地用LM2576T芯片通过24V转5V得到，LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V)，并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。3.3V电源选用固定电压3.3V输出、电流为IA的AMSl 17-3.3电源转换芯片通过5V转换得到，该芯片体积小、转换效率高，且转换电路设计简单可靠。
[0038]图4所示，本实用新型的按键模块结构框架图，详述如下:
[0039]本实用新型的按键模块电路，包括第I按键、第II按键、第III按键、第IV按键、上位电阻，各个所述按键是处于并联且共同连接上位电阻，断开默认为高电平输入，按键按下为低电平输入有效。第I按键具备两个功能，第一次按显示模块显示1，同时电磁铁复位，第二次按显示最大循环纬数；第II按键每按一次，纬数加I ;第III按键每按下一次，纬数减I ;第IV按键被按下，显示系统版本号。该电路结构设计简单，但4个按键在主板出现故障时及织物出现花样错乱时，对维修服务人员排查故障起到重要的作用。
[0040]图5所示，本实用新型的显示模块的结构框架图，详述如下:
[0041]本实用新型的显示模块电路，所述显示模块由RC电路、驱动芯片与4位数码管组成，STM32处理器向连结的RC电路发送控制信号，RC电路根据所述控制信号发送控制指令至数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片根据控制指令驱动4位数码管显示。
[0042]本实例中，优选地采用TM1620芯片驱动，可显示当前纬数、最大循环纬数及系统版本号。TM1620是一种带键盘扫描接口的LED (发光二极管显示器)驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动、键盘扫描等电路。该芯片性能优良，质量可靠，驱动电路结构设计简单。
[0043]图6所示，本实用新型的485通信模块结构框架图，详述如下:
[0044]所述485通信模块包含RS-485收发器，STM32处理器与RS-485收发器相连，所述STM32处理器向RS-485收发器发送或者接收其信号，所述RS-485收发器与外界的手持终端相连，所述RS-485收发器根据接收的信号在STM32处理器与手持终端进行通信收发。
[0045]在本实例中，优选地485 (—般称作RS485)是隶属于OSI模型物理层的电气特性规定为2线，半双工，多点通信的标准。它的电气特性和RS-232大不一样，用缆线两端的电压差值来表示传递信号。RS485的特点包括:接口电平低，不易损坏芯片，传输速率高，抗干扰能力高，传输距离远，支持节点多。因此，RS485有很广泛的应用。本实用新型的485通?目模块电路选用的是ΜΑΧ3485芯片,该芯片体积小，稳定可靠。
[0046]图7所示，本实用新型的FLASH及SRAM模块结构框架图，详述如下:
[0047]本实用新型的FLASH及SRAM模块电路，所述FLASH及SRAM模块包括外部FLASH与外部SRAM，所述外部SRAM与STM32处理器相连，并在所述外部SRAM存入或读取信息，所述外部FLASH与STM32处理器相连，在所述外部FLASH读取信息。
[0048]在本实例中，优选地外部FLASH采用8M存储空间的MXIC公司的FLASH芯片，芯片型号MX25L1606E，该芯片体积小，容量大，可靠性高，作为大容量的程序存储器。优选地外部SRAM芯片采用2M存储空间的FM25CL64芯片，该芯片具备随时存储记忆功能，掉电非易失，作为大容量的数据存储器。
[0049]图8所示，本实用新型的储纬控制模块结构框架图，详述如下:
[0050]本实用新型的储纬控制模块电路，所述储纬控制模块通过光耦隔离电路与STM32处理器相连，同时使STM32处理器8路信号输出。所述光耦隔离电路包括至少一个电阻、至少一个光耦芯片、至少一个LED灯，所述电阻、光耦芯片与LED灯是串联连接。
[0051]在本实例中，优选地光耦芯片选用TLP280-4光耦芯片，该芯片是一块超小且超薄的耦合器，适用于贴片安装，可编程控制器，其包含一个光晶体管，该晶体管光耦合至二个砷化镓红外发光二极管。二极管通过逆向并行连接，可直接工作在交流输入电流下。为了更好的隔离，每一路储纬器选色电路通过一个NPN型三极管，本模块中选用三极管型号为2N5551，经测试，该三极管适用市场上不同型号的储纬器。
[0052]图9所示，本实用新型的传感器模块结构框架图，详述如下:[0053]本实用新型的传感器模块电路，传感器模块与转向输入模块通过光耦隔离电路连接STM32处理器，所述传感器模块与所述转向输入模块作为输入端向STM32处理器发送信号。
[0054]在本实例中，传感器模块电路包括三个信号，2个接近传感器产生的S1、S2信号，以及油位开关信号S3。多臂机在织机主轴的驱动下，通过安装其内部的二个接近传感器提供多臂机控制器输入信号SI (电磁铁吸放控制信号)和S2 (多臂机正反转方向信号)，控制器根据SI来控制多臂机电磁铁的吸放，通过S1、S2的相位判别确定织机转向，依此循环输出内存中的花纹数据，驱动电磁铁，通过多臂机把提综信息转换成机械位移量。油位开关信号S3可起到保护多臂机正常运作的作用，当多臂机正常运作时，油位开关闭合，S3为高电平，代表多臂机笼头中的油路畅通，否则油位开关断开，S3为低电平，代表多臂机笼头中的油路不畅通，此时主板发出停车信号，织机停止运作。S1、S2、S3信号有较强的驱动能力，可直接连接光耦合器，经过光电耦合和波形整形送入核心处理器。
[0055]图10所示，本实用新型的转向输入模块结构框架图，详述如下:
[0056]本实用新型的转向输入模块电路，通过光耦隔离电路将信号传输给STM32处理器。光耦隔离电路防止了因有电的连接而引起的干扰，特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。
[0057]图11所示，本实用新型的转向输出模块架构框架图，详述如下:
[0058]本实用新型的转向输出模块，所述转向输出模块由3个继电器构成，转向输出模块通过并联与STM32处理器相连，使所述转向输出模块通过3个欧姆龙继电器对正反转方向进行互锁以及发出油位报警信号。欧姆龙继电器选用直流24V线圈电压，一开一闭，欧姆龙继电器质量可靠，体积小，动作灵敏，可快速相应处理器发出的信号。
[0059]图12所示，本实用新型的电磁铁输出模块电路原理图，详述如下:
[0060]本实用新型的电磁铁输出模块电路由小功率三极管和肖特基二极管构成，小功率三极管和肖特基二极管各16个，实现16路输出，从而控制16路电磁铁。
[0061]在本实例中，优选地小功率三极管选用2N5551，类型NPN，直流电流增益HFE最小值(dB): 80，直流电流增益HFE最大值(dB): 250，集电极一发射集最小雪崩电压Vcetj(V): 160，集电极最大电流I>ax) (mA):600，最小电流增益带宽乘积Ft (MHz): 100。该芯片可以满足驱动电磁铁动作，经适用性能稳定可靠。为保证电磁铁获得信号更加稳定可靠，每一路信号加上一个肖特基二极管，对电路进行保护，此处肖特基二极管选用SSl 10型号。
[0062]图13所示，本实用新型的JTAG调试模块电路原理图，详述如下:
[0063]本实用新型的JTAG调试模块电路。所述JTAG调试模块电路采用标准的20针接口，本实例中的JTAG是采用一种国际标准测试协议(IEEE1149.1兼容)，主要用于芯片内部测试。标准的JTAG接口是4线:TMS、TCK、TD1、TD0，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。JTAG编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程然后再装到板上，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进度。JTAG接口可对DSP芯片内部的所有部件进行编程。
[0064]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板,包括STM32处理器、供电模块、按键模块、显示模块、485通信模块、FLASH及SRAM模块、储纬控制模块、传感器模块、转向输入模块、转向输出模块、电磁铁输出模块和JTAG调式模块，其特征在于，各个所述模块分别与STM32处理器连接，所述STM32处理器驱动各个模块完成对电子多臂机的控制，其中供电模块、按键模块、传感器模块、转向输入模块作为单向输入端连接STM32处理器；显示模块、储纬控制模块、转向输出模块、电磁铁输出模块作为单向输出端连接STM32处理器；485通信模块、FLASH及SRAM模块、JTAG调式模块双向连接STM32处理器。
2.根据权利要求1所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述供电模块是采用分级转换方式，将外部的直流电源电压分级转换成24V、5V、3.3V进行供电。
3.根据权利要求1所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述按键模块是包括第I按键、第II按键、第III按键、第IV按键、上位电阻，各个所述按键是处于并联且共同连接所述上位电阻，当第一次按第I按键，显示模块显示I和电磁铁输出模块复位，第二次按第I按键，所述显示模块显示最大循环纬数；当第II按键每按一次，所述显示模块显示的纬数加I;当第III按键每按一次，所述显示模块显示的纬数减I;当第IV按键被按下时，所述显示模块显示本系统版本号。
4.根据权利要求3所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述显示模块由RC电路、驱动芯片与4位数码管组成，STM32处理器向连结的RC电路发送控制信号，RC电路根据所述控制信号发送控制指令至数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片根据控制指令驱动4位数码管显示。
5.根据权利要求1所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述485通信模块包含RS-485收发器，STM32处理器与RS-485收发器相连，所述STM32处理器向RS-485收发器发送或者接收其信号，所述RS-485收发器与外界的手持终端相连，所述RS-485收发 器根据接收的信号在STM32处理器与手持终端进行通信收发。
6.根据权利要求1所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述FLASH及SRAM模块包括外部FLASH与外部SRAM，所述外部SRAM与STM32处理器相连，并在所述外部SRAM存入或读取信息，所述外部FLASH与STM32处理器相连，在所述外部FLASH读取信息。
7.根据权利要求1所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述储纬控制模块通过光耦隔离电路与STM32处理器相连，同时使STM32处理器8路信号输出；传感器模块与转向输入模块通过光耦隔离电路连接STM32处理器，所述传感器模块与所述转向输入模块作为输入端向STM32处理器发送信号。
8.根据权利要求7所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述光耦隔离电路包括至少一个电阻、至少一个光耦芯片、至少一个LED灯，所述电阻、光耦芯片与LED灯是串联连接。
9.根据权利要求1所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述转向输出模块由3个继电器构成,转向输出模块通过并联与STM32处理器相连,使所述转向输出模块通过继电器正反互锁。
10.根据权利要求1所述一种基于STM32应用于电子多臂机的主控板，其特征在于，所述电磁铁输出模块由小功率三极管与肖特基二极管构成，其中所述小功率三极管与所述肖特基二极管是并联 连接，所述STM32处理器通过光耦隔离电路串联到小功率三极管。
【文档编号】G05B19/04GK203658758SQ201320844804
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】刘群信, 韩正海, 王威 申请人:江苏牛牌纺织机械有限公司