【導讀】電子送經(jīng)卷曲系統(tǒng)是紡織工藝流程中一個非常重要的環(huán)節(jié)。本文詳述了一款基于CAN總線級ARM7的紡織機送經(jīng)和卷曲系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了系統(tǒng)總線的網(wǎng)絡節(jié)點的設計，有效的解決了紡織機的電子送經(jīng)和卷曲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸問題。
針對紡織機電子送經(jīng)和卷取系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率低等問題，設計了一套基于CAN總線的送經(jīng)和卷取的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以CAN總線為通信方式，利用ARM主控制器，設計了電子送經(jīng)和卷取系統(tǒng)的CAN總線通信硬件電路和相關軟件，實現(xiàn)了主控結點與卷取驅動器和送經(jīng)驅動器的高效通信，結果表明了該方法的有效性和可靠性。
電子送經(jīng)卷取系統(tǒng)是紡織工藝流程的一個重要環(huán)節(jié)，其控制性能的優(yōu)劣直接影響著工藝過程及織機的效率。然而，通信又是該系統(tǒng)的關鍵技術，使得電子送經(jīng)卷取系統(tǒng)通信的設計受到國內外紡織公司(德國的百格拉，意大利的舒美特等公司)的高度重視，提出了多種設計方案。然而，中國用戶仍然面臨著劍桿織機送經(jīng)和卷取系統(tǒng)的價格昂貴、操作復雜，數(shù)據(jù)傳輸效率低等問題。
CAN(控制器局域網(wǎng))總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡，與其它通訊相比，其數(shù)據(jù)通信具有突出的靈活性和可靠性。ARM控制器可以滿足一般的工業(yè)控制的需要，其具有減少系統(tǒng)硬件設計的復雜度和性價比高等優(yōu)點而得到廣泛應用。因此，針對國內電子送經(jīng)卷取系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率低和國外系統(tǒng)價格昂貴問題，本文采用ARM公司的ARM7一UPC2194和Philips公司的PCA82C250為核心器件，研制開發(fā)了一種基于ARM芯片作為主控制器，CAN總線為通信方式的嵌入式電子送經(jīng)卷取系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有響應速度快、傳輸效率高等優(yōu)點。
1 送經(jīng)卷取系統(tǒng)的總體設計
根據(jù)技術及經(jīng)濟需求，本設計選取ARM7-LPC2194為主控制器，作為CAN網(wǎng)絡節(jié)點控制器，(其中LPC2194內部集成有四路CAN控制器而不必外接CAN控制器)，應用CAN總線技術和接口電路，實現(xiàn)了節(jié)點間的高效數(shù)據(jù)交換和傳輸。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體框圖
2 系統(tǒng)的硬件設計
2.1 系統(tǒng)CAN總線的實現(xiàn)
送經(jīng)卷取系統(tǒng)主要由內部集成有四路CAN控制器的ARM7-LPC2194芯片、光電隔離器TLP2631、CAN收發(fā)器PCA82C250及送經(jīng)卷取驅動器等元件組成，其結構如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)的硬件電路圖
本設計分別將協(xié)議控制器通過串行數(shù)據(jù)輸出線TX和串行數(shù)據(jù)輸入線RX連接到光電隔離器TLP2631的3管腳和7管腳，實現(xiàn)了光電隔離。利用CAN收發(fā)器。PCA82C250將從光電隔離器TLP2631輸出的差動的總線信號轉換成邏輯信號電平并在RxD輸出，接收到的串行數(shù)據(jù)通過與總線電纜相連的差動發(fā)送和接收總線終端CANH和CANL將數(shù)據(jù)送到總線協(xié)議控制器譯碼，完成了普通電平到顯、隱性電平的傳輸。CAN總線獲取顯、隱性電平后，再經(jīng)過PCA82C250和光電耦合器TLP2631將數(shù)據(jù)傳輸給送經(jīng)驅動器、卷取驅動器的CAN接收端口，從而實現(xiàn)了基于CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸。2.2 系統(tǒng)抗干擾的設計
信號數(shù)據(jù)傳輸過程中，存在著擾動，為此本設計采取以下措施來克服干擾的影響：
1)為了滿足光電隔離的要求，本設計在協(xié)議控制器和CAN收發(fā)器之間加入了TLP2631光電隔離器，有效地抑制了傳輸線中由于耦合電容、電感造成的干擾，實現(xiàn)了不同電平的轉換。
2)為了匹配數(shù)據(jù)總線的阻抗和提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力，在CAN總線終端的兩端加有兩個120 Ω總線阻抗匹配電阻。若不接這兩個電阻，有時甚至無法通信。采用屏蔽雙絞線以減少現(xiàn)場環(huán)境對結點的干擾。
3 系統(tǒng)的軟件設計
送經(jīng)卷取系統(tǒng)的軟件設計是實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效通信的關鍵，本文的軟件部分主要由數(shù)據(jù)采集程序和CAN總線通信程序設計兩部分組成。其中數(shù)據(jù)采集程序可參考文獻，本文重點論述CAN通訊程序的設計。
3.1 開發(fā)環(huán)境
軟件開發(fā)環(huán)境，選用ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境，ADS是ARM微控制器集成開發(fā)工具。ADS1.2支持ARM10之前所有ARM系列，支持軟件調試及JTAG硬件仿真調試，支持匯編語言、C/C++源程序;具有編譯效率高、系統(tǒng)庫功能強等特點;可以在WINDOWS 98、WINDOWS XP、WINDOWS 2000上運行。
3.2 CAN總線通信主程序的設計
本程序采用模塊化結構，來實現(xiàn)各結點間的通信。程序首先對CAN控制器函數(shù)初始化，其次檢測是否有接收幀和數(shù)據(jù)異常，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。從而完成ARM芯片啟動代碼的編碼，其結構如圖3所示。然后，主程序通過調用CAN啟動驅動程序提供的接口，便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸。
圖3 通信主程序流程圖
3.3 CAN控制器函數(shù)初始化
CAN控制器初始化，主要是完成總線的參數(shù)設置，其主要包括硬件使能、寄存器復位、波特率及驗收濾波器的工作方式等設置，其結構如圖4所示。
圖4 初始化子程序流程圖
硬件使能是通過寄存器來控制多路開關并使其與CAN控制器連接，因為CAN的某些寄存器必須在軟復位狀態(tài)下讀寫，所以一定要進行軟件復位。3.4 數(shù)據(jù)接收子程序
接收數(shù)據(jù)可采用查詢方式或中斷方式，本文采用數(shù)據(jù)查詢方式，完成子程序的設計，利用旁路濾波器，通過查詢接收數(shù)據(jù)存儲空間，判斷是否接收信息寄存器、標識符寄存器、數(shù)據(jù)寄存器的RX幀。由于接收緩沖區(qū)的容量不大，所以接收緩沖區(qū)接收幀，必須立即進入環(huán)形接收緩沖區(qū)，然后再對環(huán)形接收緩沖區(qū)里的信息進行分類處理。
3.5 發(fā)送子程序
總線將采集到的數(shù)據(jù)(Tx幀信息寄存器、Tx標識符寄存器、Tx數(shù)據(jù)寄存器A、Tx數(shù)據(jù)寄存器B)經(jīng)過打包成符合發(fā)送幀格式的數(shù)據(jù)后，通過調用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。程序首先檢查LPC2194的3個發(fā)送緩沖區(qū)和總線的空閑空間，通過查詢CANSR的TCS位，將幀傳到總線，結構如圖5所示。
圖5 發(fā)送CAN子程序路程圖
結語本文設計了一種基于ARM7的紡織機送經(jīng)和卷取系統(tǒng)，利用性價比高的主控器ARM7-LPC2194、CAN接收器PCA82C250和光電耦合器TLP2631，實現(xiàn)了送經(jīng)卷取系統(tǒng)總線的網(wǎng)絡節(jié)點設計，較好地解決了紡織機的電子送經(jīng)和卷曲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸問題，該系統(tǒng)自動化程度，具有高效的通信率和抗干擾能力。
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