1 引 言
　　紡織機(jī)是紡織業(yè)中的主要生產(chǎn)設(shè)備，織物的花紋圖案是由織機(jī)的花紋控制裝置控制而實(shí)現(xiàn)的。我國現(xiàn)行織機(jī)相當(dāng)部分的花紋控制裝置是機(jī)械式的，如片梭織機(jī)，它采用機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)來控制花紋，在這種織機(jī)上開發(fā)新品種需設(shè)計(jì)制造一套相關(guān)的機(jī)械部件，開發(fā)時(shí)間長、成本高，影響了企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)能力。電子多臂機(jī)是一種新型電子花紋控制裝置，它不僅是現(xiàn)代織機(jī)*的控制部件，也是對(duì)傳統(tǒng)織機(jī)進(jìn)行技改的有效手段。電子多臂機(jī)由微機(jī)控制器控制，根據(jù)其內(nèi)存中的花紋數(shù)據(jù)定時(shí)、定向、按序輸出控制字，通過電磁鐵驅(qū)動(dòng)多臂機(jī)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)織物的花紋控制。在由電子多臂機(jī)控制的織機(jī)上開發(fā)新產(chǎn)品，只需通過鍵盤輸入該產(chǎn)品的花樣數(shù)據(jù)即可。
　　2 基本工作原理
　　控制器的工作原理是：多臂機(jī)在織機(jī)主軸的驅(qū)動(dòng)下，通過安裝其內(nèi)部的二個(gè)接近傳感器提供多臂機(jī)控制器輸入信號(hào)S1（電磁鐵吸放控制信號(hào)）和S2（多臂機(jī)正反轉(zhuǎn)方向信號(hào)），控制器根據(jù)S1來控制多臂機(jī)電磁鐵的吸放，通過S1、S2的相位判別確定織機(jī)轉(zhuǎn)向 ，依此循環(huán)輸出內(nèi)存中的花紋數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)電磁鐵，通過多臂機(jī)把提綜信息轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移量。視多臂機(jī)的不同，控制器zui多驅(qū)動(dòng)20路電磁鐵。
　　根據(jù)織機(jī)的工藝要求和新品開發(fā)需要，該電子多臂機(jī)控制器具備4大功能：
　?、倏刂乒δ?。這是控制器的基本功能，它是根據(jù)內(nèi)存中花紋數(shù)據(jù)信息，定時(shí)地連續(xù)輸出控制數(shù)據(jù)，控制多臂機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)織物花紋的控制。
　?、诰幊坦δ?。這是新產(chǎn)品開發(fā)對(duì)控制器的要求，它對(duì)提高企業(yè)的新品種開發(fā)能力意義重大。該功能實(shí)現(xiàn)輸入、編輯、修改花紋數(shù)據(jù)并送入內(nèi)存中。
　　③單步調(diào)試。調(diào)試設(shè)備和花紋時(shí)使用該功能。
　?、芑y傳輸功能。雖然控制器本身已具有編程功能，但考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場噪音大、環(huán)境繁雜，編程效率低，系統(tǒng)配置了對(duì)控制器通用的編程器，它可以單獨(dú)編程，然后通過花紋傳輸功能復(fù)制到控制器。
　　3 系統(tǒng)組成
　　控制器整個(gè)系統(tǒng)主要由6部分組成：微機(jī)主板、輸出功放板、顯示板、鍵盤、輸出監(jiān)視板、電源 target=_blank>開關(guān)電源。
　　由于系統(tǒng)軟件需近7KB的程序存儲(chǔ)器和較多的片內(nèi)RAM，單片機(jī)采用了功能強(qiáng)、功耗低、控制靈活、性能價(jià)格比高的AT89C52作為控制器核心，以適應(yīng)本系統(tǒng)硬件對(duì)CPU內(nèi)部資源的需求。選用了的鍵盤顯示接口芯片8279作為人機(jī)對(duì)話的接口，它能自動(dòng)對(duì)顯示器掃描、自動(dòng)識(shí)別鍵盤上按下的鍵值、自動(dòng)消除開關(guān)抖動(dòng)及多鍵同時(shí)按下保護(hù)，可以中斷方式接收鍵盤輸入，提高了CPU的工作效率。輸出接口芯片為8255，由于其輸出帶緩沖器，因此能直接驅(qū)動(dòng)光耦?；y數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是AT28C256EEPROM，它既有RAM在連機(jī)操作中可讀可改寫的特性，又有非易失性存儲(chǔ)器的掉電后能保存數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn) ，特別是它有完善的數(shù)據(jù)保護(hù)功能，在硬件方面有：內(nèi)部Vcc電壓檢測，當(dāng)Vcc低于3.8V時(shí)，便封鎖編程電路;寫禁止數(shù)據(jù)保護(hù)，只要滿足-CE=VIH或-OE=VIL或-WE=VIH3個(gè)條件中的任一個(gè)，就處于寫禁止;-WE濾波電路，能濾掉脈寬小于10ns的干擾脈沖;工作電源上延時(shí)，當(dāng)電壓到達(dá)3.8V時(shí)，自動(dòng)延時(shí)一段時(shí)間后，才允許寫操作。另外，它還有軟件數(shù)據(jù)保護(hù)功能，當(dāng)3個(gè)特定的字節(jié)寫入的單元后，芯片就處于寫禁止態(tài)。掉電保護(hù)RAM選擇CMOS的6116，在掉電時(shí)用來保存系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)的斷點(diǎn)，同時(shí)也是并行通信的數(shù)據(jù)緩沖器;為了能與編程器進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳送，配置了雙向并行通信接口。系統(tǒng)設(shè)置顯示器8位，前3位（狀態(tài)特征顯示器）顯示狀態(tài)、當(dāng)前花紋號(hào)或當(dāng)前緯數(shù)，后5位（數(shù)據(jù)顯示器）顯示1緯花紋數(shù)據(jù)?；y數(shù)據(jù)以十六進(jìn)制方式輸入，以緯為單位，一緯五位十六進(jìn)制數(shù)。控制器設(shè)置鍵如下：
　　啟動(dòng)鍵：在各功能等待狀態(tài)下，用來命令系統(tǒng)由等待態(tài)進(jìn)入執(zhí)行態(tài)。
　　停止鍵：在任何狀態(tài)下，都可用來結(jié)束現(xiàn)態(tài)返回到上電初始態(tài)。
　　功能切換：用來在各功能之間進(jìn)行切換，以選擇功能。
　　花樣切換：選擇當(dāng)前操作花樣。
　　顯示長度：顯示當(dāng)前花紋長度。
　　顯示切換：切換緯數(shù)/花樣號(hào)的顯示。
　　下一步：存當(dāng)前緯數(shù)據(jù)并顯示下一緯數(shù)據(jù)/單步輸出一緯數(shù)據(jù)。
　　上一步：顯示并修改上一緯數(shù)據(jù)。
　　刪除：刪除當(dāng)前緯數(shù)據(jù)/刪除已定義塊數(shù)據(jù)。
　　插入：當(dāng)前緯處插入一緯數(shù)據(jù)/當(dāng)前緯處插入一個(gè)已定義的數(shù)據(jù)塊。
　　塊定義：定義數(shù)據(jù)塊。
　　數(shù)字鍵：OH-OFH16個(gè)鍵用于十六進(jìn)制數(shù)輸入。
　　暫停鍵：用于臨時(shí)停車。
　　4 主要電路設(shè)計(jì)
　　1）信號(hào)輸入電路
　　系統(tǒng)輸入信號(hào)由在空間位置上存在相位差的兩個(gè)接近傳感器產(chǎn)生S1、S2信號(hào)，根據(jù)織機(jī)轉(zhuǎn)向，波形如圖4—1。S1信號(hào)產(chǎn)生兩個(gè)動(dòng)作，它的下降沿使電磁鐵吸合，上升沿釋放電磁鐵。S2是方向信號(hào)，在S1下降沿到來時(shí)，根據(jù)S2的電平高低可判別轉(zhuǎn)向。為保證電磁鐵動(dòng)作的實(shí)時(shí)性，用中斷方式來接收S1的下降和上升沿，方向信號(hào)在驅(qū)動(dòng)時(shí)查詢。為此，我們把單片機(jī)的T0、T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器用軟件擴(kuò)充為中斷源，分別由S1的下降和上升沿驅(qū)動(dòng)，S1、S2信號(hào)有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可直接接光耦，經(jīng)過光電耦合和波形整形送入單片機(jī)。
　　2）電源監(jiān)測電路
　　織機(jī)在工作時(shí)，如發(fā)生突然斷電，控制器必須有系統(tǒng)工作狀態(tài)的保護(hù)功能，在電源恢復(fù)后，系統(tǒng)能從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行，使織物花紋連續(xù)而不發(fā)生重疊或斷開現(xiàn)象。為此，系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)電源的監(jiān)視能力，電源監(jiān)測電路選用TL7705CP芯片，由于系統(tǒng)全采用CMOS芯片，臨界電壓調(diào)整為4.5V，TL7705CP的-RESET引腳接至單片機(jī)的-INTO端 ，-INTO為高優(yōu)先級(jí)中斷源，下沿觸發(fā)，一旦出現(xiàn)Vcc小于4.5V時(shí)，-RESET端即向CPU請(qǐng)求中斷，中斷程序完成相應(yīng)的斷點(diǎn)保護(hù)功能。
　　3）RAM掉電保護(hù)電路
　　要實(shí)現(xiàn)掉電時(shí)系統(tǒng)工作狀態(tài)保護(hù)，必須有掉電保護(hù)RAM的存在，這些存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)在電源掉電時(shí)不丟失，重新加電時(shí)能夠保存完好。掉電保護(hù)電路如圖4—3所示。其中，R2、C1的作用是保證在掉電后電源切換時(shí)，使RAM的片選信號(hào)-CE保持高電平，以保護(hù)片內(nèi)數(shù)據(jù)完好，為提高掉電保護(hù)電路的可靠性，R2的阻值可取50K-100K，C1的值視CPU對(duì)RAM的讀寫速度，在保護(hù)可靠讀寫的前提下，應(yīng)取zui小值，以更好地隔離因地址信號(hào)-CS的電平下跌對(duì)片選信號(hào)-CE的影響。備用電源采用鎳鎘充電電池，D1用來切斷掉電時(shí)備用電源和其它芯片的通路，同時(shí)，它和D2、R1一起構(gòu)成電池的充電回路 ，由于D1、D2正向壓降的存在，電池的zui高充電電壓被限制在3.8V左右，不會(huì)對(duì)電池過充電，R1為限流電阻。D3一方面是備用電源的供電通路，另外又可降低供電電壓，減小了掉電時(shí)的維持電流。
　　4）輸出驅(qū)動(dòng)電路
　　電磁鐵的輸出控制信號(hào)由接口芯片8255的A、B、C3個(gè)并口輸出，由于8255的接口帶緩沖器，輸出信號(hào)可直接驅(qū)動(dòng)光電隔離器TIL113，經(jīng)隔離器后再驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管TIP122，TIP122的zui大輸出功率可達(dá)65 W，足以驅(qū)動(dòng)電磁鐵。
　　5）電磁鐵檢測電路
　　織物的花紋zui終是由電磁鐵的吸放來控制的，一旦電磁鐵出現(xiàn)故障就會(huì)造成織物的次品，電磁鐵檢測電路能在線定時(shí)檢測電磁鐵，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)停車并顯示。具體電磁鐵檢測電路如圖4—4所示。8255的PC7提供檢測驅(qū)動(dòng)信號(hào)，單片機(jī)的P1.1檢測結(jié)果 ，驅(qū)動(dòng)和檢測均采用光電隔離，每一路電磁鐵的檢測元件也選用了光電耦合器件。為了提高檢測速度，簡化硬件電路，20路電磁鐵用達(dá)林頓管集中驅(qū)動(dòng)20個(gè)檢測光耦，每個(gè)發(fā)光二極管經(jīng)電磁鐵線圈和電阻R限流后獲得15mA的驅(qū)動(dòng)電流，電磁鐵線圈的吸合電流為330mA，所以驅(qū)動(dòng)光耦不會(huì)使電磁鐵吸合。然后，把20個(gè)光耦的輸出串聯(lián)去驅(qū)動(dòng)檢測光耦，只要任一電磁鐵出現(xiàn)供電故障，就可在P1.1端檢測出高電平。
　　5 軟件設(shè)計(jì)
　　軟件用模塊化設(shè)計(jì)，主要模塊包括監(jiān)控模塊、控制模塊、編輯模塊、通信模塊、功能切換模塊、花樣切換模塊、啟動(dòng)模塊、停止模塊等。
　　監(jiān)控模塊：用狀態(tài)轉(zhuǎn)移法設(shè)計(jì)，確定系統(tǒng)的狀態(tài)有：待運(yùn)行態(tài)、暫停態(tài)、運(yùn)行態(tài) 、待編輯態(tài)、編輯態(tài)、待調(diào)試態(tài)、調(diào)試態(tài)、待傳輸態(tài)、傳輸態(tài)。然后，對(duì)其按順序進(jìn)行編碼，對(duì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行分析，確定每一狀態(tài)下各有效鍵符的子集合，根據(jù)各有效鍵符應(yīng)執(zhí)行的功能模塊和轉(zhuǎn)移后的次態(tài)，得到有效元素，每個(gè)元素有鍵碼、次態(tài)、子程序號(hào)組成，用有效元素替代子集合中的鍵符，按狀態(tài)順序集合各子集，子程序的地址在地址表中按子程序號(hào)順序存放，每個(gè)子集的zui后放一個(gè)空元素OFFH，用以過濾無效鍵。把各子集的首地址按狀態(tài)順序組成一地址表，這樣系統(tǒng)得到3張表：各子集首地址表、所有有效元素表、各子程序地址表，監(jiān)控程序的任務(wù)是在按鍵的驅(qū)動(dòng)下，按序查找各表，在鍵有效的情況下，把現(xiàn)態(tài)作為多入口子程序的入口，元素的次態(tài)作為現(xiàn)態(tài)，之后轉(zhuǎn)入子程序。
　　該模塊執(zhí)行對(duì)系統(tǒng)資源的自檢，單片機(jī)自身狀態(tài)的設(shè)定，各接口芯片的初始化編程，系統(tǒng)狀態(tài)和工作參數(shù)的設(shè)定等，根據(jù)按鍵控制程序的執(zhí)行流向。
　　控制模塊：本模塊執(zhí)行電磁鐵的吸放功能。在輸入信號(hào)S1的下降沿驅(qū)動(dòng)下檢測電磁鐵，檢查花紋數(shù)據(jù)指針范圍，辨別織機(jī)方向，根據(jù)當(dāng)前指針輸出一緯數(shù)據(jù)（即吸合），并修改指針。在S1的上升沿關(guān)電磁鐵（即釋放）。
　　編輯模塊：該模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)新、老花紋數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、編輯、修改、存儲(chǔ)、上下瀏覽等操作，可按緯數(shù)快速定位需編輯修改的內(nèi)容，有緯的插入、刪除，在對(duì)塊定義后，還可進(jìn)行塊的插入、刪除。
　　通信模塊：系統(tǒng)處從機(jī)地位，通信程序根據(jù)主機(jī)（編程器）發(fā)送的命令，可進(jìn)行花紋數(shù)據(jù)的雙向傳送。
　　功能切換模塊：系統(tǒng)有控制、編輯、通信、調(diào)試4大功能，該模塊可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的選擇。
　　花樣切換模塊：本模塊用來選擇當(dāng)前操作的花紋號(hào)。
　　啟動(dòng)模塊：該模塊是一個(gè)多入口的子程序，根據(jù)所選功能執(zhí)行相應(yīng)的操作。
　　停止模塊：該模塊是一個(gè)多入口的子程序，它根據(jù)當(dāng)前所處狀態(tài)和執(zhí)行的功能.完成停止時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理過程，統(tǒng)一退到上電復(fù)位狀態(tài)。
　　6 結(jié)束語
　　本控制器功能完善、結(jié)構(gòu)合理、可靠性高、使用方便，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該控制器工作穩(wěn)定、性能可靠、數(shù)據(jù)安全性好，達(dá)到了產(chǎn)品化的設(shè)計(jì)要求。