摘要
簇绒机控制系统对提高簇绒地毯生产效率、对簇绒地毯生产商迅速改变地毯风格等有着至关重要的作用。受浙江乐清某公司委托，根据其提出的簇绒机总体方案，设计了簇绒机控制系统，重点研究了簇绒机控制系统上位机嵌入式系统关键技术。
论文首先综述了簇绒机控制系统国内外研究现状、分析了嵌入式技术的优势，提出了基于嵌入式技术的簇绒机控制系统上位机方案，分析了簇绒机控制系统上位机嵌入式系统的关键技术。
接着，论文研究簇绒机簇绒原理，根据簇绒原理，确定簇绒机控制系统总体结构。提出簇绒机控制系统上位机硬件总体设计方案，并详细介绍嵌入式CPU Au1100，根据功能模块化分，结合上位机硬件结构，构建上位机的软件系统模型。结合现场调研，分析簇绒机控制系统功能需求。
然后，论文研究簇绒机控制系统上位机嵌入式系统的关键技术。通过嵌入式软件开发流程，研究如何构建嵌入式开发环境；分析嵌入式GUI实现方案，在研究现有典型嵌入式GUI系统的基础上，提出移植和开发基于Microwindows的嵌入式GUI系统；通过深入研究簇绒机控制系统通信特点、Linux下串口通信，设计簇绒机控制系统上位机和下位机之间通信协议；在研究簇绒机工作原理基础上，设计地毯图案数据处理算法。
最后，根据簇绒机上位机嵌入式系统关键技术的研究成果，构建嵌入式Linux 操作系统平台；移植开发基于Microwindows的嵌入式GUI系统；根据簇绒机控制系统协议及图片数据处理算法应用C语言开发相应的程序；给出了该簇绒机控制系统在现场应用的实例。
关键词：簇绒机控制系统，上位机，嵌入式，图形用户界面(GUI)
I
ABSTRACT
Tufting Machine Control System（TMCS）plays an important function in improvement of the efficiency of carpet production and the speed of transforming carpet style.With the commission of a corporation located in Yueqing,Zhejiang province, according to the Tufting Machine(TM)blue print they priding,a TMCS is designed. Based on the research of the project,the key technologies of embedded system in Upper Computer for Tufting Machine Control System(UCTC)are mainly studied in this paper.
Firstly,status quo of TMCS and embedded technologies are analyzed.After that, the TMCS blue print based on embedded technologies is presented,and the status quo of key technologies to build the UCTC is analyzed.
Secondly,after researching the principle of tufting,the architecture of the whole TMCS is designed.Then the architecture of UCTC hardware is presented,and embedded CPU Au1100is detailed.According to function partition,the function model of the system software is established based on the hardware architecture of the Upper Computer.Function demand of TMCS is finally analyzed based on the research at workshop.
Thirdly,key technologies of embedded system in UCTC are researched.First,how to build the cross-development environment and software porting is introduced. Second,how to build embedded GUI system on the base of Microwindows is presented after the analysis of solutions and typical embedded GUI systems.Third, through researching the characteristics of communication between upper computer and lower computer and serial communication under Linux,the communication protocol in TMCS is designed.At last,arithmetic of picture process is designed based on the research of the principle of tufting.
Finally,according to the research of the key technologies of embedded system in UCTC,the cross-development environment and embedded GUI are built,the code corresponding to the protocol and the arithmetic is programmed by means of C language.At the end a case of the TMCS used at workshop is presented.
Keywords:Tufting Machine Control System(TMCS),Upper Computer(UC), Embedded,Graphical User Interfaces(GUI)
1绪论
1.1课题来源
本课题是受乐清市五龙实业有限公司的委托，结合重庆市科技攻关项目“网络化制造系统中多功能信息交互终端及系统开发”和国家863课题“网状中心城市型区域网络化专业平台开发与典型应用”等项目，根据现场调研结果拟定。
1.2课题的提出及意义
簇绒地毯在美国实现商业化生产是在20世纪40年代，在我国真正实现规模化生产是在20世纪80年代初才开始，国外的地毯份额大部分来源于家用，几乎每个家庭和客厅都铺设了地毯。而我国大部分的份额落在商用上。随着我国改革开放的深入和人民生活水平的不断提高，人们对居住条件和环境的要求越来越高，地毯作为室内铺装的重要组成部分，逐渐走进人们的生活。地毯的广阔前景是勿庸置疑的[1]。同时，人们对地毯的花品种也提出了更多的要求。这使得地毯生产的灵活性变得重要起来。地毯生产商想制造出不同风格、不同品质的地毯，并且想迅速改变品种[2]。这种趋势对织机的技术提出了新的要求，对织机的控制系统技术改进是织机技术改进的主要方向之一。
簇绒机是地毯编织机的一种，因此，本文研究的簇绒机控制系统具有重要的经济价值。
现有的簇绒机控制系统多是采用PC机或工控机作为上位机，如蔡春伟[3]所研究的簇绒机电脑控制系统采用工控机作为上位机，Tuftco公司的控制系统使用专用的工业PC[6]。在许多场所，特别是在工厂车间环境中采用PC机或工控机作为上位机，存在投资大、功能冗余、操作困难、抗干扰能力差等问题。而嵌入式系统具有可靠性高、成本低、功耗小以及功能可定制等优点。研究一种嵌入式上位机，实现图片数据存储管理、数据格式转换、以及图片的显示等功能，能够提升机器设备的技术水平，提高簇绒地毯的生产效率，对簇绒企业有现实的经济意义，可以增强企业市场竞争力。
1.3国内外研究现状
1.3.1簇绒机控制系统现状[1]
目前生产族绒机的公司主要有英国的Cobble公司、美国Tuftco公司和CMC 公司、日本的山口产业株式会社等。在控制系统方面，各个公司采用不同的控制系统。
1)Cobble公司
Cobble公司采用比利时TECOS公司的MIRA[4]软件，MIRA基于Windows/NT，能够设计很多织物，如室内装潢、床单被套、商标、地毯等等。该设计系统是为交错技术、滑动针床、割／圈提花、FRS喂纱、
平割平圈、HI-FI、单针控制、COLORTEC 等附件的专门的地毯设计系统。该系统能够按客户的要求进行设计。它集成了织机网络包（Jacquard networking package）和产品管理系统（SYCOTEX）。
织机网络包（Jacquard networking package）模块是对SYCOTEX产品管理系统（Production Management System）功能的扩展，除了分发编织图案外，此模块还连接公司CAD系统。新设计的图案保存在服务器上的主文件（master file）中，当要把图案发送给指定的编织机时，此软件转换主文件（master file），使它适合织机头（Jacquard Head）型号、织布的边的型号和位置、织物/填充物（weft/filling）选择器位置以及其他织机型号相关的因素。此转换由SYCOTEX 计划模块触发。这种方法简化了CAD部门的程序，节省了服务器磁盘空间，使得备份变得容易且速度快。此外，可以避免错误、等待编织图案时间被大大减少。
关于图案格式的转换，不同的织机控制器及织机要求不同格式的图案。在CAD 系统中手动转换，以及跟踪这些图案在纺织厂产生了很多费用。织机模块（Jacquard module）提供转换模块解决这一问题，此软件模块把主文件（master file）从CAD系统转换成每个织机需要的格式文件。此软件模块包含两个部分：资料库（data base section）、背景模块。在资料库中，保存有每个织机的技术参数，如织物边位置、编织方法等等。背景模块根据资料库中的指定织机的技术信息转换主文件（master file）成适当的格式文件。背景模块对用户是透明的，用户只是分发主文件（master file）到目标织机。
现场每台织机的控制器都连接工业以太网。画好的CAD图片通过工业通过以太网传送给每台织机。
2）Tuftco公司
在2001年Tuftco公司定购了5套E&SD开发的簇绒控制系统，该系统能减少用纱浪费，增加花型[5]。
Tuftco公司采用的地毯图案设计及控制软件基于Wndows95，能够设计、存贮图案，编排针床上纱线排列、即时设计和修改针床移动图案，模拟带有纱线的地毯图案，能够设计喂纱辊速度、喂布辊速度、底基布张力、针床移动轨迹等。喂纱、喂布均采用伺服马达控制系统，在计算机操界面上可模拟设计出的地毯式样，并计算各种参数等。
Tuftco公司的控制系统使用专用的工业PC，在PC控制站（PC Control Station）用CD ROM对系统进行升级[6]。
3）CMC公司
CMC公司的软件采用荷兰耐德格拉菲克公司的设计软件。该公司的簇绒机配备一台计算机，其中带有CMC专利的指令控制器。荷兰耐德格拉菲克公司的设计软件是专门的纺织设计软件，可用干纺织物、威尔顿地毯、簇绒地毯等的图案设计，为世界广泛采用，CMC公司采用该公司的软件，增加了其簇绒机的竟争力。
4）日本山口产业株式会社
日本山口产业株式会社采用纺织品设计系统（Textile Design System）“Hi-Tex CyberPaint”，它是由日本VIVI（Veritec Iconix Ventures Inc.）开发的。该软件是基干Windows98/95的软件，它有二维矩阵编码、纺织品图案查看功能；同时能监控纺机状态[7]。
上面这些企业的簇绒机控制系统，多采用工控机作为上位机，控制软件集成于企业资源管理软件中，需要采用特制的地毯图案设计软件，要求现场可以上网，实现麻烦，而且系统价格非常昂贵，这些对于我国的中小簇绒企业，投资成本太大，也没有必要，不适合我国的中小簇绒企业。
目前，国内有些簇绒企业也对现有簇绒机进行了部分改造。如，我们合作的厂方利用PC104主板对一台簇绒机的控制系统进行了改装。其的处理流程是：
上位机软件开发培训
1)通过PC上的图案设计软件设计好要加工的图案；
2）使用磁盘把图案拷贝到现场，通过控制系统带有的软驱读出图案；
3）PC104系统对图案进行处理，并把它转换为加工控制信息。
该系统的主要缺点是：没有图案显示和图案数据存储功能，而且簇绒机参数设置及维修时操作都不方便。
1.3.2嵌入式技术现状
随着信息技术的发展和数字化产品的普及，Internet得到广泛深入的应用。从消费电器到工业设备，从民用产品到军用器材，嵌入式系统被应用到网络、手持通讯设备、国防军事、消费电子和自动化等各个领域。嵌入式系统的广泛应用前景和发展潜力使其成为21世纪的应用热点之一。
嵌入式系统是计算机软件与硬件的综合体，它是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。
自从20世纪七八十年代嵌入式微处理器应用于工业控制等领域，工业、医疗卫生和国防等各部门对智能控制需求的不断增长，对嵌入式微处理器的运算速度、可扩充性、系统可靠性、功耗和集成度等方面提出了更高的要求。嵌入式微处理器体系结构经历了一个从CISC到RISC，从4位、8位、16位、32位到64位，寻址空间从64KB到16MB甚至更大，处理速度从0.1MIPS到2000MIPS，常用封装从

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。