摘 要： 针对系统结构复杂，电器器件多，控制复杂，通过对圆头锁眼机的功能特征、系统结构、人机操作界面等问题的深入分析，开发了圆头锁眼机智能化控制系统。该控制系统综合应用ARM，DSP，FPGA等嵌入式技术，实现了对圆头锁眼机的高速、高精度运动控制。经现场应用结果表明，各项指标完全满足设计要求，得到了很好的实际应用。
关键词： ARM； DSP； FPGA； 圆头锁眼机控制系统
中图分类号： TN911.7?34； TP29 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0122?04
Designing and realization of control system for eyelet buttonhole sewing machine
WANG Zheng?wu， ZHU Ben?ming， LIU Bi?biao
（N0.58 Research Institute of China Ordnance Industries， Mianyang 621000， China）
Abstract： According to complexity of system structure， too many electrical devices needed to control， this paper an intelligent control system for the eyelet buttonhole sewing machine was designed by analyzing the function characteristics， system structure， man?machine interface of the machine. The high?speed and high?precision motion control of the eyelet buttonhole sewing machine was realized by means of integrated application of ARM， DSP， FPGA and other embedded technologies. Application results show that all the indexes of the control system meet the design requirements. It works well in the practical application.
Keywords： ARM； DSP； FPGA； control system of eyelet buttonhole sewing machine
0 引 言
圆头锁眼机，又名凤眼机，是夹克和西服等服装加工中的关键设备之一，被誉为缝纫机之王。它以复杂的组合运动匹配以复杂的机械组合而著称，其制造技术工艺相对复杂，工艺要求精密而细致。圆头锁眼机依靠机械控制各种动作，其内部机构交错重叠，操作比较复杂。
目前国内市场上常见的圆头锁眼机厂家主要有：德国杜克普、美国利是、日本重机等国外品牌产品，国内圆头锁眼机产品大多数为机械型，自动化程度和产品附加值不高，产品的核心技术——控制系统主要从国外购买，处处受制于人，竞争力不强。
近年来，随着电子技术和处理技术的发展，将嵌入式技术应用于圆头锁眼机控制系统，大大提高了缝制设备的自动化、智能化水平。
1 系统总体设计
1.1 工作原理
圆头锁眼机控制系统包含运动控制器、电机驱动器、人机界面等部分，圆头锁眼机如图1所示。
图1 圆头锁眼机
圆头锁眼机通过人机操作界面选择扣眼类型，设置参数，然后发送指令给运动控制器处理。运动控制器将接收的指令分析处理后，将指令进一步分解给主轴驱动器、步进驱动器、电磁阀、气阀等，并接收机械运动的电气输入量。
主轴驱动器驱动，步进驱动器驱动步进电机。主轴电机带动机针上下运动，主轴电机转一圈，机针上下一次，实现刺布缝纫；X轴、Y轴电机带动送料框左右、前后移动，进行定位；C轴电机带动机械旋转，实现弧线操作；通过主轴电机编码器的反馈信号确定允许送料区间，在允许送料区间X轴、Y轴电机才能运动，以此实现刺布与送料的同步；于此同时，零位开关将机械位置实时反馈给运动控制器。
1.2 系统总体结构
控制系统为开放式、模块化的软硬件结构，其核心是基于ARM、DSP、FPGA硬件架构和以WINCE为软件平台。DSP芯片作为控制处理器，主要完成各种运动控制算法；FPGA完成各种运动控制接口、系统开关量以及系统内部各种逻辑控制；ARM芯片通过RS 232协调、调度FPGA和DSP工作，共同构建智能化缝制设备控制系统的核心单元。系统结构图2所示。
图2 系统总体结构
2 系统硬件设计
控制系统硬件平台采用主从式双CPU结构。上位机以ARM9芯片S3C2440为核心的人机界面，主要包括ARM主板、触摸显示屏；下位机是以DSP，FPGA为核心的运动控制卡及以DSP为核心的交流伺服驱动器，主要具有运动控制、步进电机驱动、主轴电机驱动等功能。上下位机之间通过RS 232通信方式交换数据和信息。
2.1 ARM主板
ARM主板以三星公司的ARM9芯片S3C2440为核心，工作频率为300 MHz，板载SDRAM内存设计为64 MB，工作频率为133 MHz，采用64 MB的NAND FLASH作为系统镜像及应用程序存储设备，包含板载FLASH，支持LCD屏，并具有USB、串口等总线接口。上位机主板结构框图如图3所示。
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