全成型电脑横机控制系统硬件设计与开发

摘要

电脑横机是针织行业中集计算机技术、自动化技术及针织工艺于一体的高性能机械设备，主要用于编织中高档羊毛衫。其中，全成型电脑横机是一种具有织可穿功能的高档电脑横机，可以一次性编织完成整件衣物，方便地实现真正的无缝编织，可以赋予织物对应身体部位不同的功能特点，更符合人的生理特性，这样的服装穿着更加舒适，是电脑横机领域发展的必然趋势。然而，全成型电脑横机技术复杂，对机械结构和控制系统都有非常高的要求。与国外相比，国内的全成型技术几乎是空白，难以研发出高性能的全成型电脑横机，也就难以满足消费者对高质量、高舒适度针织产品的需求。因此，对全成型电脑横机技术的发展迫在眉睫。
　　本文在充分的研究了电脑横机的国内外现状和国外全成型电脑横机技术及相关专利之后，针对国产电脑横机的不足和国内发展全成型技术的难点，结合本人所在课题组设计的全成型电脑横机的机械结构及控制要求，提出了全成型电脑横机控制系统硬件方案，即采用分层控制系统，将控制系统分为主控制系统和机头控制系统等子控制系统。主控制系统对花型文件进行解析后，通过主控制系统上的FPGA和子控制层上FPGA间的并行总线发送控制指令信息包，再通过CAN总线实现协调控制。同时，设计了主控制系统的详细硬件电路，即主控制系统采用Cortex-M4系列处理器STM32F407IGT6为主控芯片，以Cyclone IV系列FPGA芯片EP4CE10F17CE8N作为辅助芯片，完成系统移植，实现人机交互、任务管理、控制命令发送以及使用CAN总线对各子控制系统进行协调控制，同时配置了Ethernet接口，用于横机管理，配置了EtherCat接口用于横机辅助装置的扩展。
　　本设计主控制系统硬件电路已经过调试验证，初步满足全成型电脑横机主控制板所需的基本功能，对全成型电脑横机的进一步研发奠定了基础。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 全成型电脑横机的国内外发展状况

1.3 本课题的主要研究内容与关键技术

2 全成型电脑横机

2.1 全成型电脑横机结构

2.2 全成型电脑横机各组成单元工作原理

2.3 全成型电脑横机工作流程

2.4本章小结

3 全成型电脑横机控制方案设计

3.1 执行机构及传感器统计

3.2 电机驱动电路的选择与设计

3.3 电磁铁驱动电路设计

3.4 传感器信号处理电路设计

3.5 全成型电脑横机控制系统方案设计

3.6 本章小结

4 全成型电脑横机主控制系统的硬件电路设计

4.1 全成型电脑横机主控制系统硬件电路设计

4.2 全成型电脑横机主控系统硬件电路PCB设计与制作

4.3 本章小结

5 全成型电脑横机主控制系统主要功能调试

5.1 搭建硬件调试平台

5.2 主控制系统调试

5.3 本章小结

6总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢