绣花机电控系统电机协调控制及主从机通讯研究

论文摘要

结合CS-2215的特点和电脑绣花机的功能需求，基于“CS-2215＋Qt／Embedded”的控制系统平台，本文详细设计了绣花机电控系统中主轴电机与绣框电机之间的协调控制和基于RS422串口的上下位机之间的多机通讯。控制软件主要利用CS-2215开发板的控制核心——S3C2410A自带的三个硬件定时器实现主轴与绣框之间的协调动作。介绍了硬件定时器驱动程序的编写思路及其具体实现方法。研究了测量主轴电机速度的几种方法以及检测主轴位置的原理；介绍了步进电机在绣花机电控系统中的应用及其速度控制方法；设计了步进电机升降速曲线以及手动移框的实现算法。研究了电控系统软件设计中使用的键盘管理机制，目前已经可以实现对按键事件的检测并给与及时的响应处理，但是该机制还有待于进一步改进。最后对系统研究和开发调试过程中遇到的问题进行归纳总结，并展望了电脑绣花机控制器下一步发展和研究的重点。目前，本电控系统已经通过了现场的联合调试，实现了基本功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电脑绣花机的发展与研究现状
• 1.2.1 绣花机的分类
• 1.2.2 绣花机的发展与研究现状
• 1.3 本课题的背景和意义
• 1.4 主要研究内容
• 2 控制系统介绍
• 2.1 科思CS-2215产品介绍
• 2.1.1 本设计使用到主板的相关性能与特点
• 2.1.2 相关技术参数与规格
• 2.2 开机上电前的准备工作
• 2.3 电脑绣花机控制器设计思想
• 2.3.1 绣花机功能介绍
• 2.3.2 电脑绣花机的工作原理
• 2.3.3 本控制系统的软件体系结构
• 3 主轴电机动作的研究
• 3.1 几种主轴电机性能介绍
• 3.1.1 滑差电机
• 3.1.2 交流变频电机
• 3.1.3 交流伺服电机
• 3.2 主轴电机动作原理
• 3.2.1 主轴电机的工作原理
• 3.2.2 主轴电机的起动与停车
• 3.3 电脑绣花机中的光电编码器
• 3.3.1 光电编码器
• 3.3.2 增量型旋转编码器技术特性简介
• 3.4 主轴电机速度和位置的测量研究
• 3.4.1 通过测量光电编码器的输出脉冲数来计算主轴速度
• 3.4.2 硬件定时器测量主轴电机速度
• 3.4.3 光电编码器测量主轴的位置
• 4 绣框电机动作的研究
• 4.1 电脑绣花机移框部分的工作原理
• 4.2 绣框电机的控制特点
• 4.2.1 绣框电机的介绍
• 4.2.2 步进电机输入信号的时序
• 4.3 绣框电机升降速的研究
• 4.3.1 速度控制的必要性
• 4.3.2 步进电机的升降速曲线
• 4.3.3 绣框电机升降速的软件实现
• 4.4 电脑绣花机手动移框的软件实现
• 4.4.1 最初的手动移框软件实现
• 4.4.2 手动移框的改进算法
• 5 主轴电机与绣框电机协调控制
• 5.1 硬件定时器设备驱动程序
• 5.1.1 设备驱动程序简介
• 5.1.2 硬件定时器设备驱动程序主要内容
• 5.2 Qt类实现的两种软件定时方法
• 5.3 电控系统中的电机协调控制
• 5.3.1 技术指标及功能需求简介
• 5.3.2 刺绣过程的语言描述
• 5.3.3 主轴电机和绣框电机的协调控制
• 6 绣花机电控系统上位机与下位机之间的通信
• 6.1 串行通信方式的比较与选择
• 6.1.1 RS232串行通信简介
• 6.1.2 RS422串行通信简介
• 6.1.3 RS485串行通信简介
• 6.1.4 选择RS422串行通信
• 6.1.5 多机通讯的原理介绍
• 6.2 绣花机电控系统中的通信协议
• 6.2.1 通讯协议介绍
• 6.2.2 通讯协议在系统中的应用
• 6.3 电控系统串口通信控制软件
• 6.3.1 读取串口数据的几种I/O模型
• 6.3.2 Linux环境下的串口通信
• 6.3.3 基于 Qt软件的串口通讯
• 6.3.4 用线程实现串口通讯
• 7 绣花机电控系统的键盘管理
• 7.1 Linux环境下的按键检测机制
• 7.1.1 Linux按键检测原理
• 7.1.2 基于 Qt的按键检测
• 7.2 绣花机电控系统中的按键管理
• 7.2.1 刺绣准备模式下的按键
• 7.2.2 刺绣确认模式下的按键
• 7.2.3 刺绣运行模式下的按键
• 7.2.4 拟设计的按键布局及定义
• 8 系统控制软件改进及总结
• 8.1 设计中发现的问题及拟解决措施
• 8.1.1 步进电机升降速曲线
• 8.1.2 串口通信协议
• 8.1.3 矩阵键盘管理
• 8.2 结论及展望
• 8.2.1 总结
• 8.2.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献