剑杆织机嵌入式控制系统（硬件）研究与开发

论文摘要

剑杆织机是目前纺织行业应用较为广泛的一种织机,其朝着高织造速度、操作简单、界面人性化和模块化的方向发展。目前国外先进织机的工作速度已达到650r/min以上,整个系统在CAN总线的基础上进行模块化设计,主控系统以32位微处理器作为核心,及时进行更新换代。而国内的剑杆织机大多工作速度较低,以PLC和8位控制器为主,总线通讯技术未能成熟运用,产品升级较慢。在这样的环境,研发可与国外先进织机相匹敌的具有自主知识产权的剑杆织机成为必然之举。剑杆织机是集机械设计制造、微电子技术,传感器技术、通讯技术,液压技术,操作系统等于一身的高度自动化装备。可以根据需要设计不同的花样,调整工艺参数,完成不同种类的织造物。论文首先对剑杆织机的工作原理和五大运动进行了了解,并在此基础上研究了现代剑杆织机的模块组成及各部分的工作原理。将织机划分为多臂机、储纬器、选纬器、主轴及引纬、打纬部分、电子送经、卷取、润滑系统、人机界面、机件按钮、制动结构等几个部分,同时对各部分的信号进行了梳理。在对织机机械结构及模块确定的基础上,分析了国外先进织机的整体设计方案,提出了在目前所掌握的技术条件下,适合国内生产实际的高速度、高可靠性、成本较低的织机控制系统硬件设计方案。将控制系统划分为输入信号处理系统、输出信号处理系统、电源系统、主控系统、上下母板几个部分；使用CAN总线进行通讯,将各部分连接起来,完成高速率、高可靠性的双向通讯；选用Freescale公司的32位微处理器MCF5235作为控制系统输入信号处理模块及主控系统的控制芯片。根据功能的需要,以MCF5235为核心,设计了控制系统的硬件电路。输入信号处理模块扩展了16Mbytes的Flash模块,16Mbytes的SDRAM模块；留有CAN接口、RS232通讯接口；设计了78路开关信号的扫描电路、2路模拟信号采集电路、绝对式光电编码器的信号采集及比较电路；同时设计了BDM下载接口、系统时钟电路、译码电路、总线收发电路、电源等保证系统能够正常工作并容易调试。通过对输入信号处理模块的电路及工作环境地深入分析,在对PCB设计知识及电磁兼容技术深入研究的基础上,完成了输入信号处理模块的PCB设计。在确定PCB加工工艺参数的情况下,首先结合输入信号处理模块的硬件电路设计情况,规划了板层的分配；根据电路的工作特性,进行了输入信号处理模块PCB布局的工作；最后在布线原则的指导下,完成PCB布线及覆铜等设计任务。课题的研究对国内开发现代剑杆织机具有重大意义,对设计先进织机具有前瞻性的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外剑杆织机的现状与发展趋势
• 1.2.1 国际剑杆织机的现状与发展趋势
• 1.2.2 国内剑杆织机的状况和发展趋势
• 1.3 国际和国内剑杆织机机电一体化的技术水平
• 1.3.1 国外剑杆织机控制系统
• 1.3.2 国内剑杆织机控制系统
• 1.4 剑杆织机机电一体化的近期发展趋向
• 1.5 课题的研究目的、意义和主要内容
• 1.5.1 课题研究的目的和意义
• 1.5.2 课题的研究内容
• 第二章 剑杆织机的工作原理及结构
• 2.1 剑杆织机基本工作原理及五大运动
• 2.2 剑杆织机模块化装置
• 2.2.1 电子开口装置
• 2.2.2 电子送经、卷取机构
• 2.2.3 电子选纬装置
• 2.2.4 储纬装置
• 2.2.5 启制动机构
• 2.2.6 断经自停、断纬自停装置
• 2.3 本章小结
• 第三章 控制系统结构设计
• 3.1 现代剑杆织机整体结构
• 3.2 控制系统模块划分
• 3.3 控制系统子系统设计
• 3.3.1 电源系统设计
• 3.3.2 输入信号处理模块设计
• 3.3.3 主控系统设计
• 3.3.4 输出信号处理模块设计
• 3.4 嵌入式控制系统MCU选择
• 3.5 MCF5235内核及芯片配置
• 3.5.1 处理器流水线机制
• 3.5.2 芯片配置模块
• 3.5.3 芯片复位配置
• 3.5.4 启动设备选择
• 3.5.5 驱动能力
• 3.5.6 时钟模式
• 3.5.7 复位控制模块
• 3.5.8 系统控制模块
• 3.6 本章小结
• 第四章 控制系统信号传输
• 4.1 控制系统通讯种类
• 4.1.1 子系统通讯
• 4.1.2 控制系统与伺服电机通讯
• 4.1.3 主控系统与其它模块通讯
• 4.1.4 人机交互
• 4.2 系统通讯方案选择
• 4.2.1 工业以太网与现场总线的比较
• 4.2.2 国外先进织机通讯解决方案
• 4.2.3 通讯解决方案
• 4.3 CAN总线介绍
• 4.3.1 CAN总线位的数值表示
• 4.3.2 帧格式
• 4.3.3 帧类型
• 4.4 FlexCAN控制器
• 4.4.1 FlexCAN简介
• 4.4.2 FlexCAN操作模式
• 4.4.3 FlexCAN的应用
• 4.5 本章小结
• 第五章 硬件电路设计
• 5.1 控制系统硬件电路
• 5.2 输入信号处理模块结构
• 5.3 系统配置模块
• 5.4 时钟和复位模块
• 5.4.1 时钟模块
• 5.4.2 复位模块
• 5.5 BDM下载模块
• 5.6 总线收发器模块
• 5.7 SDRAM模块
• 5.7.1 RAM种类的选择
• 5.7.2 SDRAM硬件电路设计
• 5.8 FLASH模块
• 5.8.1 FLASH的选择
• 5.8.2 FLASH硬件电路设计
• 5.9 译码模块
• 5.10 RS232通讯模块
• 5.11 CAN通讯模块
• 5.12 信号扫描模块
• 5.13 刹车信号采集模块
• 5.14 光电编码器信号采集模块
• 5.14.1 光电编码器信号转换电路
• 5.14.2 光电编码器信号处理电路
• 5.15 电源模块的设计
• 5.16 本章小结
• 第六章 PCB设计
• 6.1 PCB分层设计
• 6.1.1 输入信号处理模块PCB分层策略
• 6.1.2 输入信号处理模块PCB板层设计
• 6.2 输入信号处理模块PCB布局
• 6.3 电源及地层的分割
• 6.4 布线及关键电路EMC设计
• 6.4.1 输入信号处理模块PCB布线顺序
• 6.4.2 输入信号处理模块关键电路EMC设计
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位论文期间发表的学术论文
• 致谢
• 学位论文修改说明