Ⅰ型工业绣花机控制器花样信息处理及人机交互的改进与优化

论文摘要

工业绣花机是随着微电子、计算机技术、精密机械的发展和应用而逐渐发展、成熟起来的一种高自动化、高生产效率的绣花设备。基于ARM7和μC/OS-Ⅱ的I型工业绣花机控制器的研发已经基本成功。本课题在系统的硬件结构和软件架构已经基本确定的前提下,重点实现和改进了工业绣花机几个重要的模块,包括花样信息处理、USB Host、FLASH文件系统和人机交互。本文详细分析了工业绣花机的构成及其工作原理,结合工业绣花机的功能需求,研究了以ARM+μC/OS为核心构建软、硬件平台的绣花机控制系统的解决方案。本文介绍了花样文件的产生,详细比较和分析了DST、DSB和DSZ国际主流花样文件格式。针对这几种花样格式不具备完整的刺绣信息的缺点,以及为了兼容这几种花样文件格式和节约存储空间,设计出一种基于二进制的自主花样文件格式——SYT格式,并研究主流花样文件格式和SYT花样格式的转换算法。系统以ISP1160芯片作为USB Host接口芯片,分析了嵌入式USB Host的原理和软硬件实现方法。在控制器扩展的NOR型FLASH存储器上建立FLASH文件系统,实现了FLASH存储器中花样文件的有效管理。针对FLASH存储器的特点和通用FAT文件系统的不足,从FLASH的可靠性、耗损平衡和垃圾收集机制对通用FAT文件系统加以改进,在FLASH上建立改进型FAT16文件系统,使FLASH文件系统的可靠性提高和性能优化。通过USB Host实现了内存中的花样文件和外部存储设备的交互。分析了工业绣花机人机交互的硬件实现。根据功能需求设计了自主开发的GUI模块,并对GUI各个层次做了详细分析。在μC/OS多任务平台下,研究了人机交互的具体实现。并针对工程开发中遇到的问题,提出解决方法和改进方案。针对实际的应用,研究了代码优化的一些方法。为了更好的利用资源,最后研究了程序固化的方法。本文的设计已得到充分的验证,在整机测试过程中系统运行稳定,性能优良,同时系统的功能易于扩展和维护。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 工业绣花机国内外的研究现状
• 1.2.1 发展现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 本课题的研究内容和主要任务
• 第二章 工业绣花机控制系统的整体架构
• 2.1 工业绣花机的工作原理
• 2.1.1 工业绣花机的工作流程
• 2.1.2 工业绣花机的功能
• 2.2 控制系统的模块划分和硬件设计
• 2.2.1 控制系统的模块
• 2.2.2 控制系统的硬件设计
• 2.3 控制系统软件体系结构
• 2.3.1 μC/OS-Ⅱ的移植
• 2.3.2 控制系统任务划分
• 2.4 本章小结
• 第三章 花样信息处理
• 3.1 花样文件的产生
• 3.2 花样文件的分析和比较
• 3.3 自主花样文件的设计
• 3.3.1 自主花样文件格式实现
• 3.3.2 花样转换算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 USB Host 和 FAT 文件系统的实现与改进
• 4.1 USB Host 的实现
• 4.1.1 USB Host 硬件设计
• 4.1.2 USB Host 的软件实现
• 4.2 FLASH 文件系统的设计
• 4.2.1 FAT 文件系统的结构
• 4.2.2 控制器的存储系统
• 4.2.3 FAT 文件系统的实现与改进
• 4.3 本章小结
• 第五章 人机交互的实现与改进
• 5.1 人机交互的硬件实现
• 5.2 工业绣花机GUI 结构模型
• 5.3 图形设备管理
• 5.3.1 字体的支持
• 5.3.2 基本图形的绘制
• 5.3.3 坐标空间和坐标变换
• 5.4 软件实现
• 5.4.1 人机交互模块的划分
• 5.4.2 键盘任务与显示任务的交互
• 5.5 工程中遇到的问题与改进
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统代码优化和程序固化
• 6.1 代码优化
• 6.2 程序固化
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的项目
• 附录2 本课题控制器主板及人机交互的测试图片