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【摘要】本文阐述了一种基于Linux的嵌入式提花袜机选针器控制系统的实现过程。传统的机械式提花袜机存在着很多缺点，随着数字技术在袜机控制领域的应用，为袜机生产提供了一种成本低廉，工作稳定的解决方案，也为进一步研究全电脑提花袜机，加速高档袜机的国产化进程奠定基础。
【关键词】嵌入式系统；提花袜机；选针器；控制系统设计
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0115-02
袜机是现代针织工业中一个重要的织造设备。随着电脑数字电子技术的发展，纺织提花技术由最初的机械选针方式发展到现在的电磁选针方式。这种产品的适时生产，需要高灵活度设备装置，为了提高效率和适应产品不断更新的需要，在控制系统设计中可方便实现修改和缩短产品开发周期成为迫切需要。
1、控制器整体设计方案
通过对电脑织袜机系统的结构和功能进行分析的基础上，提出了一个以ARM微处理器和DSP器件为中心构建硬件平台、基于Linux的嵌入式电脑袜机控制系统解决方案。它主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于三星公司的$3C2410X的CPU核心电路、基于DSP的协处理器电路用以完成外围电磁铁和同步信号等的辅助管理、选针器以及电机等的功率驱动部分。软件平台主要包括Linux操作系统、设备驱动程序和协处理器程序等。整个控制系统构成如图1所示。
这种双处理器的设计方案实现了信息处理和控制部分的分离，有利于双机更好地发挥各自的优势。上位机ARM部分存储花型数据文件，其上移植Linux操作系统，主要完成花型数据分析处理、人机交互和界面显示等功能，通过双EIRAM与DSP进行通信；以TMS320LF2407A作为下位机构成的袜机机械控制部分控制电机带动袜机机械传动部分，对选针机构发出选针信号控制织针编织，驱动袜机活动部件如剪线电磁阀等，同时完成同步信号的采集并对系统的故障和报警信号做出合适处理。
2、系统电源及ARM复位电路设计
所有嵌入式系统的设计都必须包含电源，可以选择AC电源插座或电池供电。从控制器总体结构来看，选针器控制部分包括：串口通讯、控制数据存储、控制数据处理及端口扩展、选针器驱动四个部分，需要多种电压的电源。上位机选用基于ARM公司的ARM920T处理器核，需要3.3V、1.8V、5V三种电压；下位机选用DSP2000系列的TMS320LF2407A，是TI公司推出的一款定点DSP控制器，它采用高性能静态CMOS技术，采用3.3V的供电电压以减少控制器的功耗。AC/Dc电源转换器件为系统提供5V的供电电压，输入电压AC100～240V，频率50/60HZ，输出电压为DCSV，电流为2A。所需的3.3V和1.8V电压是由5V电源经ASI117-3.3V和ASI117-1.8V后得到。ASI117是一款非常高效的LDO低压稳压器Ic，输入电压范围为4.25～12V，输出电压通过外接电路可以分别实现多种电压输出，具有高效率，小封装和低功耗等许多优点，非常适合于嵌入式系统开发应用。图2为3.3V和1.8V电压的产生电路。
复位电路是嵌入式系统电路稳定可靠工作必不可少的一部分，本系统设计了ARM上位机复位电路实现对电源电压的监控和手动复位等操作。为了提高可靠性，控制器ARM端复位电路没有采用简单的阻容复位电路，而是采用了专用的复位芯片MAX811。
复位电路硬件电路设计如图3所示。MAX811产生nRESEl信号，再经三极管9012反向后得到RESET信号。nRESET信号低电平有效，主要供ARM241 0X内核板使用，而RESET信号高电平有效，供网卡芯片AX88796使用。
3、选针驱动电路设计
选针驱动电路把由上位机ARM转换而来的选针信号经过下位机后放大以驱动电子选针器进行袜机选针操作。从下位机TMS320LF2407A出来的串行选针数据经过MC3487和MC3476差分驱动后接入8位移位寄存器CD4094转换为并行数据输出。本系统有5个电子选针器，共80个电子选针刀片，所以用到10片CD4094芯片。其电路连接原理如图4所示。
4、选针器控制程序设计
选针器控制部分程序流程图如图5所示。由于本袜机选针器只允许在针筒逆时针转动时选针，因此在系统开机后，必须将所有操刀片收回，以避免在初始化工序时，造成闯针事故。选针器初始化流程如图6。
选针器控制部分在编织袜子过程中的程序流程图7如下。本图为正常工作状态下的控制流程图，程序在检测针距脉冲、工序脉冲时会同时检测工作状态，如状态值为2b’11（重新编织标志），则将打断当前编织过程，进行编织初始化，并重新编织。（如图7）
5、结论
本文通过分析袜品编织工艺及要求，提出了一个以ARM微处理器和DsP器件为中心构建硬件平台、基于Linux的嵌入式袜机控制系统解决方案。实践表明：该袜机控制系统设计降低了系统的成本，提高了设计效率，具有工作稳定，开发效率高，在线修改方便的优势。在不改变硬件电路结构的基础上，只需对软件修改就可以方便修改产品花型设计及不同型号产品的工艺设计、扩展执行控制电路输出，满足产品二次开发的需求，具有良好的应用前景。
【关键词】嵌入式系统；提花袜机；选针器；控制系统设计
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0115-02
袜机是现代针织工业中一个重要的织造设备。随着电脑数字电子技术的发展，纺织提花技术由最初的机械选针方式发展到现在的电磁选针方式。这种产品的适时生产，需要高灵活度设备装置，为了提高效率和适应产品不断更新的需要，在控制系统设计中可方便实现修改和缩短产品开发周期成为迫切需要。
1、控制器整体设计方案
通过对电脑织袜机系统的结构和功能进行分析的基础上，提出了一个以ARM微处理器和DSP器件为中心构建硬件平台、基于Linux的嵌入式电脑袜机控制系统解决方案。它主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于三星公司的$3C2410X的CPU核心电路、基于DSP的协处理器电路用以完成外围电磁铁和同步信号等的辅助管理、选针器以及电机等的功率驱动部分。软件平台主要包括Linux操作系统、设备驱动程序和协处理器程序等。整个控制系统构成如图1所示。
这种双处理器的设计方案实现了信息处理和控制部分的分离，有利于双机更好地发挥各自的优势。上位机ARM部分存储花型数据文件，其上移植Linux操作系统，主要完成花型数据分析处理、人机交互和界面显示等功能，通过双EIRAM与DSP进行通信；以TMS320LF2407A作为下位机构成的袜机机械控制部分控制电机带动袜机机械传动部分，对选针机构发出选针信号控制织针编织，驱动袜机活动部件如剪线电磁阀等，同时完成同步信号的采集并对系统的故障和报警信号做出合适处理。
2、系统电源及ARM复位电路设计
所有嵌入式系统的设计都必须包含电源，可以选择AC电源插座或电池供电。从控制器总体结构来看，选针器控制部分包括：串口通讯、控制数据存储、控制数据处理及端口扩展、选针器驱动四个部分，需要多种电压的电源。上位机选用基于ARM公司的ARM920T处理器核，需要3.3V、1.8V、5V三种电压；下位机选用DSP2000系列的TMS320LF2407A，是TI公司推出的一款定点DSP控制器，它采用高性能静态CMOS技术，采用3.3V的供电电压以减少控制器的功耗。AC/Dc电源转换器件为系统提供5V的供电电压，输入电压AC100～240V，频率50/60HZ，输出电压为DCSV，电流为2A。所需的3.3V和1.8V电压是由5V电源经ASI117-3.3V和ASI117-1.8V后得到。ASI117是一款非常高效的LDO低压稳压器Ic，输入电压范围为4.25～12V，输出电压通过外接电路可以分别实现多种电压输出，具有高效率，小封装和低功耗等许多优点，非常适合于嵌入式系统开发应用。图2为3.3V和1.8V电压的产生电路。
复位电路是嵌入式系统电路稳定可靠工作必不可少的一部分，本系统设计了ARM上位机复位电路实现对电源电压的监控和手动复位等操作。为了提高可靠性，控制器ARM端复位电路没有采用简单的阻容复位电路，而是采用了专用的复位芯片MAX811。
复位电路硬件电路设计如图3所示。MAX811产生nRESEl信号，再经三极管9012反向后得到RESET信号。nRESET信号低电平有效，主要供ARM241 0X内核板使用，而RESET信号高电平有效，供网卡芯片AX88796使用。
3、选针驱动电路设计
选针驱动电路把由上位机ARM转换而来的选针信号经过下位机后放大以驱动电子选针器进行袜机选针操作。从下位机TMS320LF2407A出来的串行选针数据经过MC3487和MC3476差分驱动后接入8位移位寄存器CD4094转换为并行数据输出。本系统有5个电子选针器，共80个电子选针刀片，所以用到10片CD4094芯片。其电路连接原理如图4所示。
4、选针器控制程序设计
选针器控制部分程序流程图如图5所示。由于本袜机选针器只允许在针筒逆时针转动时选针，因此在系统开机后，必须将所有操刀片收回，以避免在初始化工序时，造成闯针事故。选针器初始化流程如图6。
选针器控制部分在编织袜子过程中的程序流程图7如下。本图为正常工作状态下的控制流程图，程序在检测针距脉冲、工序脉冲时会同时检测工作状态，如状态值为2b’11（重新编织标志），则将打断当前编织过程，进行编织初始化，并重新编织。（如图7）
5、结论
本文通过分析袜品编织工艺及要求，提出了一个以ARM微处理器和DsP器件为中心构建硬件平台、基于Linux的嵌入式袜机控制系统解决方案。实践表明：该袜机控制系统设计降低了系统的成本，提高了设计效率，具有工作稳定，开发效率高，在线修改方便的优势。在不改变硬件电路结构的基础上，只需对软件修改就可以方便修改产品花型设计及不同型号产品的工艺设计、扩展执行控制电路输出，满足产品二次开发的需求，具有良好的应用前景。