基于CORTEX-M3和CAN的印染機同步控制系統

摘要：為了增加印染聯(lián)合機的性能，同時(shí)實(shí)現印染聯(lián)合機同步控制系統的簡(jiǎn)單化，在此采用基于CORTEX-M3內核和CAN總線(xiàn)的印染聯(lián)合機同步控制系統。在設備選型上面放棄了以往PC機當作總控制器的設計，而是采用便攜性更高的嵌入式處理器。在單元控制器方面，采用了基于ARM最新CORTEX-M3內核的處理器。它具有高的處理速度，高精度的D／A、A／D轉換，以及CAN總線(xiàn)控制器。實(shí)驗表明這種印染聯(lián)合機的設計能夠很好地實(shí)現系統同步控制，同時(shí)降低了成本，以及開(kāi)發(fā)難度。
關(guān)鍵詞：CORTEX-M3；CAN總線(xiàn)；同步控制；嵌入式處理器

0 引言
隨著(zhù)社會(huì )生活的發(fā)展，人們對現在的印染品的要求也越來(lái)越高，特別是布匹與包裝外殼，那么對現代印染工藝的要求也越來(lái)越高。隨著(zhù)工藝的增加，對印染設備是個(gè)不小的挑戰，這里面最主要的是大型印染聯(lián)合機中多電機的同步控制問(wèn)題。
在印染設備中，電機的同步控制主要有3方面決定：一是處理器對張力傳感器數據的處理速度，以及電機對張力傳感器的反應速度；二是不同的電機組之間機械性能的差異以及它們產(chǎn)生的實(shí)時(shí)同時(shí)控制問(wèn)題；三是控制單元與各電機組之間的通信問(wèn)題，包括速率，抗干擾等。傳統印染聯(lián)合機的做法是采用單片機加AD／DA芯片進(jìn)行數據的處理與執行，也有為了提高數據的處理能力而采用DSP加單片機的做法。隨著(zhù)現在技術(shù)的發(fā)展，在研究了基于ARM的CORTEX-M3內核的處理器加CAN總線(xiàn)的分總系統設計方法。
總控制器和單元控制器，采用ST公司推出的基于A(yíng)RM公司Cortex-M3核的STM32F103芯片嘗試進(jìn)行新的設計。這種設計在提高系統性能的基礎上降低了成本同時(shí)實(shí)現了與現有印染設備的對接問(wèn)題。

1 系統設計
1．1 系統結構設計
根據現有印染行業(yè)的印染聯(lián)合機的具體情況，主要針對其控制系統進(jìn)行改進(jìn)。
在大型印染聯(lián)合機的設計中，主要考慮的是多電機的同步控制問(wèn)題，需要保證布匹在傳送的過(guò)程中要平穩，不能因為電機的不同步而造成張力過(guò)大從而使布匹過(guò)度拉伸，也不能因為張力的不足而造成布匹的褶皺。在大型印染聯(lián)合機中根據工藝的復雜與簡(jiǎn)單，需要同步的電機從8個(gè)到40多個(gè)不等，采用CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )保證了可以根據工藝的不同自主的擴展單元控制器的個(gè)數。系統設計框圖如圖1所示。

1．2 系統的組成
系統主要由主控制器，單元控制器，CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，以及變頻器組成。
主控制器是系統的主控單元，主要功能是顯示和控制整個(gè)系統狀態(tài)的工作狀態(tài)，以及設置和調節系統的總要工作參數，如布速，張力傳感器的靈敏度。協(xié)調各單元控制的工作狀態(tài)。
單元控制器的功能主要是微調張力傳感器的靈敏度，實(shí)時(shí)監測個(gè)張力傳感器的數據，根據各張力傳感器的數據調節輸出電壓從而調節對應電機的工作狀態(tài)，同時(shí)還要應對突發(fā)狀況，例如張力傳感器失靈的處理，以及電機失速的處理。
1．3 單元控制器的具體設計
在設計中我采用的是基于A(yíng)RM的CORTEX-M3內核的芯片-STM32f103RCT6如圖2所示。它的特點(diǎn)有：STM32F103系列微處理器是首款基于A(yíng)RMv 7-M體系結構的32位標準RISC(精簡(jiǎn)指令集)處理器，提供很高的代碼效率；工作頻率為72MHz，內置高達256KB的FLASH存儲器和48KB的SRAM。

它內部集成了12位的A／D以及雙通道的12位的D／A，還有專(zhuān)門(mén)面向工業(yè)控制的控制器區域網(wǎng)絡(luò )(CAN)，它提供兼容規范2．0A和2．0B(主動(dòng))，位速率高達1 Mb／s。它可以接收和發(fā)送11位標識符的標準幀，也可以接收和發(fā)送29位標識符的擴展幀。具有3個(gè)發(fā)送郵箱和2個(gè)接收FIFO，3級14個(gè)可調節的濾波器。