基于ARM+Linux的橫機上位機設計與實現(xiàn)

韓瀏垚　朱耀麟　刁先舉

【摘 要】為了提高電腦橫機控制系統(tǒng)的性能，本文提出一種基于ARM+Linux的上位機設計方案，處理器選用為SAMSUNG S3C2451，操作系統(tǒng)選Ubuntu16.04操作系統(tǒng)，介紹了電腦橫機的硬件結構以及數(shù)據(jù)處理方法，對上位機軟件進行模塊劃分，并通過QT完成了各個功能模塊的設計，實現(xiàn)了電腦橫機上位機文件管理、參數(shù)設置、運行監(jiān)控、系統(tǒng)檢測等功能。

【關鍵詞】電腦橫機；上位機；ARM；Linux

中圖分類號： TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）17-0095-002

Design and Implementation of Flat-head Computer Based on ARM+Linux

HAN Liu-zhao ZHU Yao-lin DIAO Xian-ju

（School of Electronic Information，Xi'an University of Engineering，Xi'an Shaanxi 710048，China）

【Abstract】In order to improve the performance of computer flat knitting machine control system，this paper proposes a upper computer design based on ARM+Linux，chooses SAMSUNG S3C2451 processor，operating system，choose Ubuntu16.04 operating system，and introduces the hardware structure of the computer flat knitting machine and the data processing method，the PC software module partition，and through the QT finished each function module design，has realized the computer flat knitting machine PC file management，parameter setting，operation monitoring， system testing， etc

【Key words】Computerized Flat Knitting Machine；Supervisor PC；ARM；Linux

0 引言

電腦橫機是一種主要用來生產(chǎn)羊毛衫的針板舌針緯編織機[1]，近年來國產(chǎn)電腦橫機發(fā)展已頗具規(guī)模，出現(xiàn)了慈星、恒天等優(yōu)秀品牌，但市場上還存在著大批性能有待提升的國產(chǎn)橫機，與國內(nèi)外先進橫機相比，存在功能單一、系統(tǒng)穩(wěn)定性不足的問題，而隨著市場的發(fā)展，人們對電腦橫機的功能有了更高要求，不單單是滿足基本的編織控制，要求電腦橫機具備更完善的功能。為縮小普通橫機與國內(nèi)外先進橫機的差距，本文針對主從控制結構的電腦橫機，對其上位機進行設計，選用SAMSUNG S3C2451芯片作為處理器，移植Ubuntu16.04操作系統(tǒng)，根據(jù)電腦橫機的功能需求采用QT編寫GUI圖形界面和功能模塊程序。

1 橫機控制系統(tǒng)結構

電腦橫機控制系統(tǒng)為主從級遞階結構，系統(tǒng)結構如圖1所示，上位機主要承擔花型文件解析和人機交互控制任務，打板軟件將花型文件傳遞給上位機，上位機依據(jù)橫機工藝從花型文件中解析控制數(shù)據(jù)，將控制數(shù)據(jù)分別發(fā)送給各個下位機子模塊，下位機作為協(xié)處理器，根據(jù)現(xiàn)場信號進行實時控制各個執(zhí)行單元完成編織動作，同時收集橫機運行過程中的重要參數(shù)以及報警信號傳送給上位機，上位機將重要參數(shù)通過界面顯示[2]，當發(fā)現(xiàn)異常時進行報警。

2 上位機數(shù)據(jù)處理

橫機數(shù)據(jù)包括花型文件、編織數(shù)據(jù)文件（KSD）、系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件（SYS）、控制數(shù)據(jù)文件（FKD），如圖所示，其中花型文件由CNT和PAT兩個同名的花型描述文件組成。PAT記錄了織物的花型信息、CNT記錄了橫機的控制信息，兩種文件不能直接用于橫機控制；KSD記錄了各種電機的具體速度值，用于調(diào)節(jié)花型密度；SYS記錄了橫機在調(diào)試完成后固定下的參數(shù)，是各種花型文件在機器上編織的依據(jù)；FKD保存著驅(qū)動各個電機和電磁鐵的動作數(shù)據(jù)[3]，上位機通過CNT數(shù)據(jù)、PAT數(shù)據(jù)、KSD數(shù)據(jù)和SYS數(shù)據(jù)計算生成KSD數(shù)據(jù)，下位機按照KSD數(shù)據(jù)控制各個執(zhí)行部件進行編織動作。KSD數(shù)據(jù)包括行控制數(shù)據(jù)和選針數(shù)據(jù)，行控制數(shù)據(jù)包括機頭運動速度、羅拉卷布量、針板橫移量等控制數(shù)據(jù)[3]，當機頭運動時不變化；選針數(shù)據(jù)記錄了選針器在當前針位置的狀態(tài)，隨著機頭運動不斷更新。

3 上位機硬件結構

上位機采用ARM9 S3C2416芯片為處理器結合其他外設模塊組成，包括LCD接口模塊、觸摸屏模塊、USB接口模塊、存儲模塊以及CAN總線通訊模塊，硬件結構如圖 2所示。

處理器采用SAMSUNG S3C2416芯片，其內(nèi)核為ARM926EJ，主頻400MHz，具有價格低、功耗低的特點[4]；內(nèi)存模塊采用K9K8G08U0D芯片和SD卡，K9K8G08U0D芯片存儲引導程序用于啟動操作系統(tǒng)，SD卡作為數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲花型文件和參數(shù)文件；USB接口用于傳輸花型文件和參數(shù)文件。

4 上位機軟件結構

上位機的操作系統(tǒng)為可裁剪的Linux操作系統(tǒng)Ubuntu16.03，在其上加載各個外設模塊的驅(qū)動程序，上位機軟件通過操作系統(tǒng)調(diào)用接口使用各個外設模塊。電腦橫機上位機的軟件結構如圖3所示。

5 上位機軟件設計endprint

5.1 功能模塊劃分

本文根據(jù)功能需求進行了上位機功能模塊的劃分，主界面如圖4所示。

a.編織運行，在編織運行時，解析花型文件，下發(fā)KSD數(shù)據(jù)，同時監(jiān)控編織過程并處理報警信號；

b.文件管理，用于花型文件、KSD文件、SYS文件的讀取和保存以及參數(shù)操作；

c.花型文件預覽，瀏覽編輯CNT和PAT文件；

d.系統(tǒng)測試，用于橫機調(diào)試時，對三角板、選針器、電機等執(zhí)行機構狀態(tài)的檢測。

e.系統(tǒng)參數(shù)設置，調(diào)節(jié)SYS數(shù)據(jù)，設定橫機的零針位、機頭左右限位、沙嘴左右限位等參數(shù)；

f.編織參數(shù)設置，修改KSD數(shù)據(jù)，設定度目、主羅拉、副羅拉等電機的速度；

5.2 編織運行模塊

編織運行模塊負責KSD數(shù)據(jù)的獲取、下發(fā)以及運行參數(shù)的顯示，為了保證程序的實時性，采用多線程運行，包括花型文件解析線程、運行信息顯示線程、KSD數(shù)據(jù)下發(fā)線程、故障報警報警線程四個子線程。各線程的數(shù)據(jù)傳輸和控制利用QT中的信號收發(fā)和槽函數(shù)的調(diào)用實現(xiàn)，花型文件解析線程和KSD數(shù)據(jù)下發(fā)線程間的協(xié)調(diào)通過QwaitCondition和QMutex實現(xiàn)。

5.3 文件管理模塊

該模塊使用了QT的QDir類、QFileInfoList類和QListWidget類實現(xiàn)各個文件的管理，其中CNT文件中只對電機的速度進行了分段，段號代表的具體速度記錄在KSD文件中，導入花型文件后將生成同名的KSD文件，其中得到參數(shù)為默認值，為了減少手動輸入量，在文件管理模塊增加了KSD文件拷貝功能，將已有的KSD文件覆蓋完成KSD參數(shù)的設置。

5.4 系統(tǒng)參數(shù)與編織參數(shù)設置模塊

兩個模塊采用QT控件QLineEdit、QTableView實現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)設置模塊用于機器調(diào)試，實現(xiàn)針零位、總針數(shù)、起始針位置、機頭左右限位、機號、選針器提前量和沙嘴提前量等SYS參數(shù)的修改。

6 結束語

電腦橫機上位機基于ARM處理器和Linux操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了電腦橫機的編織運行、文件管理、參數(shù)修改、系統(tǒng)測試功能，在編織運行時利用多線程協(xié)調(diào)花型文件解析、控制數(shù)據(jù)下發(fā)、運行信息顯示、故障警報。目前通過上機測試，該電腦橫機上位機運行良好，實現(xiàn)電腦橫機的功能需求。

【參考文獻】

[1]朱文俊.電腦橫機機械與控制技術[M].北京.中國紡織出版社.

[2]張團善.新型電腦橫機控制系統(tǒng)設計[J].西安工程學學報.2007（4）.

[3]張弛.電腦橫機控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)準備[J].紡織學報.2012（8）.

[4]李鵬飛.基于嵌入式系統(tǒng)的電腦橫機上位機的軟件設計[J].針織技術，2013（2）.

[5]張團善.基于FPGA的電腦橫機控制器設計[J].針織工業(yè)，2007（8）.endprint