【導讀】電子送經卷曲系統是紡織工藝流程中一個非常重要的環節。本文詳述了一款基于CAN總線級ARM7的紡織機送經和卷曲系統的設計，實現了系統總線的網絡節點的設計，有效的解決了紡織機的電子送經和卷曲系統的數據傳輸問題。
針對紡織機電子送經和卷取系統的數據傳輸效率低等問題，設計了一套基于CAN總線的送經和卷取的系統，該系統以CAN總線為通信方式，利用ARM主控制器，設計了電子送經和卷取系統的CAN總線通信硬件電路和相關軟件，實現了主控結點與卷取驅動器和送經驅動器的高效通信，結果表明了該方法的有效性和可靠性。
電子送經卷取系統是紡織工藝流程的一個重要環節，其控制性能的優劣直接影響著工藝過程及織機的效率。然而，通信又是該系統的關鍵技術，使得電子送經卷取系統通信的設計受到國內外紡織公司(德國的百格拉，意大利的舒美特等公司)的高度重視，提出了多種設計方案。然而，中國用戶仍然面臨著劍桿織機送經和卷取系統的價格昂貴、操作復雜，數據傳輸效率低等問題。
CAN(控制器局域網)總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，與其它通訊相比，其數據通信具有突出的靈活性和可靠性。ARM控制器可以滿足一般的工業控制的需要，其具有減少系統硬件設計的復雜度和性價比高等優點而得到廣泛應用。因此，針對國內電子送經卷取系統數據傳輸率低和國外系統價格昂貴問題，本文采用ARM公司的ARM7一UPC2194和Philips公司的PCA82C250為核心器件，研制開發了一種基于ARM芯片作為主控制器，CAN總線為通信方式的嵌入式電子送經卷取系統，該系統具有響應速度快、傳輸效率高等優點。
1 送經卷取系統的總體設計
根據技術及經濟需求，本設計選取ARM7-LPC2194為主控制器，作為CAN網絡節點控制器，(其中LPC2194內部集成有四路CAN控制器而不必外接CAN控制器)，應用CAN總線技術和接口電路，實現了節點間的高效數據交換和傳輸。系統總體框圖如圖1所示。
圖1 系統總體框圖
2 系統的硬件設計
2.1 系統CAN總線的實現
送經卷取系統主要由內部集成有四路CAN控制器的ARM7-LPC2194芯片、光電隔離器TLP2631、CAN收發器PCA82C250及送經卷取驅動器等元件組成，其結構如圖2所示。
圖2 系統的硬件電路圖
本設計分別將協議控制器通過串行數據輸出線TX和串行數據輸入線RX連接到光電隔離器TLP2631的3管腳和7管腳，實現了光電隔離。利用CAN收發器。PCA82C250將從光電隔離器TLP2631輸出的差動的總線信號轉換成邏輯信號電平并在RxD輸出，接收到的串行數據通過與總線電纜相連的差動發送和接收總線終端CANH和CANL將數據送到總線協議控制器譯碼，完成了普通電平到顯、隱性電平的傳輸。CAN總線獲取顯、隱性電平后，再經過PCA82C250和光電耦合器TLP2631將數據傳輸給送經驅動器、卷取驅動器的CAN接收端口，從而實現了基于CAN總線的數據傳輸。2.2 系統抗干擾的設計
信號數據傳輸過程中，存在著擾動，為此本設計采取以下措施來克服干擾的影響：
1)為了滿足光電隔離的要求，本設計在協議控制器和CAN收發器之間加入了TLP2631光電隔離器，有效地抑制了傳輸線中由于耦合電容、電感造成的干擾，實現了不同電平的轉換。
2)為了匹配數據總線的阻抗和提高數據傳輸的抗干擾能力，在CAN總線終端的兩端加有兩個120 Ω總線阻抗匹配電阻。若不接這兩個電阻，有時甚至無法通信。采用屏蔽雙絞線以減少現場環境對結點的干擾。
3 系統的軟件設計
送經卷取系統的軟件設計是實現數據高效通信的關鍵，本文的軟件部分主要由數據采集程序和CAN總線通信程序設計兩部分組成。其中數據采集程序可參考文獻，本文重點論述CAN通訊程序的設計。
3.1 開發環境
軟件開發環境，選用ADS1.2集成開發環境，ADS是ARM微控制器集成開發工具。ADS1.2支持ARM10之前所有ARM系列，支持軟件調試及JTAG硬件仿真調試，支持匯編語言、C/C++源程序;具有編譯效率高、系統庫功能強等特點;可以在WINDOWS 98、WINDOWS XP、WINDOWS 2000上運行。
3.2 CAN總線通信主程序的設計
本程序采用模塊化結構，來實現各結點間的通信。程序首先對CAN控制器函數初始化，其次檢測是否有接收幀和數據異常，實現數據的接收和發送。從而完成ARM芯片啟動代碼的編碼，其結構如圖3所示。然后，主程序通過調用CAN啟動驅動程序提供的接口，便可實現數據的有效傳輸。
圖3 通信主程序流程圖
3.3 CAN控制器函數初始化
CAN控制器初始化，主要是完成總線的參數設置，其主要包括硬件使能、寄存器復位、波特率及驗收濾波器的工作方式等設置，其結構如圖4所示。
圖4 初始化子程序流程圖
硬件使能是通過寄存器來控制多路開關并使其與CAN控制器連接，因為CAN的某些寄存器必須在軟復位狀態下讀寫，所以一定要進行軟件復位。3.4 數據接收子程序
接收數據可采用查詢方式或中斷方式，本文采用數據查詢方式，完成子程序的設計，利用旁路濾波器，通過查詢接收數據存儲空間，判斷是否接收信息寄存器、標識符寄存器、數據寄存器的RX幀。由于接收緩沖區的容量不大，所以接收緩沖區接收幀，必須立即進入環形接收緩沖區，然后再對環形接收緩沖區里的信息進行分類處理。
3.5 發送子程序
總線將采集到的數據(Tx幀信息寄存器、Tx標識符寄存器、Tx數據寄存器A、Tx數據寄存器B)經過打包成符合發送幀格式的數據后，通過調用發送數據函數進行數據的發送。程序首先檢查LPC2194的3個發送緩沖區和總線的空閑空間，通過查詢CANSR的TCS位，將幀傳到總線，結構如圖5所示。
圖5 發送CAN子程序路程圖
結語本文設計了一種基于ARM7的紡織機送經和卷取系統，利用性價比高的主控器ARM7-LPC2194、CAN接收器PCA82C250和光電耦合器TLP2631，實現了送經卷取系統總線的網絡節點設計，較好地解決了紡織機的電子送經和卷曲系統的數據傳輸問題，該系統自動化程度，具有高效的通信率和抗干擾能力。
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