基于CORTEX-M3和CAN的印染機同步控制系統

摘要：為了增加印染聯合機的性能，同時實現印染聯合機同步控制系統的簡單化，在此采用基于CORTEX-M3內核和CAN總線的印染聯合機同步控制系統。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總線控制器。實驗表明這種印染聯合機的設計能夠很好地實現系統同步控制，同時降低了成本，以及開發難度。
關鍵詞：CORTEX-M3；CAN總線；同步控制；嵌入式處理器

0 引言
隨著社會生活的發展，人們對現在的印染品的要求也越來越高，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越高。隨著工藝的增加，對印染設備是個不小的挑戰，這里面最主要的是大型印染聯合機中多電機的同步控制問題。
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生的實時同時控制問題；三是控制單元與各電機組之間的通信問題，包括速率，抗干擾等。傳統印染聯合機的做法是采用單片機加AD／DA芯片進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。隨著現在技術的發展，在研究了基于ARM的CORTEX-M3內核的處理器加CAN總線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ARM公司Cortex-M3核的STM32F103芯片嘗試進行新的設計。這種設計在提高系統性能的基礎上降低了成本同時實現了與現有印染設備的對接問題。

1 系統設計
1．1 系統結構設計
根據現有印染行業的印染聯合機的具體情況，主要針對其控制系統進行改進。
在大型印染聯合機的設計中，主要考慮的是多電機的同步控制問題，需要保證布匹在傳送的過程中要平穩，不能因為電機的不同步而造成張力過大從而使布匹過度拉伸，也不能因為張力的不足而造成布匹的褶皺。在大型印染聯合機中根據工藝的復雜與簡單，需要同步的電機從8個到40多個不等，采用CAN總線網絡保證了可以根據工藝的不同自主的擴展單元控制器的個數。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總線網絡，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系統狀態的工作狀態，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。協調各單元控制的工作狀態。
單元控制器的功能主要是微調張力傳感器的靈敏度，實時監測個張力傳感器的數據，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，同時還要應對突發狀況，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ARM的CORTEX-M3內核的芯片-STM32f103RCT6如圖2所示。它的特點有：STM32F103系列微處理器是首款基于ARMv 7-M體系結構的32位標準RISC(精簡指令集)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，還有專門面向工業控制的控制器區域網絡(CAN)，它提供兼容規范2．0A和2．0B(主動)，位速率高達1 Mb／s。它可以接收和發送11位標識符的標準幀，也可以接收和發送29位標識符的擴展幀。具有3個發送郵箱和2個接收FIFO，3級14個可調節的濾波器。