摘要：詳細(xì)介紹了基于自行設(shè)計(jì)的強(qiáng)占式和非強(qiáng)占式相結(jié)合的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在電子套接機(jī)中的應(yīng)用，提高了電子套接機(jī)的縫紉速度和步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)步數(shù),，使控制系統(tǒng)達(dá)到了較高的國(guó)際水平。
關(guān)鍵詞：電子套接機(jī) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 永磁伺服電機(jī)

1 引言
　　我國(guó)是服裝生產(chǎn)和加工大國(guó),，對(duì)縫制設(shè)備的需求逐年增加,，2002年度生產(chǎn)工業(yè)縫紉機(jī)370多萬(wàn)臺(tái)，2004年l～11月份生產(chǎn)工業(yè)縫紉機(jī)469萬(wàn)臺(tái),。主要機(jī)型有單針,、雙針平縫機(jī)、包縫機(jī),、套接機(jī),、釘扣機(jī)、鎖眼機(jī),、曲折縫,、繃縫機(jī)、封包機(jī)和繡花機(jī),，其中平縫機(jī)占工業(yè)縫紉機(jī)市場(chǎng)的90％以上,，其余皆屬特種機(jī)。而其中的電子套接機(jī)的控制系統(tǒng)大都采用國(guó)外的技術(shù),，如上?；莨たp紉機(jī)廠的HLK-03電子套接機(jī)采用的是日本三菱公司的電腦控制系統(tǒng)，高精度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),，內(nèi)存16種套接模式,。大連服裝機(jī)械廠為德國(guó)DurkoppAdler定牌生產(chǎn)的電子套接機(jī)采用的是德國(guó)提供的伺服系統(tǒng)，它在國(guó)內(nèi)銷售的電子套接機(jī)采用的是松下電機(jī),。
　　本文采用了自主開發(fā)的永磁伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器,，研制出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)電子套接機(jī)控制系統(tǒng)，該電子套接機(jī)達(dá)到或接近國(guó)外樣機(jī)的性能指標(biāo),。由于采用自行設(shè)計(jì)的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)僅采用了一塊TMS320C2407作為控制系統(tǒng),，其需要完成伺服電機(jī)的控制，X，Y軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制,，以及外部操作面板的顯示和鍵盤接口,，采用常規(guī)的編程方式難以實(shí)時(shí)完成如此多的任務(wù)，并且由于實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)的特定,，不能移植像UC/OSⅡ這樣的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),，為此本文采用了自行設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的控制方式，達(dá)到了電子套接機(jī)可在200～3000針的縫紉速度下縫制出多種花樣,。

2．硬件設(shè)計(jì)
　　電子套接機(jī)的控制核心采用TI公司的TMS320C2407,，其時(shí)鐘頻率為40MHz，外部采用8K的EEPROM用于存儲(chǔ)用戶的參數(shù)設(shè)置和新增的部分縫制花樣,，其硬件框圖如圖1所示,。
　　TMS320C2407需要根據(jù)針桿位置傳感器對(duì)永磁伺服電動(dòng)機(jī)的初始磁場(chǎng)位置和針桿傳感器進(jìn)行定位，根據(jù)設(shè)置的縫制圖案和伺服電動(dòng)機(jī)的位置控制X軸,、Y軸步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng),，控制抬壓腳電磁鐵和剪線電磁鐵的動(dòng)作。

　　圖1中編碼器的脈沖信號(hào)和永磁伺服電機(jī)的電流傳感器信號(hào)主要用于對(duì)永磁伺服電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制,?？刂泼姘迳系娘@示和鍵盤設(shè)置用于參數(shù)的設(shè)置和縫制狀態(tài)的顯示。

3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　根據(jù)電子套接機(jī)的實(shí)現(xiàn)功能和硬件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),，采用了自行設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),，對(duì)所需完成的任務(wù)進(jìn)行了分割，確定了各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí),，編制了特定的軟件系統(tǒng),。

3．1任務(wù)的分割
　　電子套接機(jī)需要完成如下任務(wù)，①伺服電動(dòng)機(jī)的初始磁場(chǎng)位置確定,；②針桿的初始位置確定,；③縫制圖案的初始化；④伺服電機(jī)磁場(chǎng)定向控制,；⑤伺服電機(jī)的加,、減速和速度控制；⑥步進(jìn)電機(jī)的方向控制,；⑦步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖,；⑧外部鍵盤的讀取,；⑨外部鍵盤的處理,；⑩外部顯示的更新；11抬壓腳傳感器信號(hào),、抬壓腳控制信號(hào)和縫制開始信號(hào)的讀??；12縫制開始信號(hào)的處理；13抬壓腳的控制,；14剪線電磁鐵的控制,；15故障的診斷。
　　根據(jù)上述實(shí)現(xiàn)功能,，劃分的任務(wù)如圖2所示,。
3．2任務(wù)優(yōu)先級(jí)的確定
　　初始任務(wù)：電子套接機(jī)中，初始上電時(shí),，套接機(jī)需要根據(jù)針桿位置的傳感器,，確定針桿的停針位置，永磁伺服電機(jī)也根據(jù)針桿位置傳感器確定其初始磁場(chǎng)位置,，故將任務(wù)①和任務(wù)②確定為初始任務(wù),，在初始任務(wù)完成后，系統(tǒng)才進(jìn)入實(shí)時(shí)任務(wù)的處理之中,。
　　優(yōu)先級(jí)任務(wù)1：優(yōu)先級(jí)任務(wù)1在時(shí)鐘中斷時(shí)執(zhí)行,，其包括永磁伺服電機(jī)控制矢量控制，時(shí)鐘中斷標(biāo)志,，本設(shè)計(jì)中采用計(jì)時(shí)器1用于伺服電機(jī)矢量的控制和時(shí)間優(yōu)先級(jí)為70μs任務(wù)的計(jì)時(shí)中斷，采用計(jì)時(shí)器2作為時(shí)間優(yōu)先級(jí)為15μs任務(wù)的計(jì)時(shí)中斷,；其他各任務(wù)的優(yōu)先級(jí),，如圖2所示。

3．3任務(wù)的創(chuàng)建和調(diào)度
　　電子套接機(jī)的狀態(tài)可以分為運(yùn)行狀態(tài),、Ready狀態(tài),、參數(shù)設(shè)置和修改狀態(tài)，由OS_Sys-tem（ ）任務(wù)創(chuàng)建,、刪除和調(diào)度各任務(wù),。
　　運(yùn)行狀態(tài)：在Ready狀態(tài)后，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到縫制開始信號(hào)后,，禁止OS_Ready（ ）程序,，許可OS_Make_Up（ ），由該程序根據(jù)預(yù)先確定的優(yōu)先級(jí)和時(shí)鐘脈沖,，給步進(jìn)電機(jī)方向控制,、X/Y軸步進(jìn)電機(jī)脈沖控制、伺服電機(jī)起動(dòng)和停止,、伺服電機(jī)加減速任務(wù),、抬壓腳電磁鐵動(dòng)作、剪線電磁鐵動(dòng)作等任務(wù),，發(fā)送運(yùn)行許可信息,，調(diào)度跟縫制相關(guān)的各任務(wù)的執(zhí)行,。當(dāng)縫制完成后，OS_Make_up（ ）將返回1,，OS_System（ ）將禁止OS_Make_Up（ ）程序運(yùn)行,，許可OS_Ready（ ）程序運(yùn)行。
　　Ready狀態(tài)：在Ready按鍵處理后,，OS_Sys-tern將許可OS_Ready（ ）程序,，該程序?qū)⑹紫日{(diào)度和執(zhí)行OS-Ready_Init（ ）程序，完成讀取縫制圖案的數(shù)據(jù),，如圖案的針數(shù),、X軸和Y軸步進(jìn)電機(jī)在各縫制針數(shù)時(shí)的移動(dòng)方向和步數(shù)，X軸和Y軸的縮放比例,，伺服電機(jī)的速度等任務(wù),，根據(jù)各任務(wù)的執(zhí)行時(shí)序和預(yù)先確定的優(yōu)先級(jí)、時(shí)鐘脈沖等,，為步進(jìn)電機(jī)方向控制,、步進(jìn)電機(jī)脈沖控制和步進(jìn)電機(jī)細(xì)分設(shè)置任務(wù)等發(fā)送運(yùn)行請(qǐng)求信號(hào)。OS_Ready_Init（ ）執(zhí)行完成后,，OS_Ready（ ）將調(diào)度和執(zhí)行OS_Ready_State（ ）程序,，由該程序負(fù)責(zé)根據(jù)外部傳感器的狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)，給抬壓腳控制,，步進(jìn)電機(jī)方向控制,、步進(jìn)電機(jī)脈沖控制、縫制狀態(tài)等任務(wù)發(fā)送運(yùn)行請(qǐng)求信號(hào),，完成抬壓腳動(dòng)作,、補(bǔ)針等功能。
　　參數(shù)設(shè)置和修改狀態(tài)：在OS_Ready_Request（系統(tǒng)Ready請(qǐng)求狀態(tài)）,、OS_Ready_State（系統(tǒng)Ready狀態(tài)）和OS_Makeup_Run_State（縫制狀態(tài)）都為0時(shí),，OS_System（ ）將運(yùn)行OS_Parame-ter_Set（ ）程序，由該程序負(fù)責(zé)根據(jù)鍵盤的狀態(tài)參數(shù)設(shè)置的任務(wù)為發(fā)送參數(shù)設(shè)置請(qǐng)求信號(hào),。
　　本設(shè)計(jì)中的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),，采用非強(qiáng)占式和強(qiáng)占式的分時(shí)操作系統(tǒng)方式，任務(wù)優(yōu)先級(jí)為1的任務(wù)在時(shí)鐘中斷時(shí)調(diào)用,，為強(qiáng)占式方式,，其他各任務(wù)都是在相應(yīng)的時(shí)鐘優(yōu)先級(jí)中斷信號(hào)為1時(shí)，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和任務(wù)的狀態(tài)進(jìn)行執(zhí)行,，任務(wù)優(yōu)先級(jí)2～9的任務(wù)只能在當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行完后,，再選擇任務(wù)優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，為非強(qiáng)占式,。這樣做的主要目的是為了減少系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)調(diào)度所需的時(shí)間,，減少堆?？臻g的需求，提高系統(tǒng)執(zhí)行的效率,。

4 結(jié)論
　　由于本控制系統(tǒng)中,，步進(jìn)電機(jī)的控制和剪線電磁鐵的動(dòng)作，以及永磁伺服電機(jī)的矢量控制等,，都要求較高的實(shí)時(shí)性,，為此采用了兩個(gè)時(shí)鐘中斷的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，在仔細(xì)分析了所需完成的任務(wù)和功能的基礎(chǔ)上,，采用了強(qiáng)占式和非強(qiáng)占式相結(jié)合的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)方式,，為每個(gè)不同的任務(wù)設(shè)置了相應(yīng)的時(shí)鐘優(yōu)先級(jí)，時(shí)間間隔和任務(wù)優(yōu)先級(jí),，根據(jù)時(shí)間間隔和各優(yōu)先級(jí),，以及各任務(wù)的狀態(tài)，調(diào)度和執(zhí)行各任務(wù),，使所設(shè)計(jì)的電子套接機(jī)達(dá)到了如下性能指標(biāo)：①縫紉速度200～3000r／min,，任意設(shè)置；②步進(jìn)電機(jī)最大步進(jìn)步數(shù)為50步,；③縫制的X軸,、y軸比例可任意設(shè)定；④直接永磁伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),，縫制速度穩(wěn)定,；⑤具有自動(dòng)剪線功能，上電自動(dòng)復(fù)位,；⑥多種保護(hù)功能：停止位置保護(hù)，永磁伺服電機(jī)過(guò)電流／過(guò)電壓保護(hù),，永磁伺服電機(jī)失步保護(hù),，比例設(shè)置超限保護(hù)等；⑦縫紉結(jié)束,，可靠地停止在設(shè)定的停針位置（可任意修改）,；⑧多種縫制花樣和縫制模式。
　　目前,，該控制系統(tǒng)已完成500h的單機(jī)性能實(shí)驗(yàn)和小批量生產(chǎn)的試用工作,，正在進(jìn)行批量化的生產(chǎn)準(zhǔn)備，該系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)和修改,，可用到程序控制的電腦繡花機(jī)上,。
　　總之，采用了自行設(shè)計(jì)的強(qiáng)占式和非強(qiáng)占式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)后,，使系統(tǒng)中永磁伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn),，也提高了縫紉的速度,，滿足了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求較高的需求，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)和軟件的設(shè)計(jì),，達(dá)到了較高的國(guó)際水平,。