摘要：詳細(xì)介紹了基于自行設(shè)計的強占式和非強占式相結(jié)合的實時操作系統(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)到了較高的國際水平。
關(guān)鍵詞：電子套接機(jī) 實時操作系統(tǒng) 永磁伺服電機(jī)

1 引言
　　我國是服裝生產(chǎn)和加工大國,，對縫制設(shè)備的需求逐年增加,，2002年度生產(chǎn)工業(yè)縫紉機(jī)370多萬臺，2004年l～11月份生產(chǎn)工業(yè)縫紉機(jī)469萬臺,。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，內(nèi)存16種套接模式,。大連服裝機(jī)械廠為德國DurkoppAdler定牌生產(chǎn)的電子套接機(jī)采用的是德國提供的伺服系統(tǒng),，它在國內(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)動器,，研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)電子套接機(jī)控制系統(tǒng),，該電子套接機(jī)達(dá)到或接近國外樣機(jī)的性能指標(biāo)。由于采用自行設(shè)計的伺服電機(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)的編程方式難以實時完成如此多的任務(wù)，并且由于實時性要求較強的特定,，不能移植像UC/OSⅡ這樣的嵌入式實時操作系統(tǒng),，為此本文采用了自行設(shè)計的實時操作系統(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
　　電子套接機(jī)的控制核心采用TI公司的TMS320C2407,，其時鐘頻率為40MHz，外部采用8K的EEPROM用于存儲用戶的參數(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)針桿位置傳感器對永磁伺服電動機(jī)的初始磁場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機(jī)的位置控制X軸,、Y軸步進(jìn)電機(jī)的移動,，控制抬壓腳電磁鐵和剪線電磁鐵的動作。

　　圖1中編碼器的脈沖信號和永磁伺服電機(jī)的電流傳感器信號主要用于對永磁伺服電機(jī)的磁場定向控制,?？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實時操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計
　　根據(jù)電子套接機(jī)的實現(xiàn)功能和硬件的結(jié)構(gòu)特點,，采用了自行設(shè)計的實時操作系統(tǒng),，對所需完成的任務(wù)進(jìn)行了分割,，確定了各個任務(wù)的優(yōu)先級，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伺服電動機(jī)的初始磁場位置確定；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,、抬壓腳控制信號和縫制開始信號的讀?。?2縫制開始信號的處理,；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)上述實現(xiàn)功能,，劃分的任務(wù)如圖2所示。
3．2任務(wù)優(yōu)先級的確定
　　初始任務(wù)：電子套接機(jī)中,，初始上電時,，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)入實時任務(wù)的處理之中,。
　　優(yōu)先級任務(wù)1：優(yōu)先級任務(wù)1在時鐘中斷時執(zhí)行，其包括永磁伺服電機(jī)控制矢量控制,，時鐘中斷標(biāo)志,，本設(shè)計中采用計時器1用于伺服電機(jī)矢量的控制和時間優(yōu)先級為70μs任務(wù)的計時中斷，采用計時器2作為時間優(yōu)先級為15μs任務(wù)的計時中斷,；其他各任務(wù)的優(yōu)先級,，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),。
　　運行狀態(tài)：在Ready狀態(tài)后,，當(dāng)系統(tǒng)檢測到縫制開始信號后，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)先級和時鐘脈沖，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)起動和停止、伺服電機(jī)加減速任務(wù),、抬壓腳電磁鐵動作,、剪線電磁鐵動作等任務(wù)，發(fā)送運行許可信息,，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（ ）程序運行,，許可OS_Ready（ ）程序運行。
　　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)時的移動方向和步數(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)行時序和預(yù)先確定的優(yōu)先級、時鐘脈沖等,，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)送運行請求信號。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)送運行請求信號，完成抬壓腳動作,、補針等功能,。
　　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,，OS_System（ ）將運行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)置請求信號。
　　本設(shè)計中的實時操作系統(tǒng),，采用非強占式和強占式的分時操作系統(tǒng)方式,，任務(wù)優(yōu)先級為1的任務(wù)在時鐘中斷時調(diào)用，為強占式方式,，其他各任務(wù)都是在相應(yīng)的時鐘優(yōu)先級中斷信號為1時,，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和任務(wù)的狀態(tài)進(jìn)行執(zhí)行，任務(wù)優(yōu)先級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)先級較高的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，為非強占式,。這樣做的主要目的是為了減少系統(tǒng)優(yōu)先級調(diào)度所需的時間,，減少堆棧空間的需求,，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作,，以及永磁伺服電機(jī)的矢量控制等,，都要求較高的實時性，為此采用了兩個時鐘中斷的實時操作系統(tǒng)設(shè)計方式,，在仔細(xì)分析了所需完成的任務(wù)和功能的基礎(chǔ)上,，采用了強占式和非強占式相結(jié)合的實時操作系統(tǒng)方式，為每個不同的任務(wù)設(shè)置了相應(yīng)的時鐘優(yōu)先級,，時間間隔和任務(wù)優(yōu)先級,，根據(jù)時間間隔和各優(yōu)先級，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,，縫制速度穩(wěn)定,；⑤具有自動剪線功能，上電自動復(fù)位,；⑥多種保護(hù)功能：停止位置保護(hù),，永磁伺服電機(jī)過電流／過電壓保護(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)性能實驗和小批量生產(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)計的強占式和非強占式的實時操作系統(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)實時性要求較高的需求，簡化了系統(tǒng)和軟件的設(shè)計,，達(dá)到了較高的國際水平,。