本發明屬于智能制造
技術領域：
，特別涉及一種基于ARM-FPGA的自動繞線機控制系統。
背景技術：
：繞線機是一種繞制線圈的自動化設備，常用的電子產品如電動機線圈、變壓器、電磁閥、點火線圈、RFID等都是通過繞線機生產的。繞線機由基座、剪/夾線機構、運動控制系統、絲桿及排線裝置等部件構成。繞線的基本動作包括進料、纏頭、繞線、纏尾、剪線、退料等。繞線機目前均已實現自動控制，既預先編寫好繞線動作，以G代碼文件形式存儲于運動控制卡的存儲器中。加工時，選擇目標型號產品的繞線代碼執行加工。目前關于全自動繞線機的專利，CN201520212963.8全自動繞線機控制系統，提到使用CAN總線，CAN總線的通信復用效率沒有FSMC總線高。CN201420086600.X通用型繞線機控制器，提到以單片機為核心，其結構精度差，反應慢，難以滿足工業應用。技術實現要素：本發明的目的是克服現有繞線機控制系統采用單核心、控制精度低的缺陷，通過雙芯片設置提高繞線機控制系統的存儲原件數量，并提高了控制精度和反應速度。本發明提供的技術方案為：一種基于ARM-FPGA的自動繞線機控制系統，包括：上層控制模塊，其包括ARM芯片，人機交互模塊以及SD卡插槽，所述人機交互模塊和SD卡插槽分別與ARM芯片連接；人機交互模塊上設置RS232串行通信接口；下層控制模塊，其包括FPGA芯片和I/O控制模塊，所述I/O控制模塊與FPGA芯片連接；所述ARM芯片與FPGA芯片通過FSMC總線進行通信；所述人機交互模塊的RS232串行通信接口9個針腳分別依次連接NC，PA9，PA10，NC，GND，NC，NC，NC，NC；所述ARM芯片與SD卡插槽的管腳連接關系為：ARM芯片PC10腳與SD卡插槽DAT2腳連接，ARM芯片PC11腳與SD卡插槽DAT3腳連接，ARM芯片PD2腳與SD卡插槽CMD腳連接，ARM芯片VDD腳與SD卡插槽3V3腳連接，ARM芯片PC12腳與SD卡插槽CLK腳連接，ARM芯片VSS腳與SD卡插槽GND腳連接，ARM芯片PC8腳與SD卡插槽DAT0腳連接，ARM芯片PC9腳與SD卡插槽DAT1腳連接，ARM芯片PG8腳與SD卡插槽CD腳連接，ARM芯片GND腳與SD卡插槽GND腳連接。優選的是，所述ARM芯片，人機交互模塊、SD卡插槽、FPGA芯片和I/O控制模塊均設置在電路基板上。優選的是，所述電路基板上還設置有電源模塊。優選的是，所述電源模塊能夠提供5V直流電。優選的是，所述人機交互模塊與觸摸屏連接。本發明的有益效果是：本發明能夠提高繞線機控制系統的存儲原件數量，并提高控制精度和反應速度。降低繞線機的操作難度，提高產品質量和機器平均無故障時間，具有良好的現實意義。附圖說明圖1為本發明所述的基于ARM-FPGA的自動繞線機控制系統的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。如圖1所示，本發明提供了一種基于ARM-FPGA的自動繞線機控制系統，包括電路基板110，在電路基板110上設置有電源模塊120，用于為整個控制系統供電。在電路基板110上設置有上層控制模塊和下層控制模塊。其中，上層控制模塊包括ARM芯片130、人機交互模塊140、SD卡插槽150；下層控制模塊包括FPGA芯片160、I/O控制模塊170以及電機伺服器的I/O。所述電路基板110上還設置有FSMC總線160，使ARM芯片130與FPGA芯片160通過FSMC總線180實現通信。ARM芯片130為MCU內核：STM32F103ZET6，安裝RT-Thread操作系統。所述人機交互模塊140采用Rs-232串行通信方式的擴展接口，可與觸摸式控制屏連接，采用MODBUS通信協議。FSMC總線160為“靜態存儲器控制器”，是內置于大容量STM32F的外部存儲器控制器，本系統使用其中的PSRAM控制器，與FPGA實現通信，增加了系統的實時性，確保了電機運動的可靠性和加工動作的準確性。SD卡插槽150與ARM芯片130采用對應管腳直連的方式，使用FATfs文件系統。本發明使用ARM與FPGA雙核心結構，SD卡取代了通常的U盤+FLASH文件存儲、拷貝模式，ARM與FPGA兩個芯片通過FSMC總線實現通信。繞線機控制動作G代碼文件存儲于可插拔SD卡中，更改或拷貝G代碼文件，只需把SD卡拔出，通過讀卡器插入電腦中，使用電腦直接操作文件。操作系統接到指令，選擇讀取SD卡中的某一個G代碼文件，按照G文件內容，逐行解釋位置坐標和對應接口開關信息，賦值給對應封裝函數，再通過FSMC總線對FPGA對應地址讀取或賦值，實現對電機的控制。本發明能夠翻譯G代碼文件，并與FPGA通信，執行文件信息。其中，ARM芯片130與人機交互模塊140之間的之間管腳關系為：ARM芯片130與SD卡插槽150之間管腳關系為：編號引腳連接編號引腳鏈接1PC10–DAT22PC11–DAT33PD2–CMD4VDD–3V35PC12–CLK6VSS–GND7PC8–DAT08PC9–DAT19PG8–CD10GND–GNDARM芯片130與FPGA芯片160之間管腳關系：本發明提供的基于ARM-FPGA的自動繞線機控制系統使用時，首先通過觸摸屏與系統進行通信，ARM中安裝RT_thread操作系統，建立MODbus協議網絡通信線程“thread_entry_ModbusSlaverPoll”，驅動串口USART1，觸摸屏通過串口與系統建立連接，文件名稱和數量可以顯示在觸摸屏幕中，通過點擊文件，可以執行該文件。文件系統的掛載：繞線機運動的動作指令以文件形式保存在SD卡中，操作系統掛載SD卡“dfs_mount("sd0","/","elm",0,0)”，掛載成功后，系統可以“elm文件系統”讀取SD卡中的文件，用戶通過觸摸屏選擇讀取存儲在SD卡中的某一個繞線程序文件，執行該文件內容。G代碼編譯器的使用：運動指令文件讓系統獲取具體的動作信息，必須使用G代碼解析器，編譯器由1個解釋器核心和4個調用接口構成。解釋器核心包含115個核心函數，調用接口分別包含11個控制函數、9個信息反饋函數、53個規范化加工函數和22個外部信息反饋函數。系統單獨為其建立一個“Gcode”文件夾，存放編譯器的兩個核心文件canon_pre.c和rs274ngc_pre.c以及一個外部文件driver.c。RS274_NGC編譯器的程序運行可分為讀取和執行兩個步驟。讀取時，外部驅動函數調用rs274ngc_read解釋器函數,從文件中讀取一行G代碼,首先做詞法和語法檢查,將代碼所包含的指令信息存入包含該信息的數據結構參數中；執行時外部驅動函數調用rs274ngc_execute函數。針對每一種動作，建立對應的運動函數，將文件中動作的參數傳給FPGA，，speed、pulse分別為速度和脈沖的數量。ARM與FPGA通信：FSMC的全稱是“靜態存儲器控制器”，是內置于大容量STM32F的外部存儲器控制器。它包括4個模塊：AHB接口、NOR閃存和PSRAM控制器、NAND閃存、PC卡控制器和外部設備接口。FSMC總線的PSRAM控制器可以作為FPGA的控制區間，把FSMC提供的FSMC_A[25:0]作為地址線，而把FSMC提供的FSMC_D[15:0]作為數據總線實現ARM與這些模塊的通信與控制。通信建立后，建立FPGA各個存儲空間的賦值函數，與ARM中的運動函數對應。FPGA控制伺服電機運動方式：FPGA主要負責插補算法，位置控制，速度控制，脈沖信號，方向信號產生，編碼信號的譯碼和擴展通用I/O的處理。包括二個基本的邏輯模塊:組合邏輯模塊、時序邏輯模塊和譯碼邏輯模塊。利用這二種模塊實現譯碼、倍頻、計數、脈沖分配、定時、串口擴展等功能。脈沖發生器作為運動控制器脈沖輸出的重要組成部分。采用現場可編程門陣列FPGA實現脈沖發生器，便十調試，靈活性大。該模塊用十將插補計算出來的脈沖數，以一定的周期和脈沖數發送給伺服電機。模塊有兩個16位的寄存器，分別是脈沖周期寄存器(Counter-me)和插補周期寄存器。另外，模塊的方向信號通過GPIO直接實現，控制伺服電機轉動方向。系統復位后各個寄存器清零，進入閑置狀態。當定時中斷信號發生以后，FPGA裝載脈沖周期寄存器、插補周期寄存器和設置方向信號，進入脈沖發生狀態。處十脈沖發生狀態時，脈沖周期計數器會以輸入的值為模從零開始循環累加，如果計數器值計滿溢出時，計數器溢出標志電平置高(初始脈沖為低電平)，溢出的后一個時鐘周期，計數器溢出標志電平又重新置低。在脈沖周期計數器之后連接一個D觸發器(dfft)，實現脈沖周期計數器的溢出標志從0到1跳變一次，脈沖輸出電平相應變化一次。脈沖周期計數器每次置計數值時前復位計數器。插補周期計算器與脈沖周期計算器原理相同，只是置入的值為插補周期對應的值。當訓一算器從計算值減至0時，該寄存器會輸出一個從低到高的電平鎖住脈沖周期計數器，使其停止計數。同樣，插補周期計算器也在置計數值時復位。為了對伺服電機進行閉環控制，必須把伺服電機的運動信息反饋給微處理器，因此FPGA分別添加了主軸電機和各軸伺服電機編碼計數模塊。在本系統中，使用的伺服電機采用增量式光電編碼器。從光電編碼器反饋輸出的A,B兩相脈沖，其在一個周期都有4種狀態，即00,01,10,11，這樣在每次狀態變化時都對電動機的反饋脈沖進行計數，在一個周期內就有4次計數，從而實現了電動機計數的四倍頻:在電動機正轉時，A,B兩相脈沖變化有以下4種:00->10,10->11,11->01,01->00:電動機反轉時，A,B兩相脈沖也有4種變化:00->01,0l->11,11->10,10->00。根據A,B兩相脈沖狀態變化的關系就可以得到電動機的轉向。當電動機不動時，A,B兩相脈沖沒有變化。這種情況下，不需要對光電編碼器的反饋脈沖進行四倍頻，方向也保持不變。盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。當前第1頁1 2 3