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。

　　1 引言

　　本文采用了自主開(kāi)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(pán)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(hù)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。

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　　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(pán)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(pán)的讀取;⑨外部鍵盤(pán)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(kāi)始信號(hào)的讀取;12縫制開(kāi)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。

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　　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70 mu;s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15 mu;s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(kāi)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(pán)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(pán)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，減少堆棧空間的需求，提高系統(tǒng)執(zhí)行的效率。

　　4 結(jié)論

　　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。