CN106702620A - 一种缝纫机控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缝纫机控制***，包括：MCU模块，电源模块，电机驱动模块及其隔离电路，电流检测电路，FO反馈及其隔离电路，电机，位置反馈电路，刹车电路，手动到缝输入口，针位检测电路，脚踏检测电路，电磁铁控制驱动，人机界面。本发明所述的缝纫机控制***，采用直流无刷控制***；可以根据实际需要将多台机器联网，实现物联网。管理者能够很方便的看到任何一台机器的运行状况，管理起来非常方便，该***对操作人员的技术水平也没有过高的要求，适合于各种规模制衣厂。
Description
本发明属于缝纫机自动化控制领域，尤其是涉及一种缝纫机控制***。
背景技术
随着市场和消费结构的不断调整，中低速的工业缝纫机已经不能满足生产需求，缝纫机正向着高速化、系列化方向发展；越来越多的电子、电脑技术在缝纫机上得到广泛的应用。目前的电脑控制式缝纫机，虽然在一定程度上可以实现智能控制，提高生产效率，减少操作难度；但是也存在较多问题，比如说固定设置的缝制参数不能满足精细化缝制的要求；网络化程度不高等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缝纫机控制***，解决现有技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种缝纫机控制***，包括：
MCU模块，电源模块，电机驱动模块及其隔离电路，电流检测电路，FO反馈及其隔离电路，电机，位置反馈电路，刹车电路，手动到缝等输入口，针位检测电路，脚踏检测电路，电磁铁控制驱动，人机界面；所述MCU模块与电源模块，电机驱动模块及其隔离电路，电流检测电路，FO反馈及其隔离电路，位置反馈电路，刹车电路，手动到缝等输入口，针位检测电路，脚踏检测电路，电磁铁控制驱动，人机界面电信号连接；所述电机与位置反馈电路及电流检测电路电信号连接。
进一步的：所述控制***还包括：WIFI通信模块，所述WIFI通信模块与MCU模块电信号连接。
进一步的：所述控制***还包括：步进电机接口。
本发明所述的缝纫机控制***，采用直流无刷控制***；可以根据实际需要将多台 机器联网，实现物联网。管理者能够很方便的看到任何一台机器的运行状况，管理起来非常方便，该***对操作人员的技术水平也没有过高的要求，适合于各种规模制衣厂。本发明所述的缝纫机控制***，具有高可靠性、安全性好、启停响应快、能耗低等特点。
附图说明
图1为本发明实施例所述的缝纫机控制***整体结构示意图；
图2为本发明实施例所述的整流及软启动电路原理图；
图3为本发明实施例所述的交流检测电路原理图；
图4为本发明实施例所述的低压部分开关电源原理图；
图5A-B为本发明实施例所述的磁铁控制部分用电源电路示意图；
图6A-D为本发明实施例所述的隔离、FO反馈及驱动部分的具体实现电路示意图；
图7为本发明实施例所述的位置反馈电路示意图；
图8为本发明实施例所述的针位检测电路示意图；
图9为本发明实施例所述的刹车电路；
图10为本发明实施例所述的手动到缝等输入端口原理图；
图11为本发明实施例所述的脚踏检测电路实现原理图；
图12为本发明实施例所述的保护电路原理图；
图13为本发明实施例所述的电磁铁控制驱动原理图；
图14为本发明实施例所述的WIFI模块与客户端的连接示意图；
图15为本发明实施例所述的MCU******电路；
图16为本发明实施例所述的显示及按键电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1缝纫机控制***框图所示；整个***可粗略分成15个模块，图中标识出了缝纫机各个模块之间的大致连接关系。本***包含电源模块、MCU模块，电机驱动模块及其隔离电路，电流检测电路、FO反馈及其隔离电路、电机、位置反馈电路、刹车电路、手动到缝等输入口、针位检测电路、脚踏检测电路、电磁铁控制驱动、人机界面和WIFI模块组成。***可实现手动/自动到缝、自动剪线、挑线、脚踏识别等功能。本***还附带一个步进电机接口可用于扩展其它功能。本实施例各个模块的介绍如下：
电源模块
电源模块在在任何电路中都是不可或缺的，但是缝纫机的电源模块对电源的功率及效率都是有要求的，如果所设计原理图的不好再加上在PCB布板时候的局限，会造成所设计出来的电源噪声大、电源利用率低等情况。
如图2所示的镇流及软启动电路原理图所示。CON4接到220V市电，从图中可以看出AC-L和AC-N分别接到了CON4的1脚和3脚，CON4的2脚需要接到大地。FUSE1和FUSE2均为熔断型保险丝当***电流过大如后级短路则将这两个保险管熔断；RA1为防***、VS6和VS7分别为压敏电阻与RA1一起作用可以避免在遇到雷击的时候将后级电路损坏；C49、C50为Y电容，C55为X电容，Y电容和X电容在现在的电子产品中已经广泛应用，再次不在对其作用进行说明；VS8也为保护电路的一部分防止端口电压过高。
VS9是一个PTC，联合RLY1继电器、D8组成了软启动控制开关LED7和R41为启动指示，在启动时VS9作用防止后级电流持续过大，当***稳定后继电器动作，电流不经过VS9而通过继电器给电流提供回路。电路中L2为共模电感，用来防止电网的噪声干扰后级电路也防止电路自身的噪声传输到电网上；C57和C61、C70分别为X电容和Y电容；D17为整流块；E6、E8为+300V滤波电容，R114为整流电路的假负载，避免了模块电路空载的情况。
这样设计的优点为电源会比较稳定，抗干扰能力较强。
如图3所示的交流检测电路原理图所示此电路主要检测前级的输入交流电信息，交流检测端口直接接到MCU端口，MCU通过读取该端口的值可以方便的得到电网电压的频率和幅值信息。在正常工作时在交流电的一个周期内必定有小于半个周期的时间可以使得PQ3工作；另外可以通过调节R2、R3、R105的参数可以使得电网电压小于一定值得时候让PQ3不能进入正常工作状态来让***做出相应的动作。
此电路在***中的好处是MCU能实时的掌握当前电网电压的变化情况，通过软件让整个***做出相应的动作，提高了***的稳定性。
开关电源模块电路
本缝纫机***做了2个开关电源，一个专门负责低压部分的开关电源模块，另一个专门负责电磁铁控制部分的开关电源模块，下面将对各个电源进行逐个分析。
如图4所示的低压部分开关电源原理图所示，此电源主要由变压器T1、光耦PQ7、开关电源芯片IC11以及二极管和一些阻容器件组成。
从T1的线圈个数可知此电源有1路输入，4路输出。图中由副边绕组(变压器的8、9脚)经D21整流后在RJ15、RJ16、RJ17、RJ18及C48、IC5的作用下给PQ7的控制端一个电压使得IC11的FB脚得到一个参考电压，本电路中IC11可选用VIPer22A芯片做开关器件，也可用其它型号的模块电路，VIPer22A的工作原理请参见其规格书。当上电后IC11在内部开关频率下对其变压器T1进行操作使得各个副边绕组上有一个初始电压；再通过与FB引脚的电压相比较控制内部开关管的导通宽度，这样电源就实现了一个闭环自调节的功能，也使得副边电压处在一个理想值。本电路在***中共提供了4种电压值：VDD、+15V、+12V、开关电源采样电压以及由+12V转换过来的+5V和+5VDD。
如图5所示的磁铁控制部分用电源所示。由于缝纫机要完成挑线、剪线、压脚、到缝等功能需要驱动电磁铁都比较大所以本***专门为能够驱动较大的电磁铁单独做了一路电源。
从图5A电磁铁专用电源主回路部分可以看到，T7为变压器，TR1为开关管；电路一共有2组电压输出，一路经整流滤波后为启动电压给图5B中的开关电源芯片供电；另一路为几个副边绕组并联后的输出，经D55整流，由滤波电路进行滤波得到一路独立的电源后供给后级电路，一般的这一路电源为24V或者为36V，本次只针对24V电源进行讲解。LED6、R160为电源指示灯电路，当这一路电压正常时LED6会常亮，方便后续检修。
从图5B电磁铁专用电源自调整部分可以看出，在副边对电压取样，若任何一端电压对地点位偏离太多，IC18的作用下会使得D31或者D34正向导通。使得光耦PQ1工作带动开关电源模块U1的COMP引脚点位下降，从而使得U1调节内部的开关占空比并从VO脚输出，控制图5A中的开关管TR1，实现闭环控制。图5B中U1可以选择UC3842做为开关管的驱动芯片，关于UC3842的工作原理和使用说明请参见其规格书。
图5可以看到还有一个端口24V输出控制，这个是来自MCU的控制信号，可以根据实际场合实现开启、关断24V电源的操作。
这样设计的优点在于***不仅可以在硬件上自调节电源，还可以根据实际情况将在不需要+24V电源时将+24V电源关断，节约电能。
电机驱动模块及电流检测电路
总所周知在MCU端口出来的信号是弱信号，在缝纫机***中需要驱动电机这种大功率的东西必须要使用放大电路将信号放大后再去控制电机。如图1中的框图说述，图6为框图1中隔离、FO反馈及驱动部分的具体实现电路。当信号从MCU出来后分别接到U+、U-、V+、V-、W+、W-端口上，信号在经过光耦后电机驱动信号与MCU隔离，在经过反相器IC10后分别接到IPM1的驱动输入端口，经IPM1内部进行功率放大后对电机进行驱动。
可以看到在IPM1模块的U相和W相到电机的相线上分别串接了IC2和IC3。这两个芯片均为电流检测芯片，它们的输出端均接到MCU的AD口，用来实时监测流过电机的电流。
当电机短路，或者其它异常情况发生后MCU会冲U相电流IN或者W相电流IN端口得到一个不合理的值传输到MCU端口；若情况比较危险时则IPM1模块会在其FO引脚触发一个FO信号，FO信号经过Q3放大、PQ6隔离后传输到MCU的中断脚。当MCU接到这些信号后立即做出相应的控制，消除异常。图中IC9为电源芯片为光耦和反相器供电。
位置反馈电路
缝纫机中用到的电机为三相带霍尔的电机，MCU需要先读取霍尔的状态，再根据相应的状态发出对应的电机驱动信号。
图7所示为位置反馈电路：U信号、V信号、W信号为来自电机内部的霍尔信号，R135、R133、R137为上拉电阻，R132、R134、R136为隔离电阻，二极管D44～D46为保护用二极管，防止出现过高的电平损坏IC12，C67～C69为滤波用。信号经过IC12后传输到MCU。MCU读取编码器Vin、编码器Win、编码器Uin的状态判断当前电机的状态。
针位检测电路
本***中设计了上下两个针位，MCU可以根据读取上下针位的信息，而准确的判定当前电机所在的位置。完成转半圈等动作。
如图8所示的针位检测电路，针A、针B、A相、B相均为信号输入端口，来自上下针位位置传感器的信号从此端口输入；A相、B相为预留端口，其工作原理与位置反馈电路一致。在此不再一一说明。
刹车电路
在缝纫机***中，刹车动作是较常用的一个操作，由于在刹车时对于***中多余的能量应该采取一个机制使其能够很快泄放掉。
如图9杀车电路原理图所示。CON6端口接一个大功率的刹车电阻，在未进行刹车电动作时R110上面会存在压降使得PQ4工作，使得与MCU连接的刹车电路检测端口有一个高电平“1”存在。当***需要进行刹车动作时，从MCU的刹车放电端口给出一个低电 平“0”，三极管Q10饱和导通使得PQ5动作，进而带动M7导通；电压降到一定值的时候R110上电压小于Q6的开启电压，PQ4将不工作，此时MCU端口会变成低电平“0”。当MCU的刹车电路检测端口检测到低电平后便可认为刹车电阻放电完成。
这样设计的好处一方面是在进行刹车动作时防止线圈中的反电动势对***造成损坏，另一方面将母线上的能量释放后能够让电机迅速停止转动。
手动到缝等输入端口
手动到缝开关、脚踏控制、立式脚踏识别等选择开关为使用者提供了更多便捷的选择，操作者可以根据自己的需要对此端口进行操作DIY出自己喜欢的风格。
如图10手动到缝等输入端口原理图所示，本***设置了手动到缝开关、压脚控制开关、立式压脚识别等选项。也可以根据实际需求扩展出更多的功能端口。
下面以立式脚踏识别为例进行分析，当未启用立式脚踏功能时，其输入端(立式脚踏-识别)为高电平“1”，三极管Q13饱和导通，与MCU相连的端口(立式脚踏识别)为低电平“0”。
若打开启用立式脚踏功能时，此输入端口通过开关与地相连，此时Q13处于截止状态，MCU的输入端口为高电平“1”。MCU通过读取此端口的值从而知晓当前脚踏模式。
这种设计较为人性化，可以根据用户自身喜好量身定制。
脚踏检测电路
由于操作***的人需要根据自己的实际情况控制当前缝纫机电机的转动的快慢，传统的缝纫机需要用脚踩，通过机械力让机器转动，本发明保持了用脚踩的传统，但是只需要像踩汽车油门式的对***进行操作就好。***通过检测踩踏的幅度来调整当前电机的速度。
这样设计的即保持了原有缝纫机的操作特性，又在一定程度上减轻了操作者的工作量，使得操作者在操作起机器时更加的便捷。
如图11脚踏检测电路实现原理图所示速度AD为输入端口，接到脚踏的信号输出口， 没有才脚踏时，脚踏信号为0V，当踩下脚踏时此端口将会产生一个电压，经过IC16的电压跟随后送到MCU的脚踏AD引脚。MCU通过读取这个值相对应的输出PWM波控制电机转动，其速度快慢以踩下脚踏的幅度给定。
3.7保护电路
当***发生短路故障时，为了保证安全，设计了过流硬件保护电路。如图12保护电路原理图所示，当24V电源发生短路时，VSS端电位升高，使得IC14A触发其1脚输出低电平“0”，经电容E5耦合使得7脚输出为低电平“0”。此时三极管Q12饱和导通，使得IC7输出迅速变为高电平“1”，此信号被送到MCU后立即执行停机动作，并通过显示板发出警报指示。
电磁铁控制驱动
由于需要执行挑线剪线等动作，需要驱动较大的电磁阀，MCU的I/O没有太大的驱动能力，因此设计一个电磁铁驱动电路很有必要。具体实现电路如图12电磁铁控制驱动原理图。
图13中IC13的输入端分别接到了MCU的剪线控制、挑线控制、到缝控制、压脚控制、电磁铁PWM控制、预留控制端口。如当需要进行剪线动作时，MCU的挑线端口输出一个低电平“0”，经反相器IC13后4脚输出为高电平“1”；使得MOS管M3导通，此时挑线的电磁铁动作，完成挑线动作。
从图中可以看出，当保护电路动作后，其过流网络均为低电平“0”，使得即使MCU输出低电平让电磁阀工作的时候电磁铁也不会发生动作，保证了在发生故障时不将故障范围扩大。
WIFI模块
如今物联网技术的应用越来越广泛，这也将是今后的趋势，管理者只需在终端移动平台上进行设置便可轻松管理整批设备，也可以很方便的查看每台设备的性能及没日的工作量等信息。
为了方便设计可以采用目前市场上较为通用的WIFI模块(图14)，进行个性化设置后便可使用。本***中的WIFI模块完成的功能是将每台机器与主机可靠的通信，主机采取WIFI广播的方式查询，与其地址相同的一台机器做出回应，若是某台机器出现了故障时也会通过主动广播的形式让主机接收到故障信息。管理者只需要在***客户端查看相关信息便可知道当前机器的故障状况。具体通信方法需软件按照WIFI通信协议执行；WIFI模块与MCU的通信方式可采用UART通信模式或其它通信模式。
3.10MCU******电路
此部分电路主要包括MCU及外挂ROM、时钟电路、复位电路、UART通信电路。
如图15 MCU及******电路所示，X1、R43、C17、C19为MCU的外部晶振电路，因为MCU内部的RC振荡器存在频率不稳定的固有特性，为了保证***时钟的准确性，故采用外部石英晶体振荡；IC4为MCU芯片。
CN4为MCU对外的UART通信接口电路，本***中用来接WIFI模块；CN1为MCU的烧录口端口，用于烧写软件和在线调试用；D20、R32、C16、E14、C33为MCU的复位电路，使得在上电时能后让MCU复位动作；C32、C59、C103、C105、C106、C41、E25为MCU的电源端口滤波电路；U2、C58、R97、R98为外部ROM电路，用来存储机器的历史数据；IC15为MCU供电的电源芯片，将+5V电压转换为+3.3V，E24和C31为3.3V电源部分的滤波电容。
3.11显示及按键电路
人机界面是任何***中体现人性化程度的最直观的体现。考虑到缝纫机的成本要求，本***采用了一个六位八段数码管进行显示、6个LED指示灯、12个按钮输入。这样设计的好处是极大限度额利用硬件资源，配合软件完成按键信息的输入。
如图16显示及按键电路所示，CNA端口为来自MCU主控板的信号，其工作原理为：
将DISP_CS端口使能，使得芯片UA和UB使能，再通过DISP_CLK端口和DISP_DAT端 口进行操作使得数据传输到UA、UB的输出端，驱动相应的三极管工作，使得LED灯亮。此方式为动态显示，若有按键按下则在DISP_KEY1或者DISP_KEY2端口会得到一个低点平“0”，MCU再通过查询当前送出的值判断是具体哪一个按键按下，从而进行相应的动作。
本***在实际应用时稳定性高，电能消耗小、噪音小、体积小而轻，速度控制精确，能够实现电机的半圈转动操作，除此之外本***只用到1个MCU，在成本上也很有优势。
特别是引用了WIFI模块创建物联网平台后在集团管理方面有很突出的优势。本***操作简单，对操作者没有过高的技术要求，适用于各个规模的制衣厂。
再次，电路中的保护很完善，如果遇到突发故障，单机***能够自我保护，并通过WIFI向客户端提出警示，通知管理者排除故障。
Claims (4)
1.一种缝纫机控制***，其特征是：所述控制***包括：
MCU模块，电源模块，电机驱动模块及其隔离电路，电流检测电路，FO反馈及其隔离电路，电机，位置反馈电路，刹车电路，手动到缝输入口，针位检测电路，脚踏检测电路，电磁铁控制驱动，人机界面；所述MCU模块与电源模块，电机驱动模块及其隔离电路，电流检测电路，FO反馈及其隔离电路，位置反馈电路，刹车电路，手动到缝等输入口，针位检测电路，脚踏检测电路，电磁铁控制驱动，人机界面电信号连接；所述电机与位置反馈电路及电流检测电路电信号连接。
2.如权利要求1所述的缝纫机控制***，其特征是：所述控制***还包括：WIFI通信模块，所述WIFI通信模块与MCU模块电信号连接。
3.如权利要求1所述的缝纫机控制***，其特征是：所述控制***还包括：步进电机接口。
4.如权利要求1所述的缝纫机控制***，其特征是：所述电机为直流无刷电机。
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