基于CORTEX-M3和CAN的印染机同步控制系统

摘要：为了增加印染联合机的性能，同时实现印染联合机同步控制系统的简单化，在此采用基于CORTEX-M3内核和CAN总线的印染联合机同步控制系统。在设备选型上面放弃了以往PC机当作总控制器的设计，而是采用便携性更高的嵌入式处理器。在单元控制器方面，采用了基于ARM最新CORTEX-M3内核的处理器。它具有高的处理速度，高精度的D／A、A／D转换，以及CAN总线控制器。实验表明这种印染联合机的设计能够很好地实现系统同步控制，同时降低了成本，以及开发难度。
关键词：CORTEX-M3；CAN总线；同步控制；嵌入式处理器

0 引言
随着社会生活的发展，人们对现在的印染品的要求也越来越高，特别是布匹与包装外壳，那么对现代印染工艺的要求也越来越高。随着工艺的增加，对印染设备是个不小的挑战，这里面最主要的是大型印染联合机中多电机的同步控制问题。
在印染设备中，电机的同步控制主要有3方面决定：一是处理器对张力传感器数据的处理速度，以及电机对张力传感器的反应速度；二是不同的电机组之间机械性能的差异以及它们产生的实时同时控制问题；三是控制单元与各电机组之间的通信问题，包括速率，抗干扰等。传统印染联合机的做法是采用单片机加AD／DA芯片进行数据的处理与执行，也有为了提高数据的处理能力而采用DSP加单片机的做法。随着现在技术的发展，在研究了基于ARM的CORTEX-M3内核的处理器加CAN总线的分总系统设计方法。
总控制器和单元控制器，采用ST公司推出的基于ARM公司Cortex-M3核的STM32F103芯片尝试进行新的设计。这种设计在提高系统性能的基础上降低了成本同时实现了与现有印染设备的对接问题。

1 系统设计
1．1 系统结构设计
根据现有印染行业的印染联合机的具体情况，主要针对其控制系统进行改进。
在大型印染联合机的设计中，主要考虑的是多电机的同步控制问题，需要保证布匹在传送的过程中要平稳，不能因为电机的不同步而造成张力过大从而使布匹过度拉伸，也不能因为张力的不足而造成布匹的褶皱。在大型印染联合机中根据工艺的复杂与简单，需要同步的电机从8个到40多个不等，采用CAN总线网络保证了可以根据工艺的不同自主的扩展单元控制器的个数。系统设计框图如图1所示。

1．2 系统的组成
系统主要由主控制器，单元控制器，CAN总线网络，以及变频器组成。
主控制器是系统的主控单元，主要功能是显示和控制整个系统状态的工作状态，以及设置和调节系统的总要工作参数，如布速，张力传感器的灵敏度。协调各单元控制的工作状态。
单元控制器的功能主要是微调张力传感器的灵敏度，实时监测个张力传感器的数据，根据各张力传感器的数据调节输出电压从而调节对应电机的工作状态，同时还要应对突发状况，例如张力传感器失灵的处理，以及电机失速的处理。
1．3 单元控制器的具体设计
在设计中我采用的是基于ARM的CORTEX-M3内核的芯片-STM32f103RCT6如图2所示。它的特点有：STM32F103系列微处理器是首款基于ARMv 7-M体系结构的32位标准RISC(精简指令集)处理器，提供很高的代码效率；工作频率为72MHz，内置高达256KB的FLASH存储器和48KB的SRAM。

它内部集成了12位的A／D以及双通道的12位的D／A，还有专门面向工业控制的控制器区域网络(CAN)，它提供兼容规范2．0A和2．0B(主动)，位速率高达1 Mb／s。它可以接收和发送11位标识符的标准帧，也可以接收和发送29位标识符的扩展帧。具有3个发送邮箱和2个接收FIFO，3级14个可调节的滤波器。