喷气织机监测器的设计

第２５卷第５期　天津工业大学学报　Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．５　０ｃｔｏｂｅｒ　２００６　２００６年ｌＯ月　ＪｏＵＲＮＡＬ　ｏＦ　ＴＩＡＮＪＩＮ　ＰｏＬＹＴＥＣＨＮＩＣ　Ｉ　ｉⅣＥＲＳＩＴＹ　喷气织机监测器的设计　董德义，张牧　（天津工业大学计算机技术与自动化学院，天津３００１６０）　摘要：采用飞利浦Ｐ８９Ｃ５９１作为核心芯片，结合实时钟、看门狗、掉电检测等电路，设计了喷气织机生产数据监测　器，并通过ＣＡＮ总线实现了和上一级系统的通信．文中介绍了其硬件结构和软件设计方法．　关键词：喷气织机；监测器；Ｐ８７Ｃ５９１；ＣＡＮ总线　中图分类号：ＴＳ１０３．６４；ＴＳ１０３、３３７．１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—０２４Ｘ（２００６）０５—００６２—０３　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａｉｒ　ｊｅｔ　ｌｏｏｍ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｄａｔａ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ＤＯＮＧ　Ｄｅ．ｙｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｍｕ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００１６０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｌｏｏｍ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｄａｔａ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｔａｉｎｓ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｃｕｒｃｕｉｔ，ｗａｔｃｈ—ｄｏｇ　ｃｕｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ—ｆａｉｌ　．ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｕｒｃｕｉｔ，Ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ＣＡＮ　ｂｕｓ．Ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｉｒ　ｊｅｔ　ｌｏｏｍ；ｍｏｎｉｔｏｒ；Ｐ８７Ｃ５９　１；ＣＡＮ　ｂｕｓ　随着喷气织机的普及，国内外出现了很多织机监　测系统．大多数系统的监测器都采用轮巡方式进行数　据通信，系统响应慢，系统对５００台织机巡检一次，一　Ｗａｔｃｈｄｏｇ　及Ｅ　ＰＲＯＭ　Ｐ８７ｃ５９　电压监控　般都要４～５　ｍｉｎ．针对这种情况，设计了基于ＣＡＮ总　线的监测器．ＣＡＮ总线能有效支持分布式监测和实时　控制的串行通信网络，尤其特别适合基于单片机的分　布式系统．它具有使用简单方便、可以多主方式运行、　采用非破坏性总线仲裁技术、采用短帧结构、数据出错　率低、传输性能高和故障隔离能力良好等特点　ｊ．监　测器以多主方式工作，任意监测器均可在任意时刻主　动地向上一级节点发送信息，而不必由上一级节点轮　巡，系统实时性强　．所用监测器数据采集接口设计　实时钟『『—　—Ｉ＜　采集　图１硬件结构逻辑图　Ｆｉｇ．１　Ｌｏｇｉｃ　ｆｉｇｕｒｅ　ｏｆｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　中央处理单元，１６Ｋ程序存储器为ＯＴＰ型，片内有３　个１６位定时器和５１２字节的片内ＲＡＭ，内置看门狗．　这种芯片集成了ＣＡＮ　２．０控制器，是一款高性能工业　级处理芯片．其ＯＴＰ型程序存储器，只可以写入一次，　考虑了织机的各种信号类型，可以直接在多种织机上　使用，并能对上一级系统使用统一的数据接口．　与普通ＦＬＡＳＨ结构ＭＣＵ相比更加可靠．在监测器中　主要使用了它的Ｉ／Ｏ功能、定时器和ＣＡＮ控制器　．　（２）电源部分．单片机系统中电源至关重要，直接　决定系统的抗干扰性能．监测器采用ＬＭ２５７６作为稳　压电源芯片，具有宽电压输入，对供电系统的电压波动　１监测器的硬件结构　喷气织机监测器结构如图１所示，分述于下．　（１）主处理芯片．监测器使用飞利浦公司生产的　Ｐ８７Ｃ５９１作为主控芯片．Ｐ８７Ｃ５９１具有全静态８０Ｃ５１　能起到很好的稳压作用．对于Ｉ／Ｏ采集部分和通信部　分电路采用２片ＤＣ．ＤＣ隔离电源分别供电，这样既减　小了外界对监测器的干扰，也减小了监测器对织机控　收稿日期：２００６—０６—２９　基金项目：天津纺织集团资助项目　作者简介：董德义（１９６６一），男，河南省获嘉县人，硕士，讲师．　维普资讯 http://www.cqvip.com

第５期　董德义，等：喷气织机监测器的设计　一６３一　制系统的干扰．监测器可以使用交流和直流两种电源，　交流范围为８～３２Ｖ，直流范围为９～４０Ｖ．　（３）看门狗和Ｅ　ＰＲＯＭ．Ｐ８７Ｃ５９１内部有看门狗，　在系统复位时，看门狗被屏蔽，不起作用，必须软件启　动；但在系统复位不完全时，程序不能执行，无法启动　看门狗，故增加外置看门狗，确保系统完全复位．综合　考虑系统需保存的数据量，选用Ｘｉｃｏｒ的Ｘ５１６３作为　看门狗和外部数据存储器．Ｘ５１６３的ＣＳ、ＳＯ、ＣＬＫ、Ｓ１　分别和Ｐ８７Ｃ５９１的Ｐ１．２、Ｐ１．３、Ｐ１．４、Ｐ１．５相连．　（４）掉电检测部分．掉电检测部分使用ＴＬ７７０５电　压监控芯片，其ＲＥＳＥＴ管脚与Ｐ８７Ｃ５９１的ＩＮＴ１相连，　在系统电压过低时，能触发外部中断，保存运行数据．　（５）实时钟部分．实时钟部分采用ＤＳ１３０２芯片．　ＤＳ１３０２是ＤＡＬＬＡＳ公司推出的涓流充电时钟芯片，内　含有一个实时时钟／１３历和３１字节静态ＲＡＭ，通过简　单的串行接口与单片机进行通信．实时时钟／日历电路　提供秒、分、时、日、月、年的信息，每月的天数和闰年的　天数可自动调整，时钟操作可通过ＡＭ／ＰＭ指示决定　采用２４或１２小时格式．ＤＳ１３０２工作时功耗很低，保　持数据和时钟信息时功率小于１ｍＷ．ＤＳ１３０２的ＲＳＴ、　Ｉ／Ｏ、ＣＬＫ分别连接Ｐ８７Ｃ５９１的Ｐ３．５、Ｐ１．７、Ｐ１．６．　（６）信息采集接口．不同种类织机提供的数据监　测信号数量不同，一般为４～８个，监测器信息采集口　可以同时采集１Ｏ个开关信号量，可以选用内部电源或　外部电源两种电源方式，每个信号还可以选择共电源　输入或共地输入方式．其中８个信号通过光隔连到Ｐ２　口，另外两个连接到ｒｍ和ＩＮＴ０上，这两个信号可以选　择双端输入方式（外供电方式）　Ｊ．　（７）地址设置部分．地址设置部分是通过８位拨　码开关实现的，由于每个区域最多允许有６４台织机，　因此只有低６位是监测器地址，高２位用来区分织机　类型，可以有４大类织机类型．　（８）通信接口部分．通信接口部分使用高速光隔　６Ｎ１３７，物理接口芯片使用飞利浦的ＰＣＡ８２Ｃ２５０ｌ５　Ｊ．　２监测器的软件设计　２．１　ＣＡＮ通信设计　监测器ＣＡＮ通信的速率采用５０　ｋｂｐｓ，总线的最　大长度约９００　ｍ，每条总线可以有６４台监测器，采用　的通信方式是ＢＳ１Ｃ　ＣＡＮ，使用１１位地址，信息长度　为８个字节．Ｐ８７Ｃ５９１有４个ＣＡＮ总线滤波器，监测　器使用了前两个，滤波器１设置成高两位和低三位与　地址无关，中间６位为监测器地址．这样上一级系统就　可以使用监测器地址向监测器通信发送信息，监测器　发出信息的ＣＡＮ地址中间６位也为监测器地址．上一　级系统为全接收方式工作，根据收到ＣＡＮ帧的地址，　就可以知道是那个监测器发出的信息；滤波器２高８　位设置为０，用来接收广播信息．　ＣＡＮ总线上传送的信息有４种：ＣＡＮ地址高两位　为００的广播信息、为０１的下传命令、为１０的实时信　息和为１　１的应答信息．最高位为０表示是上一级系统　向监测器发出的帧，最高位为１表示监测器向上一级　系统发出的帧．上一级系统向监测器发送的广播信息，　地址信息全部为零，数据的第一个字节为功能码，实现　对所有监测器进行对时、设置倒班时间、设置吃饭时间　和设置输入信号属性，该类命令无需应答．上一级系统　的点对点下传命令有两种，用ＣＡＮ地址的低３位来区　分，０００为设置命令，定义与广播信息相同，实现的是　对单台监测器的设置；００１为读取命令，需要监测器进　行应答．数据第一字节为功能码，共９种功能，分别是　读取系统时钟、读取倒班时间、读取吃饭时间、读取信　号设置信息、读取累计信息、读取上次复位时问、读取　实时钟、读取上次上电时问和读取上次掉电时间．　监测器主动向上一级系统发出的实时信息，使用　ＣＡＮ地址低３位作功能码，实时累计信息占用４个功　能号，停台记录占用１个功能号，停车时更新信息和运　转时更新信息各占用１个功能号．　监测器应答上一级系统的应答信息，使用ＣＡＮ地　址低３位作功能码，历史累计信息占用４个功能号，其　他应答信息占用１个功能号，子功能由数据的第一个　字节定义，应答点对点读取命令的９种信息．　ＣＡＮ总线的收发均采用中断方式实现，当产生　ＣＡＮ中断时，首先判断中断类型，如果是接受中断，则　调用接受程序将收到的帧读出，放到内存的接收缓冲　区中，如果是发送中断，则调用发送程序，将发送缓冲　区中的数据帧发送出去．　监测器的通信命令处理模块负责完成对ＣＡＮ总　线收到的信息进行处理，首先判断是否收到了一个完　整的ＣＡＮ帧，若未收到退出处理模块，收到了则进行　命令类型判断．若是设置命令，修改监测器中参数，并　将修改后的参数保存在Ｘ５１６３中；若是读取命令，则　将系统的参数通过ＣＡＮ发送到上一级系统一　．　２．２数据采集部分设计　系统数据采集部分通过两个中断程序实现，外部　中断采集打纬次数和车速，定时中断采集停车信号．　外部中断程序首先判断是否处于停车状态，如果　处于停车状态，则将车速计数和车速的时问计数清零，　维普资讯 http://www.cqvip.com

天津工业大学学报　第２５卷　重新开始计数，只有连续工作１　ｍｉｎ才能形成车速．处　于停车状态时，打纬信号不记录　．　定时中断程序设置为每秒钟３２次，每当计数达到　３２时，秒加１，并相应调整分、时、日、月和年，并置更新　信息发送标志．当车速时问计数达到１　ｒａｉｎ时，将车速　计数值复制到参数区，并将时间计数和车速计数清０．　当停车状态发生变化时，置更新信息发送标志，如果是　由运行到停止，记录停车的时刻；如果是由停止到运　ＣＡＮ初始化　定时器初始化　读取系统参数　／／　＼ｌ　Ｎ　ｌ　当　时刻为复位时间ｌｌ保存当前时刻为上电时间　读取Ｄｓ１３ｏ２中信息ｌ　行，计算停车时长，形成停车记录，置停车记录发送标　记．这一定时中断流程如图２所示．　图２定时中断流程图　Ｆｉｇ．２　Ｔｉｍｅｒ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　ｆｌｏｗｃｈａｒｔ　在数据采集中，采集的信号有３个字节定义．第一　个字节定义信号是否使用，每位表示一个信号，为１表　示该信号使用，为０表示无效．第二个字节表示信号的　高低电平，１表示高有效，０表示低有效．第三个字节定　义那些信号与打纬有关，１表示有关，０表示无关，只有　与打纬有关的信号有效时，打纬计数才停止．　２．３主处理流程　主流程图如图３所示．　系统初始化的主要流程为：将ＣＡＮ设置为５Ｏ　ｋｂ．　｛　Ｎ　：：　：＋Ｙ　保存　ｓｓＩ　Ｙ　Ｉ—　此数据初始化实时数ｌ　ｌ实时信息清零ｌ　Ｉ—　　ＩＴ’　更新信息发送程序　‘　停台信息发送程序　＋　ＣＡＮ接受处理程序　●　掉电检查程序　●　定时器检查程序　ｌ　图３主流程图　Ｆｉｇ．３　Ｍａｉｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｌｏｗｃｈａｒｔ　ｐｓ，按监测器地址设置好滤波器；读取实时钟，将实时　钟的时间设为系统时间；设置定时器２为每秒中断３２　次；读取Ｘ５１６３中的设置信息；判断系统是复位还是　掉电重新启动，并记录它们的时刻；读取ＤＳ１３０２中信　息，判断数据校验是否正确．如不正确将实时信息初始　化为０；若正确判断是否是当前班的数据．若是则用此　数据初始化实时信息；若是其它班信息，保存到Ｘ５　１６３　中，并将实时信息全部清零，开放定时器中断和ＣＡＮ　中断，进入主循环处理．　在主循环处理中，调用实时更新信息发送程序、停　台记录发送程序、ＣＡＮ接收处理程序、掉电检查程序、　系统换班处理程序和定时器检查程序５个程序．实时　更新信息发送程序检查更新信息发送标志，若置位则　发送实时更新信息；停台记录发送程序判断是否有停　台记录信息要发，若有发送停台记录；掉电检查程序检　查是否掉电，若为掉电，保存当前系统信息到ＤＳ１３０２　中；换班处理程序检查是否到达换班时间，若到进行换　（下转第６７页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

第５期　刘伟信，等：织布机监测数据采集系统中区域处理器的设计　一６７一　据集中处理，加强了现场总线使用的灵活性，提高了数　据采集的可靠性和完整性，降低了整个系统的成本．笔　者所设计的基于ＩｘＣ／ＯＳＩＩ和ＬＰＣ２２９２的ＣＡＮ总线的　区域处理器，在天津纺织工业园区实验调试过程以及　在棉纺企业的信息化应用中，运行状况良好，工作稳　定．实践证明，在包含１００个以上监测器的织布机监测　系统中，使用区域处理器将其划分为２个区域时可以　图３系统功能结构　Ｆｉｇ．３　Ｓｙｓｔｅｍ　ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　很好地解决总线带宽不足带来的通信阻塞问题．相对　于以５０　ｋｂｐｓ的波特率通过ＣＡＮ总线上传数据时查询　一次全部的织机数据需用４　Ｓ，采用区域处理器可将时　间降为１　Ｓ，大大提高了数据的响应时间．并且，这一种　方法降低了设备成本，避开了数据处理时的瓶颈问题，　在上位机出现故障时还可以单独使用，避免实时数据　的丢失．　Ｉ二　１ｊ　１Ｊ］Ｊ　参考文献：　饶运涛，邹继军，郑勇芸．现场总线ＣＡＮ原理与应用技术　［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００３．　程希明．ＣＡＮ现场总线数据采集系统设计方案［Ｊ］．自动　化仪表，２００４，２５（６）：２１—２５．　冯图４典型的任务模块框图　Ｆｉｇ．４　Ｔｙｐｉｃａｌ　ｔａｓｋ　ｍｏｄｕｌｅ　ｂｌｃｋ　ｄｏｉａｇｒａｍ　丽，李亮之．基于ＣＡＮ总线的工业测试网络的设计　与实现［Ｊ］．辽宁工学院学报（自然科学版），２００４，２４　（１）：１—３．　周立功．ＡＲＭ微控制器基础与实战［Ｍ］．北京：北京航　３结束语　ＣＡＮ区域处理器能够及时地将现场总线上的数　空航天大学出版社，２００３．　ＬＡＢＲＯＳＳＥＳ　Ｊｅａｎ　Ｊ．嵌入式实时操作系统ＩｘＣ／ＯＳＩＩ［Ｍ］．　邵贝贝，译．北京：北京航天航空大学出版社，２００３．　（上接第６４页）　班处理，即将实时累计信息保存到Ｘ５１６３相应位置，　实时累计信息清０；ＣＡＮ接收处理程序对ＣＡＮ总线接　受的信息进行处理；定时器检查程序检查定时器２是　否在工作，如不工作则重启系统．　参考文献：　［１］　饶运涛，邹继军，郑勇芸．现场总线ＣＡＮ原理与应用技术　［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．　［２］　邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计［Ｍ］．北京：北京　航空航天大学出版社，１９９６．　３结束语　织机监测器现已用于天津纺织高新技术园区的３　［３］周航慈，周立功．ＰＨＩＬＩＰ　Ｓ５１ＬＰＣ系列单片机原理及应用　设计［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．　［４］　傅民仓，冯立杰，袁俊飞．基于ＣＡＮ总线的数据采集系　统实现与应用［Ｊ］．现代电子技术，２００６，２６（２）：７１—７５．　［５］　王红旗，李辉，陶慧．基于ＣＡＮ现场总线的智能温度　采集模块的设计与实现［Ｊ］．计算机测量与控制，２００６，１４　（１）：１２５—１２７．　个纺织分厂的织机监测系统中，３个分厂共有织机　１　４００多台，其中９００多台使用织机监测器．这一系统　实时性强，巡检全部织机实时数据只需要４　Ｓ，是国内　同类系统中响应速度最快的．系统投入运行后，稳定可　［６］　杨冰．基于ＣＡＮ现场总线的织机监测系统［Ｊ］．现代　靠，未出现任何故障情况，受到用户的充分肯定，为天　津纺织高新技术园区的信息化工程打下了坚实的　基础．　电子技术，２００３，１５：２８—３２．　［７］　秦兰双，刘重轩，宋玉琴．新型织机计算机监测系统［Ｊ］．　西安工程科技学院学报，２００３，１７（２）：１１４—１１７．