一种基于ARM‑FPGA的自动绕线机控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ARM‑FPGA的自动绕线机控制系统，包括：上层控制模块，其包括ARM芯片，人机交互模块以及SD卡插槽，所述人机交互模块和SD卡插槽分别与ARM芯片连接；下层控制模块，其包括FPGA芯片和I/O控制模块，所述I/O控制模块与FPGA芯片连接；所述ARM芯片与FPGA芯片通过FSMC总线进行通信。本发明专利技术能够提高绕线机控制系统的存储原件数量，并提高控制精度和反应速度。降低绕线机的操作难度，提高产品质量和机器平均无故障时间，具有良好的现实意义。

A ARM FPGA automatic winding machine control system based on

The invention discloses a ARM FPGA automatic winding machine control system, which is based on the control module, including ARM chip, human-computer interaction module and the SD card slot, the human-computer interaction module and SD card slot are respectively connected with the ARM chip; the lower control module, which comprises a FPGA chip and I/O control module. The I/O control module is connected with the FPGA chip; the ARM chip and FPGA chip with FSMC bus. The invention can improve the storage quantity of the winding machine control system, and improve the control precision and the reaction speed. It is of great practical significance to reduce the operation difficulty, improve the quality of products and the average time of machine failure free.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ARM-FPGA的自动绕线机控制系统
本专利技术属于智能制造
，特别涉及一种基于ARM-FPGA的自动绕线机控制系统。
技术介绍
绕线机是一种绕制线圈的自动化设备，常用的电子产品如电动机线圈、变压器、电磁阀、点火线圈、RFID等都是通过绕线机生产的。绕线机由基座、剪/夹线机构、运动控制系统、丝杆及排线装置等部件构成。绕线的基本动作包括进料、缠头、绕线、缠尾、剪线、退料等。绕线机目前均已实现自动控制，既预先编写好绕线动作，以G代码文件形式存储于运动控制卡的存储器中。加工时，选择目标型号产品的绕线代码执行加工。目前关于全自动绕线机的专利，CN201520212963.8全自动绕线机控制系统，提到使用CAN总线，CAN总线的通信复用效率没有FSMC总线高。CN201420086600.X通用型绕线机控制器，提到以单片机为核心，其结构精度差，反应慢，难以满足工业应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有绕线机控制系统采用单核心、控制精度低的缺陷，通过双芯片设置提高绕线机控制系统的存储原件数量，并提高了控制精度和反应速度。本专利技术提供的技术方案为：一种基于ARM-FPGA的自动绕线机控制系统，包括：上层控制模块，其包括ARM芯片，人机交互模块以及SD卡插槽，所述人机交互模块和SD卡插槽分别与ARM芯片连接；人机交互模块上设置RS232串行通信接口；下层控制模块，其包括FPGA芯片和I/O控制模块，所述I/O控制模块与FPGA芯片连接；所述ARM芯片与FPGA芯片通过FSMC总线进行通信；所述人机交互模块的RS232串行通信接口9个针脚分别依次连接NC，PA9，PA10，NC，GND，NC，NC，NC，NC；所述ARM芯片与SD卡插槽的管脚连接关系为：ARM芯片PC10脚与SD卡插槽DAT2脚连接，ARM芯片PC11脚与SD卡插槽DAT3脚连接，ARM芯片PD2脚与SD卡插槽CMD脚连接，ARM芯片VDD脚与SD卡插槽3V3脚连接，ARM芯片PC12脚与SD卡插槽CLK脚连接，ARM芯片VSS脚与SD卡插槽GND脚连接，ARM芯片PC8脚与SD卡插槽DAT0脚连接，ARM芯片PC9脚与SD卡插槽DAT1脚连接，ARM芯片PG8脚与SD卡插槽CD脚连接，ARM芯片GND脚与SD卡插槽GND脚连接。优选的是，所述ARM芯片，人机交互模块、SD卡插槽、FPGA芯片和I/O控制模块均设置在电路基板上。优选的是，所述电路基板上还设置有电源模块。优选的是，所述电源模块能够提供5V直流电。优选的是，所述人机交互模块与触摸屏连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术能够提高绕线机控制系统的存储原件数量，并提高控制精度和反应速度。降低绕线机的操作难度，提高产品质量和机器平均无故障时间，具有良好的现实意义。附图说明图1为本专利技术所述的基于ARM-FPGA的自动绕线机控制系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1所示，本专利技术提供了一种基于ARM-FPGA的自动绕线机控制系统，包括电路基板110，在电路基板110上设置有电源模块120，用于为整个控制系统供电。在电路基板110上设置有上层控制模块和下层控制模块。其中，上层控制模块包括ARM芯片130、人机交互模块140、SD卡插槽150；下层控制模块包括FPGA芯片160、I/O控制模块170以及电机伺服器的I/O。所述电路基板110上还设置有FSMC总线160，使ARM芯片130与FPGA芯片160通过FSMC总线180实现通信。ARM芯片130为MCU内核：STM32F103ZET6，安装RT-Thread操作系统。所述人机交互模块140采用Rs-232串行通信方式的扩展接口，可与触摸式控制屏连接，采用MODBUS通信协议。FSMC总线160为“静态存储器控制器”，是内置于大容量STM32F的外部存储器控制器，本系统使用其中的PSRAM控制器，与FPGA实现通信，增加了系统的实时性，确保了电机运动的可靠性和加工动作的准确性。SD卡插槽150与ARM芯片130采用对应管脚直连的方式，使用FATfs文件系统。本专利技术使用ARM与FPGA双核心结构，SD卡取代了通常的U盘+FLASH文件存储、拷贝模式，ARM与FPGA两个芯片通过FSMC总线实现通信。绕线机控制动作G代码文件存储于可插拔SD卡中，更改或拷贝G代码文件，只需把SD卡拔出，通过读卡器插入电脑中，使用电脑直接操作文件。操作系统接到指令，选择读取SD卡中的某一个G代码文件，按照G文件内容，逐行解释位置坐标和对应接口开关信息，赋值给对应封装函数，再通过FSMC总线对FPGA对应地址读取或赋值，实现对电机的控制。本专利技术能够翻译G代码文件，并与FPGA通信，执行文件信息。其中，ARM芯片130与人机交互模块140之间的之间管脚关系为：ARM芯片130与SD卡插槽150之间管脚关系为：编号引脚连接编号引脚链接1PC10–DAT22PC11–DAT33PD2–CMD4VDD–3V35PC12–CLK6VSS–GND7PC8–DAT08PC9–DAT19PG8–CD10GND–GNDARM芯片130与FPGA芯片160之间管脚关系：本专利技术提供的基于ARM-FPGA的自动绕线机控制系统使用时，首先通过触摸屏与系统进行通信，ARM中安装RT_thread操作系统，建立MODbus协议网络通信线程“thread_entry_ModbusSlaverPoll”，驱动串口USART1，触摸屏通过串口与系统建立连接，文件名称和数量可以显示在触摸屏幕中，通过点击文件，可以执行该文件。文件系统的挂载：绕线机运动的动作指令以文件形式保存在SD卡中，操作系统挂载SD卡“dfs_mount("sd0","/","elm",0,0)”，挂载成功后，系统可以“elm文件系统”读取SD卡中的文件，用户通过触摸屏选择读取存储在SD卡中的某一个绕线程序文件，执行该文件内容。G代码编译器的使用：运动指令文件让系统获取具体的动作信息，必须使用G代码解析器，编译器由1个解释器核心和4个调用接口构成。解释器核心包含115个核心函数，调用接口分别包含11个控制函数、9个信息反馈函数、53个规范化加工函数和22个外部信息反馈函数。系统单独为其建立一个“Gcode”文件夹，存放编译器的两个核心文件canon_pre.c和rs274ngc_pre.c以及一个外部文件driver.c。RS274_NGC编译器的程序运行可分为读取和执行两个步骤。读取时，外部驱动函数调用rs274ngc_read解释器函数,从文件中读取一行G代码,首先做词法和语法检查,将代码所包含的指令信息存入包含该信息的数据结构参数中；执行时外部驱动函数调用rs274ngc_execute函数。针对每一种动作，建立对应的运动函数，将文件中动作的参数传给FPGA，，speed、pulse分别为速度和脉冲的数量。ARM与FPGA通信：FSMC的全称是“静态存储器控制器”，是内置于大容量STM32F的外部存储器控制器。它包括4个模块：AHB接口、NOR闪存和PSRAM控制器、NAND闪存、PC卡控制器和外部设备接口。FSMC总线的PSRAM控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM‑FPGA的自动绕线机控制系统，其特征在于，包括：上层控制模块，其包括ARM芯片，人机交互模块以及SD卡插槽，所述人机交互模块和SD卡插槽分别与ARM芯片连接；人机交互模块上设置RS232串行通信接口；下层控制模块，其包括FPGA芯片和I/O控制模块，所述I/O控制模块与FPGA芯片连接；所述ARM芯片与FPGA芯片通过FSMC总线进行通信；所述人机交互模块的RS232串行通信接口9个针脚分别依次连接NC，PA9，PA10，NC，GND，NC，NC，NC，NC；所述ARM芯片与SD卡插槽的管脚连接关系为：ARM芯片PC10脚与SD卡插槽DAT2脚连接，ARM芯片PC11脚与SD卡插槽DAT3脚连接，ARM芯片PD2脚与SD卡插槽CMD脚连接，ARM芯片VDD脚与SD卡插槽3V3脚连接，ARM芯片PC12脚与SD卡插槽CLK脚连接，ARM芯片VSS脚与SD卡插槽GND脚连接，ARM芯片PC8脚与SD卡插槽DAT0脚连接，ARM芯片PC9脚与SD卡插槽DAT1脚连接，ARM芯片PG8脚与SD卡插槽CD脚连接，ARM芯片GND脚与SD卡插槽GND脚连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM-FPGA的自动绕线机控制系统，其特征在于，包括：上层控制模块，其包括ARM芯片，人机交互模块以及SD卡插槽，所述人机交互模块和SD卡插槽分别与ARM芯片连接；人机交互模块上设置RS232串行通信接口；下层控制模块，其包括FPGA芯片和I/O控制模块，所述I/O控制模块与FPGA芯片连接；所述ARM芯片与FPGA芯片通过FSMC总线进行通信；所述人机交互模块的RS232串行通信接口9个针脚分别依次连接NC，PA9，PA10，NC，GND，NC，NC，NC，NC；所述ARM芯片与SD卡插槽的管脚连接关系为：ARM芯片PC10脚与SD卡插槽DAT2脚连接，ARM芯片PC11脚与SD卡插槽DAT3脚连接，ARM芯片PD2脚与SD卡插槽CMD脚连接，ARM芯片VDD脚与SD卡插槽3V3脚连接，ARM芯片PC12脚与SD卡插槽C...

【专利技术属性】
技术研发人员：文全刚，梁艳春，吴春国，李昱，董鑫正，尹贺，朱晓琳，
申请(专利权)人：吉林大学，吉林大学珠海学院，
类型：发明
国别省市：吉林,22