基于嵌入式系统的自动缝纫机控制技术研究.pdf

装备及自动化 装备及自动化 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料30摘要：自动缝纫机是一种能够自动完成缝纫任务的机械设备，广泛应用于服装制造和家庭缝纫等领域。随着工业自动化水平的提高，人们对自动缝纫机的性能和功能要求也越来越高，需要实现更加精准、稳定和智能化的控制。基于嵌入式系统的控制技术因其高性能、低成本和易扩展等优势，成为自动缝纫机控制的研究热点之一。基于此，文章阐述了嵌入式系统的概念和工作原理，分析了嵌入式系统在自动缝纫机中的应用优势，并探讨了基于嵌入式系统的自动缝纫机控制技术。关键词：嵌入式系统；自动缝纫机；传感器分类号：TS103.7随着科技的进步和社会的发展，缝纫机在服装制造和纺织工业中起着至关重要的作用，传统的缝纫机已经逐渐被自动化的电子缝纫机取代。在传统的缝纫机中，操作员需要手动控制缝纫机的速度、线缝和张力等，这样容易产生误差，同时也会影响生产的效率和质量。而嵌入式系统的自动缝纫机则可以通过预设的程序和传感器实时监测缝纫过程中的参数，并根据需要进行调整，从而实现更加精准和高效的缝纫操作。此外，随着智能制造和工业 4.0 的发展，嵌入式系统的自动缝纫机也可以与其他生产设备和信息系统进行联网，实现生产过程的智能化和自动化。这为缝纫机制造商和服装企业提供了更多的机会和挑战，他们需要不断研发和改进嵌入式系统的自动缝纫机，以满足市场对高品质、高效率和个性化定制的需求。1 嵌入式系统概述1.1 概念嵌入式系统是一种专门设计用于特定应用领域的计算机系统，它通常被嵌入其他设备或系统中，以执行预定义的任务。这些系统通常具有小巧、高效的特点，能够在有限的资源下完成特定的功能。嵌入式系统通常包括硬件和软件两个部分。硬件方面，通常由微处理器、存储器、输入输出设备、传感器和执行器等组成，这些组件通常被集成在一个紧凑的设备中；软件方面，通常使用专门开发的嵌入式操作系统或实时操作系统，以及特定的应用程序软件。1.2 工作流程（1）硬件初始化。硬件初始化是嵌入式系统启动过程中的重要一步。在系统启动时，需要设置处理器的工作模式，如设置为用户模式、特权模式等。此外，还需要配置内存和外设的寄存器，以确保它们的正常工作。硬件初始化的目的是确保系统的基本硬件功能正常运行，为后续的软件加载和执行做好准备。（2）系统引导。系统引导是将嵌入式系统的软件从存储器加载到内存中，并执行初始化操作的过程。系统的引导程序通常被存储在固定的地址上，处理器在上电时会自动执行该地址上的代码。引导程序负责初始化处理器和外设，并加载操作系统或应用程序到内存中。引导过程的成功与否直接关系到系统是否能够正常启动。（3）系统初始化。系统初始化是指执行软件初始化过程，为系统的正常运行做好准备。在系统初始化过程中，可以根据需要设置系统的初始状态、配置各种系统参数和初始化外设，包括读取配置文件、从外部设备加载数据等。系统初始化的目的是确保系统处于一种可靠和可用的状态，为后续的任务调度和执行做好准备。（4）任务调度。嵌入式系统通常有多个任务或线程需要运行，任务调度器负责根据任务的优先级和调度策略来决定任务的执行顺序，并为每个任务分配处理器时间片。任务调度器根据任务的优先级来决定哪个任务可以执行，如果有多个任务具有相同的优先级，则根据调度策略来决定哪个任务可以获得处理器时间片。任务调度的目的是合理地分配系统资源，以实现基于嵌入式系统的自动缝纫机控制技术研究叶 志，马 颖，林 毅，许晓红杰克科技股份有限公司，浙江 台州 318017文章编号：2096-3092（2024）02-0030-03作者简介：叶志，男，本科，工程师，研究方向为缝纫自动化机械设计。造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 装备及自动化装备及自动化31任务的按时执行和系统的高效运行。（5）任务执行。每个任务根据其功能和需求执行特定的操作，任务涉及读取和处理传感器数据、控制外设、执行算法等。任务的执行涉及处理器的算术逻辑单元、内存访问、外设控制等操作。任务执行的目的是完成特定的功能和任务，并根据需要改变系统的状态。（6）事件处理。嵌入式系统通常需要对外部事件作出响应，如按键输入、传感器触发等。系统会检测到这些事件，并触发相应的中断或事件处理函数。事件处理函数根据事件的类型执行相应的操作，可能会改变系统的状态、触发其他任务等。事件处理的目的是对外部事件作出及时响应，以满足系统的需求。（7）系统维护。嵌入式系统需要进行周期性的维护工作，包括监控系统状态、处理错误、更新软件等。维护工作可以由特定的任务或线程执行，也可以通过定时器中断等方式触发。系统维护的目的是确保系统的稳定性和可靠性，及时处理系统出现的错误和异常情况，保持系统的正常运行1。2 嵌入式系统在自动缝纫机中的应用优势2.1 实时响应和处理在缝纫过程中，需要对大量的数据和信号进行实时响应和处理，以确保缝纫工作的准确和稳定。嵌入式系统可以通过传感器实时监测布料的厚度、弹性和材质，以及线材的张力和质量等参数的实时数据调整针脚的速度、力度和角度，以确保每一根针脚都能够精准地穿过布料，保证缝线的牢固和美观。此外，嵌入式系统还能够实时监测缝纫机的运行状态，如电机的转速、温度和电流等，以及设备的健康状态，及时发现问题并采取措施，确保缝纫机的连续稳定运行。2.2 具备稳定性和可靠性嵌入式系统在自动缝纫机中的稳定性和可靠性是保证生产效率和产品质量的关键。通过实时监测和自动调整功能，嵌入式系统可以预防和减少故障的发生，保证缝纫机的长期稳定运行。例如，嵌入式系统可以通过自动调整针脚的速度和力度，避免针脚断线或穿针不良等问题；可以对缝纫机的关键部件进行健康状态检测和维护提醒，及时进行维护和保养，延长设备的使用寿命，减少停机时间，提高生产效率。2.3 确保操作精度嵌入式系统可以精确控制缝纫机的各个动作，确保每一根针脚的长度和形状都能够达到设计要求。通过精确的控制和调节，嵌入式系统可以保证缝纫产品的质量和外观。例如，对于不同类型的缝纫需求，嵌入式系统可以根据预设的参数自动调整针脚的长度和间距，以满足不同的缝纫样式和要求，确保缝纫的精度和一致性。2.4 提高生产效率和灵活性嵌入式系统的灵活性和可编程性可以满足不同的缝纫需求和样式。操作人员可以方便地进行参数设置和调整，以适应不同类型和款式的缝纫需求，提高生产的灵活性和多样性。嵌入式系统可以存储多组缝纫参数，根据需要进行切换，实现快速转换不同的缝纫样式和工艺，提高生产效率和灵活性2。2.5 确保低功耗和节能嵌入式系统能够优化电力管理，减少能耗，降低生产成本。通过对缝纫机的电力消耗进行实时监测和调整，嵌入式系统可以有效地降低能耗，减少生产成本，同时也减少对环境的影响。2.6 提供人机交互界面嵌入式系统提供直观的人机交互界面，使操作人员可以轻松地进行设置和监控缝纫过程。通过触摸屏或按钮等方式，操作人员可以直观地了解缝纫机的运行状态，进行参数设置和调整，从而提高操作的便利性和效率。嵌入式系统还可以提供故障诊断和维护提示，帮助操作人员及时处理问题，保证生产的连续性和稳定性。3 基于嵌入式系统的自动缝纫机控制技术3.1 控制系统嵌入式系统作为自动缝纫机的控制核心，具有强大的控制能力和灵活性，可以通过嵌入式软件对缝纫机的各种功能进行精确控制，从而提高缝纫机的工作效率和稳定性。在控制系统设计中，嵌入式系统可以实现对缝纫机的缝纫速度、针脚长度、换向等功能的精准调节。通过嵌入式软件的编程，可以设置缝纫机的运行速度，使其能够适应不同材料的缝制需求，如缝制薄纱、厚布等材料时可以调节速度来保证缝纫质量和效率。同时，还可以根据需要调整针脚的长度，以实现不同的缝纫效果。此外，嵌入式系统还可以控制缝纫机的换向功能，使缝纫机在缝制过程中可以实现自动换向，确保缝纫的连续性3。3.2 传感器（1）光电传感器被广泛用于检测布料的位置和尺 装备及自动化 装备及自动化 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料32寸。通过安装光电传感器，缝纫机可以实时感知布料的位置和形状，从而调整针脚的位置和速度，确保针线与布料的精确对齐，实现精确的缝合。光电传感器的高灵敏度和快速响应能力，使得缝纫机能够在高速运行时准确地检测布料的位置，提高工作效率和质量。（2）压力传感器被用于监测缝纫机的压力情况。通过安装压力传感器，可以实时监测缝纫机施加在布料上的压力。嵌入式系统能够根据压力传感器的反馈数据，调整缝纫机的压力控制参数，确保在不同的布料厚度和材质下，缝纫机能够施加适当的压力，保证缝合质量和布料的完整性。（3）温度传感器被应用于监测缝纫机的工作温度。缝纫机在长时间运行过程中会产生热量，高温可能导致机器损坏或缝纫质量下降。通过安装温度传感器，嵌入式系统可以实时监测缝纫机的工作温度，并根据设定的温度阈值进行控制。当温度超过设定阈值时，系统可以自动调整缝纫机的运行速度或停机降温，以保护机器和提高工作稳定性。3.3 电机控制嵌入式系统通过控制电机的转速、换向和停止等功能，可以实现对缝纫速度的精准调节。嵌入式软件是实现电机控制的关键。通过嵌入式软件，可以编程控制电机的转速，使其适应不同的缝纫需求。例如，在缝纫速度较慢的情况下，可以降低电机的转速，以保证缝纫的精度和质量。而在缝纫速度较快的情况下，可以提高电机的转速，以提高缝纫机的生产效率。同时，嵌入式系统还可以实现对电机的换向控制。通过控制电机的换向，可以使缝纫机在前进和后退之间切换，实现不同类型的缝纫操作。嵌入式系统还能够精确控制电机的停止。通过控制电机，可以精确地控制缝纫机的停止位置，确保缝纫线的切割和缝纫工作的精度。还可以减少电机的机械损坏和噪声，延长电机的使用寿命。3.4 用户界面用户界面包括显示屏、按键、指示灯等组件。显示屏用于显示缝纫机的工作状态、操作菜单和其他信息，可以使用液晶显示屏或触摸屏来实现。按键用于用户输入指令和调整参数，可以是物理按键或触摸按键。指示灯用于显示机器的运行状态、故障警示等。通过嵌入式软件，可以实现对用户操作的响应和控制。嵌入式系统可以根据用户的输入指令，控制缝纫机的运行和停止，调整缝纫机的速度和针脚长度，设置缝纫机的模式和功能等。同时，嵌入式系统还可以监控缝纫机的工作状态，检测故障并提供相应的警示信息。用户界面的设计不仅要考虑操作的便利性，还要考虑安全性。通过嵌入式系统，可以实现对用户操作的限制和保护。例如，可以设置密码或指纹识别等功能，只有经过授权的用户才能进行操作。此外，嵌入式系统还可以监测缝纫机的温度、电流等参数，以保证缝纫机的安全运行。3.5 通信模块通过嵌入式系统和通信模块的结合，可以实现对缝纫机的远程监控和控制。通过通信模块，可以实现缝纫机与上位机之间的实时数据传输。上位机可以收集并分析缝纫机的运行状态、生产数据等信息，对缝纫机进行实时监控和远程管理。同时，上位机还可以向缝纫机发送控制指令，实现对缝纫机的远程控制，如调整缝纫机的工作速度、改变缝纫方式等。此外，通信模块还可以实现缝纫机与其他设备之间的数据交互和协同工作。通信模块的应用还可以实现缝纫机的远程诊断和维护。通过与专家系统或云平台的连接，可以将缝纫机的故障信息上传至云端，实现远程诊断和故障处理。同时，专家系统可以通过与缝纫机的通信模块进行远程维护，及时更新软件等，确保缝纫机的正常运行。4 结束语基于嵌入式系统的自动缝纫机在实际生产过程中具有一定的应用价值，能够满足自动缝纫机智能化控制的需求。未来可以进一步优化控制算法和软件系统，提高控制精度和稳定性。同时，还可以结合人工智能和物联网技术，实现自动缝纫机的远程监控和智能化管理，为缝纫行业的发展提供更多可能性。参考文献1 游达章,李芮秉,张业鹏,等.自动缝纫机嵌入式控制系统设计J.现代电子技术,2018,41(21):124-127.2 芈苏伯,贾琦.基于嵌入式花样缝纫机控制系统的拼布设计研究J.纺织科技进展,2023(8):11-14,33.3 江涛,葛正浩,雷静,等.基于模糊层次分析法的工业缝纫机可用性评价J.机械设计,2022,39(12):119-124.