專利名稱：嵌入式切紙機(jī)程控電腦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種程控電腦，特別是關(guān)于一種嵌入式切紙機(jī)程控電腦。
背景技術(shù)：
如圖1以及圖2所示，目前，切紙機(jī)行業(yè)電控系統(tǒng)所用電腦主要為MCU-based解決 方案和PC-based解決方案，低端品以使用LED實(shí)時顯示位置為主。各方案優(yōu)劣勢對比分析 如下LED數(shù)顯方案不具備程控功能，可操作性能差。MCU-based解決方案多見于低端產(chǎn)品，成本低，能完成簡單的程控功能，但其運(yùn) 算速度慢，數(shù)據(jù)存儲容量低，色彩、圖形處理能力差，屏幕尺寸小、刷新頻率低，不支持高分 辨率的顯示屏，無法兼容印刷流水線的CIP3/CIP4文件數(shù)據(jù)。更為重要的是，MCU技術(shù)平臺 是一個相對封閉的系統(tǒng)，開發(fā)難度大，生產(chǎn)線擴(kuò)展能力差，設(shè)備自身無法對外圍設(shè)備進(jìn)行隔 離，當(dāng)故障發(fā)生時，系統(tǒng)整體癱瘓，維護(hù)和升級成本高。PC-based解決方案多見于高端產(chǎn)品，開發(fā)簡易，功能強(qiáng)大，特別是數(shù)據(jù)處理能力 強(qiáng)，但DOS小型平臺或windows大型通用平臺技術(shù)產(chǎn)品其能耗高、發(fā)熱量大，抗干擾性差，啟 動速度慢，更為重要的是其成本高昂，無法在切紙機(jī)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種低成本高性能的嵌入式切紙 機(jī)程控電腦。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種嵌入式切紙機(jī)程控電 腦，其包括嵌入式硬件平臺和嵌入式軟件平臺，所述的嵌入式硬件平臺包括32位520MHz的 CPU,存儲裝置，功能接口，觸摸屏以及外部通訊接口，所述的CPU分別與該存儲裝置，功能 接口，觸摸屏以及外部通訊接口相連，所述的嵌入式軟件平臺通過windows應(yīng)用程序接口 與操作系統(tǒng)相連，其包括裁切工藝核心進(jìn)程單元以及在裁切工藝核心進(jìn)程單元上的設(shè)備工 作狀態(tài)監(jiān)視模塊、設(shè)備應(yīng)急響應(yīng)模塊、機(jī)器故障診斷處理模塊、用戶操作監(jiān)視模塊、圖形圖 像處理模塊、印刷流水線控制模塊和用戶幫助模塊。本實(shí)用新型解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的存儲裝置包括用于存儲各型切 紙機(jī)的參數(shù)配置數(shù)據(jù)的SRAM，運(yùn)行主程序的SDRAM以及用于存放系統(tǒng)驅(qū)動程序的FLASH。本實(shí)用新型解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的功能接口包括復(fù)位接口，實(shí)時 時鐘功能模塊以及USB客戶調(diào)試用接口。本實(shí)用新型解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的外部通訊接口包括至少3路 UART擴(kuò)展出支持RS232、RS485或RS422標(biāo)準(zhǔn)的同步串行通信接口。本實(shí)用新型解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的外部通訊接口進(jìn)一步包括通過 地址、數(shù)據(jù)總線方式與CPU相連的現(xiàn)場總線接口。本實(shí)用新型解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的外部通訊接口進(jìn)一步包括通過數(shù)據(jù)、地址總線方式與CPU相連的工業(yè)以太網(wǎng)通信接口。本實(shí)用新型解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的嵌入式切紙機(jī)程控電腦進(jìn)一步 包括與CPU相連的兩個USB host接口。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦以PXA270為中心，利用 該32位高速CPU解決MCU方案的處理速度問題，利用其嵌入式的低功耗硬件構(gòu)架解決 通用平臺的高功耗、高發(fā)熱量問題，利用豐富的擴(kuò)展接口，如3路UART擴(kuò)展出可以支持 RS232、RS485或RS422接口標(biāo)準(zhǔn)的串口，由地址數(shù)據(jù)總線方式擴(kuò)展出現(xiàn)場總線如CANbus、 Profibus、MPI接口等，由專用接口擴(kuò)展出2路USB Host,由數(shù)據(jù)地址總線方式擴(kuò)展出1路 工業(yè)以太接口，可以連接外圍不同種類和生產(chǎn)商的如伺服、逆變器等電力拖動設(shè)備，連接 PLC.Remote I/O等控制用設(shè)備，使得嵌入式電腦具有較好的開放性，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展、升 級和維護(hù)。同時，KincoCut軟件通過WinCE底層驅(qū)動與外圍設(shè)備建立通信，特別是該軟件 通過GPIO實(shí)時監(jiān)視鍵盤和觸摸屏的動作，可以判斷并自動處理用戶請求；KincoCut軟件 與WinCE平臺相結(jié)合，可以通過工業(yè)以太網(wǎng)、USB host等接口自動識別印刷流水線數(shù)據(jù)格 式CIP3和CIP4文件，并直接將該文件轉(zhuǎn)換為用戶可以操作的裁切訂單，所有這些與切紙機(jī) 的裁切工藝相配合，盡大程度的降低裁切編程的復(fù)雜度，減輕工人勞動強(qiáng)度，具備機(jī)器智能 性。由于系統(tǒng)整體采用嵌入式處理技術(shù)，硬件成本低，軟件平臺開發(fā)周期短，因此系統(tǒng)整體 成本相對通用平臺大幅降低。作為系統(tǒng)功能擴(kuò)展，我們對切紙機(jī)的多媒體技術(shù)進(jìn)行了通盤 考慮，由于PXA270加入了 Wireless MMX技術(shù)，大大提升了其多媒體處理能力，這個可以為 機(jī)器視覺等技術(shù)做下鋪墊，有利于KincoCut軟件的進(jìn)一步完善和升級。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的MCU-based電控系統(tǒng)解決方案系統(tǒng)原理框圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的PC-based電控系統(tǒng)解決方案系統(tǒng)原理框圖。圖3是本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦的硬件平臺結(jié)構(gòu)原理框圖。圖4是本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦采用基于Marvell XScale架構(gòu)PXA270 520MHz CPU硬件平臺的WinCE嵌入式操作系統(tǒng)，使用嵌入式VC++集成環(huán)境開發(fā)基于WinCE 嵌入式平臺的切紙機(jī)應(yīng)用軟件KincoCut，最終使得KincoCut應(yīng)用軟件在WinCE操作系統(tǒng)調(diào) 度幫助下，完成切紙機(jī)及裁切生產(chǎn)線的特殊工藝操作。如圖3和圖4所示，本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其包括嵌入式硬件平臺 和嵌入式軟件平臺兩部分，分述如下。(1)嵌入式硬件平臺如圖3所示，本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦采用Marvell XScale架構(gòu)的 PXA270 (520MHz)作為系統(tǒng)的核心處理器，該型CPU的顯著特點(diǎn)是運(yùn)算能力強(qiáng)、能耗低、圖形 圖像處理能力強(qiáng)、外圍接口豐富，以此為核心構(gòu)造的嵌入式電腦能夠可靠的完成切紙機(jī)所 需的各項(xiàng)實(shí)時數(shù)據(jù)處理任務(wù)，其功耗(包括主板和LCD等部件)可以控制在IOW左右，大大 低于通用PC的功耗。PXA270具有豐富的外圍設(shè)備集成和外設(shè)接口，為切紙機(jī)電腦功能擴(kuò)展
4奠定了基礎(chǔ)。圖3中所示的SRAM，主要用于存儲各型切紙機(jī)的參數(shù)配置數(shù)據(jù)，主板掉電后該存 儲區(qū)由電池供電，以保證機(jī)器參數(shù)掉電不丟失，設(shè)備重新啟動后用戶無需重新配置機(jī)器參 數(shù)。圖3中所示的SDRAM，是系統(tǒng)的“內(nèi)存區(qū)”，通常情況下，主程序在這里運(yùn)行。圖3中所示 的FLASH是系統(tǒng)的主存儲器，相當(dāng)于嵌入式系統(tǒng)的“硬盤”，主要用于存放系統(tǒng)bootloader、 各種驅(qū)動程序、WinCE內(nèi)核和KincoCut應(yīng)用軟件，以及用戶針對裁切數(shù)據(jù)編制的工程數(shù)據(jù)， 存儲系統(tǒng)故障信息，存儲切紙機(jī)維護(hù)用引導(dǎo)數(shù)據(jù)和相關(guān)維護(hù)記錄。復(fù)位接口采用專用芯片復(fù)位CPU以達(dá)到系統(tǒng)重新啟動等目的，用戶可以選擇對應(yīng) 的功能比如觸摸校準(zhǔn)功能模式、數(shù)據(jù)更新模式、觸摸屏參數(shù)設(shè)置模式等，使用Reset功能進(jìn) 行觸摸屏工作模式切換。RTC為使用電池供電的實(shí)時時鐘功能模塊，USB客戶為系統(tǒng)調(diào)試用接口。PXA270可以支持從320X240到1280 X 1024的LCD分辨率，LCD尺寸幾乎可以遍 及4. 3寸到15寸，本嵌入式切紙機(jī)程控電腦采用了 10. 4寸800X600的16位真彩IXD顯 示屏，采用CCFL背光源，CPU通過GPIO控制背光驅(qū)動器從而達(dá)到控制IXD背光的目的。觸摸屏通過ADC采樣后使用SSP接口與CPU相連，采用中斷方式工作，觸摸屏設(shè)計 為用戶進(jìn)行復(fù)雜的機(jī)器操作和裁切數(shù)據(jù)編程提供了方便；系統(tǒng)主板上通過矩陣掃描方式外 擴(kuò)了一個切紙機(jī)專用鍵盤，該型鍵盤為高強(qiáng)度的機(jī)械式按鍵，可以容納印刷流水線現(xiàn)場工 人帶著手套的大力度按壓，從而彌補(bǔ)觸摸屏在力度承受能力上的不足，提高了系統(tǒng)的可靠 性。該硬件平臺開放了非常豐富的外部通訊接口，使用接口芯片引出CPU的3個串口 進(jìn)行同步串行通信，為兼容各型接口標(biāo)準(zhǔn)，我們使用CPLD器件控制不同標(biāo)準(zhǔn)的選通，使得 系統(tǒng)可以支持RS232/RS485/RS422等電氣標(biāo)準(zhǔn)，用戶可以根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的不同而自由 選擇；為提高設(shè)備通信速率，更大程度的提高電腦監(jiān)控的實(shí)時性，本實(shí)用新型的嵌入式切紙 機(jī)程控電腦采用CANbus現(xiàn)場總線接口，接口芯片通過地址、數(shù)據(jù)總線方式與CPU相連；為 產(chǎn)品兼容企業(yè)信息管理網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了工業(yè)以太網(wǎng)通信接口，該以太網(wǎng)控制芯片通過數(shù)據(jù)、地 址總線方式與CPU相連，完成數(shù)據(jù)交換，用戶可以通過以太網(wǎng)在遠(yuǎn)程訪問切紙機(jī)，進(jìn)行設(shè)備 監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。與MCU-based結(jié)構(gòu)的模擬控制接口不同的是，本實(shí)用新型的嵌入式切紙 機(jī)程控電腦的外部接口采用數(shù)字通信方式設(shè)計，把傳統(tǒng)的模擬集中控制開放為數(shù)字控制結(jié) 構(gòu)，使得外部設(shè)備得以解放，可以獨(dú)立運(yùn)作，并在出現(xiàn)故障時及時隔離，一部分的故障不會 影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，從而保證機(jī)器的安全，增強(qiáng)了系統(tǒng)的容錯能力。為支持通用PC的數(shù)據(jù)共享，本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦使用網(wǎng)絡(luò)集線 器方式外擴(kuò)了兩個USB host接口，現(xiàn)場用戶可以使用通用數(shù)據(jù)格式的U盤等存儲設(shè)備對工 程數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，可以使用該接口進(jìn)行應(yīng)用軟件的升級，可以使用該兩個接口外接鼠標(biāo)、打 印機(jī)等設(shè)備，以完成特定現(xiàn)場的使用要求。同時，USB host接口的開放允許訪問外擴(kuò)存儲 器，大大增加了數(shù)據(jù)存儲量。作為功能擴(kuò)展，本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦開放了切紙機(jī)平臺上的視頻 接口，可以在切紙機(jī)后工作臺面做機(jī)器視覺從而為精確裁切提供定位和校正支持。(2)嵌入式軟件平臺如圖4所示，本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦使用微軟的WinCE嵌入式操作系統(tǒng)作為主操作系統(tǒng)，在該平臺上建立KincoCut的用戶操作軟件，該型兩層設(shè)計符合軟件 工程的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，操作簡易，研發(fā)周期短，軟件可靠性高。WinCE操作系統(tǒng)是根據(jù)切紙機(jī)現(xiàn)場 精簡定制的版本，其加載啟動項(xiàng)少，運(yùn)算量小，啟動速度快；本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程 控電腦在操作系統(tǒng)內(nèi)核中定制了鍵盤等硬件的相關(guān)驅(qū)動，為KincoCut應(yīng)用軟件的運(yùn)行奠 定了環(huán)境基礎(chǔ)；WinCE內(nèi)核可以完成系統(tǒng)相關(guān)任務(wù)和資源調(diào)度，解放了上層應(yīng)用軟件的底 層操作，使得應(yīng)用軟件的開發(fā)成本進(jìn)一步降低。KincoCut切紙機(jī)應(yīng)用軟件是針對印刷流水線裁切工藝和切紙機(jī)特殊應(yīng)用現(xiàn)場 而設(shè)計的軟件平臺，該平臺由嵌入式VC++集成環(huán)境開發(fā)，利用windows應(yīng)用程序接口 (Application Programming Interface, API)與WinCE操作系統(tǒng)相連，在裁切工藝核心進(jìn) 程上運(yùn)行了包括設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備應(yīng)急響應(yīng)、機(jī)器故障診斷處理、用戶操作監(jiān)視、圖 形圖像處理、印刷流水線控制和用戶幫助等七個重要的功能模塊。裁切核心進(jìn)程以裁切工藝為參考，可以通過用戶手動、機(jī)器半自動、機(jī)器全自動等 方式來執(zhí)行切紙操作，通過設(shè)備工作狀態(tài)掃描和用戶操作監(jiān)視模塊，可以實(shí)時顯示和動態(tài) 更新屏幕圖形圖像，并同時發(fā)出指令控制電力拖動系統(tǒng)完成諸如闖紙、壓紙、推紙、裁切、清 廢等復(fù)雜動作。除支持切紙機(jī)單機(jī)工作外，本嵌入式切紙機(jī)程控電腦還支持印刷流水線上 的其他機(jī)器控制，如升紙機(jī)、闖紙機(jī)、卸紙機(jī)等，并支持從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心獲取裁切任務(wù)，自動 識別CIP3/CIP4文檔，并轉(zhuǎn)化為自動裁切訂單。各軟件模塊通過WinCE底層驅(qū)動感知機(jī)器 狀態(tài)，在設(shè)備出現(xiàn)故障后自動應(yīng)急隔離，或者通過故障列表對比分析給出故障排除方法。所 有的這些使得本嵌入式切紙機(jī)程控電腦具有智能特性，可以幫助并在某些方面替代操作工 人完成裁切工作。該嵌入式軟件平臺對于軟件維護(hù)更新、界面設(shè)計與調(diào)整、多國語言擴(kuò)展等均具有 操作簡易、工作量小等特點(diǎn)，適用于切紙機(jī)產(chǎn)品的配套設(shè)計和生產(chǎn)。嵌入式的硬、軟件平臺相結(jié)合，組成完整的嵌入式切紙機(jī)程控電腦，相對于 MCU-based和PC-based的解決方案優(yōu)勢明顯，本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦滿足了 市場對切紙機(jī)程控電腦的高性價比需求。本實(shí)用新型的嵌入式切紙機(jī)程控電腦的有益效果是整個系統(tǒng)的硬件平臺以 PXA270為中心，利用該32位高速CPU解決MCU方案的處理速度問題，利用其嵌入式的低功 耗硬件構(gòu)架解決通用平臺的高功耗、高發(fā)熱量問題，利用豐富的擴(kuò)展接口，如3路UART擴(kuò)展 出可以支持RS232、RS485或RS422接口標(biāo)準(zhǔn)的串口，由地址數(shù)據(jù)總線方式擴(kuò)展出現(xiàn)場總線 如CANbus、Profibus、MPI接口等，由專用接口擴(kuò)展出2路USB Host,由數(shù)據(jù)地址總線方式擴(kuò) 展出1路工業(yè)以太接口，可以連接外圍不同種類和生產(chǎn)商的如伺服、逆變器等電力拖動設(shè) 備，連接PLC、Remote I/O等控制用設(shè)備，使得嵌入式電腦具有較好的開放性，有利于系統(tǒng)的 擴(kuò)展、升級和維護(hù)。同時，KincoCut軟件通過WinCE底層驅(qū)動與外圍設(shè)備建立通信，特別是 該軟件通過GPIO實(shí)時監(jiān)視鍵盤和觸摸屏的動作，可以判斷并自動處理用戶請求；KincoCut 軟件與WinCE平臺相結(jié)合，可以通過工業(yè)以太網(wǎng)、USB host等接口自動識別印刷流水線數(shù) 據(jù)格式CIP3和CIP4文件，并直接將該文件轉(zhuǎn)換為用戶可以操作的裁切訂單，所有這些與切 紙機(jī)的裁切工藝相配合，盡大程度的降低裁切編程的復(fù)雜度，減輕工人勞動強(qiáng)度，具備機(jī)器 智能性。由于系統(tǒng)整體采用嵌入式處理技術(shù)，硬件成本低，軟件平臺開發(fā)周期短，因此系統(tǒng) 整體成本相對通用平臺大幅降低。作為系統(tǒng)功能擴(kuò)展，我們對切紙機(jī)的多媒體技術(shù)進(jìn)行了通盤考慮，由于PXA270加入了 WirelessMMX技術(shù)，大大提升了其多媒體處理能力，這個可以 為機(jī)器視覺等技術(shù)做下鋪墊，有利于KincoCut軟件的進(jìn)一步完善和升級。 與PC-based產(chǎn)品相比，把同等性能切紙機(jī)程控電腦的功耗降低30 %以上，去掉了 散熱用風(fēng)扇等嚴(yán)重影響機(jī)器壽命的零部件，機(jī)器啟動速度由通用平臺的3分鐘左右提高到 低于20秒，產(chǎn)品整體成本降低50%以上，由于電腦本身體積減小，其屏蔽安裝后的抗干擾 性能更高。與MCU-based產(chǎn)品相比，嵌入式產(chǎn)品可以支持不同分辨率的彩色LCD，刷新頻率 提高2倍以上，系統(tǒng)支持大數(shù)據(jù)量的存儲和復(fù)雜的印刷流水線數(shù)據(jù)文件操作，電腦可以與 其他如電力拖動等部件分開設(shè)計，增強(qiáng)了系統(tǒng)擴(kuò)展性，且可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時進(jìn)行隔離， 提高了設(shè)備安全性和可維護(hù)性。嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡易。
權(quán)利要求一種嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其特征在于其包括嵌入式硬件平臺和嵌入式軟件平臺，所述的嵌入式硬件平臺包括32位520MHz的CPU，存儲裝置，功能接口，觸摸屏以及外部通訊接口，所述的CPU分別與該存儲裝置，功能接口，觸摸屏以及外部通訊接口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其特征在于所述的存儲裝置包括 用于存儲各型切紙機(jī)的參數(shù)配置數(shù)據(jù)的SRAM，運(yùn)行主程序的SDRAM以及用于存放系統(tǒng)驅(qū)動 程序的FLASH。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其特征在于所述的功能接口包括 復(fù)位接口，實(shí)時時鐘功能模塊以及USB客戶調(diào)試用接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其特征在于所述的外部通訊接口 包括至少3路UART擴(kuò)展出支持RS232、RS485或RS422標(biāo)準(zhǔn)的同步串行通信接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其特征在于所述的外部通訊接口 進(jìn)一步包括通過地址、數(shù)據(jù)總線方式與CPU相連的現(xiàn)場總線接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其特征在于所述的外部通訊接口 進(jìn)一步包括通過數(shù)據(jù)、地址總線方式與CPU相連的工業(yè)以太網(wǎng)通信接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其特征在于所述的嵌入式切紙機(jī) 程控電腦進(jìn)一步包括與CPU相連的兩個USB host接口。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種嵌入式切紙機(jī)程控電腦，其包括嵌入式硬件平臺和嵌入式軟件平臺，所述的嵌入式硬件平臺包括32位520MHz的CPU，存儲裝置，功能接口，觸摸屏以及外部通訊接口，所述的CPU分別與該存儲裝置，功能接口，觸摸屏以及外部通訊接口相連，所述的嵌入式軟件平臺通過windows應(yīng)用程序接口與操作系統(tǒng)相連，其包括裁切工藝核心進(jìn)程單元以及在裁切工藝核心進(jìn)程單元上的設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)視模塊、設(shè)備應(yīng)急響應(yīng)模塊、機(jī)器故障診斷處理模塊、用戶操作監(jiān)視模塊、圖形圖像處理模塊、印刷流水線控制模塊和用戶幫助模塊。
文檔編號B26D5/00GK201749323SQ20102003295
公開日2011年2月16日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者張懷周, 池家武, 詹根基, 馬學(xué)童, 魏紅梅 申請人:上海步科自動化有限公司