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圖5為編碼器硬件原理圖，U1(HEDS9701)采集A、B信號，PH-U、PH-V、PH-W三只光電開關(guān)檢測產(chǎn)生U、V、W信號，它們與碼盤一起裝在電機(jī)內(nèi)，檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速、判斷轉(zhuǎn)子位置,并將采集信號送給DSP。圖6為我們系統(tǒng)實(shí)際所用編碼器安裝在電機(jī)上的位置，中間電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，帶動編碼器旋轉(zhuǎn)，從而輸出編碼開關(guān)信號給DSP處理。DSP(TMS320F2406)內(nèi)部帶有正交編碼模塊(quadrature decoder)，從編碼器輸出的正交信號輸入DSP的PHASEA腳和PHASEB腳，內(nèi)部的正交編碼模塊將信號進(jìn)行四倍頻，再由位置計數(shù)器計數(shù)從而可以確定轉(zhuǎn)子的速度和位置。如果PHASEA信號的相位領(lǐng)先于PHASEB信號，那么運(yùn)動方向?yàn)檎?，落后則為負(fù)向。

PHASEA和PHASEB的輸入信號首先必須通過一個干擾信號濾波器，該濾波器可以數(shù)字延時，可以濾除毛刺，保證只有真正的信號才進(jìn)行計數(shù)。同時對于只用單個信號的控制，均可配置為單個的脈沖計數(shù)。

對于一個高速轉(zhuǎn)軸編碼器，轉(zhuǎn)軸速度可以通過計算每單位時間內(nèi)位置計數(shù)器的變化值來得到。對于電機(jī)低速時，由于輸入PHASEA和PHASEB與通用定時器相連均可作為輸入捕捉引腳，可以利用定時器測量正交相位之間的時間周期來得到高分辨率的速度測量。定時器模塊利用一個16位的計數(shù)器，通過對總線時鐘的分頻來計數(shù)，40MHZ的總線時鐘頻率最大可以得到102ms的計數(shù)周期。對于一個1000齒的編碼器來說，通過利用定時器測量速度可以精確測量到0.15轉(zhuǎn)每分。.

圖6編碼器
 
4．機(jī)頭同步定位器的設(shè)計

編碼器是裝在電機(jī)里，而機(jī)頭同步定位器則是裝在機(jī)頭里，它們均屬于傳感器的范疇。

微機(jī)控制縫紉機(jī)的一個重要指標(biāo)是停機(jī)位置的準(zhǔn)確度，這里包括上針位和下針位的停機(jī)，所以，縫紉機(jī)在這兩個位置必須各給出一個信號，DSP才可以通過檢測這兩個信號來控制電機(jī)停止，這是機(jī)頭同步定位器的主要作用。另外電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)通過皮帶與機(jī)頭連接傳動，皮帶可能存在打滑現(xiàn)象，只有結(jié)合電機(jī)編碼器信號與機(jī)頭同步信號，才能準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)。

上下針位信號的產(chǎn)生主要是依靠安裝在機(jī)頭上的兩塊極性相反的磁鐵(跟著電機(jī)旋轉(zhuǎn))，對兩個相反安裝的開關(guān)型霍爾傳感器(固定)作用，即每塊磁鐵僅對應(yīng)一個傳感器起作用。當(dāng)機(jī)頭旋轉(zhuǎn)到上針位或下針位位置上時，相應(yīng)的開關(guān)霍爾傳感器因?yàn)榇艌龅竭_(dá)其跳變的閾值，而產(chǎn)生輸出跳變，也就是需要的開關(guān)信號，即機(jī)頭同步信號。在系統(tǒng)設(shè)計時我們選用的是Allegro公司的U3144，運(yùn)用方便，性能穩(wěn)定。

在整個系統(tǒng)設(shè)計中我們強(qiáng)調(diào)了可靠性設(shè)計，對系統(tǒng)中的敏感信號我們都加強(qiáng)了保護(hù)，以符合電磁兼容的要求。在程序設(shè)計中強(qiáng)調(diào)了指令的精簡及信號的多次確認(rèn)，以提高運(yùn)算結(jié)果的快速性與準(zhǔn)確性。在系統(tǒng)設(shè)計中我們還引入了多種保護(hù)措施，如過流、過壓、過載、堵轉(zhuǎn)等狀態(tài)下，系統(tǒng)都將立即進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

在系統(tǒng)設(shè)計中我們也強(qiáng)調(diào)了可維修性設(shè)計，如裝拆方便、功能板更換方便，并設(shè)置了許多錯誤代碼，以保證當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，就能根據(jù)錯誤代碼快速判斷故障位置及原因，節(jié)約維修時間。

結(jié)語

目前該縫紉機(jī)控制系統(tǒng)已開發(fā)成功，并進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。從實(shí)際使用效果看，該控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了縫紉機(jī)針位控制的快速性與準(zhǔn)確性，保證了高低速運(yùn)行的平穩(wěn)性，同時使縫紉機(jī)具備了自動剪線、自動撥線、自動前后加固的功能。基于DSP的磁場定向控制技術(shù)是運(yùn)用于縫紉機(jī)電氣控制系統(tǒng)的突破口，它的成功開發(fā)，其意義不僅在于可以在工業(yè)縫紉機(jī)電控系統(tǒng)中獲得較高的性能，另外可將該技術(shù)演化到其它種類的縫制紡織設(shè)備中去，以實(shí)現(xiàn)針位控制的快速性與準(zhǔn)確性。