专利名称：嵌入式切纸机程控电脑的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种程控电脑，特别是关于一种嵌入式切纸机程控电脑。
背景技术：
如图1以及图2所示，目前，切纸机行业电控系统所用电脑主要为MCU-based解决 方案和PC-based解决方案，低端品以使用LED实时显示位置为主。各方案优劣势对比分析 如下LED数显方案不具备程控功能，可操作性能差。MCU-based解决方案多见于低端产品，成本低，能完成简单的程控功能，但其运 算速度慢，数据存储容量低，色彩、图形处理能力差，屏幕尺寸小、刷新频率低，不支持高分 辨率的显示屏，无法兼容印刷流水线的CIP3/CIP4文件数据。更为重要的是，MCU技术平台 是一个相对封闭的系统，开发难度大，生产线扩展能力差，设备自身无法对外围设备进行隔 离，当故障发生时，系统整体瘫痪，维护和升级成本高。PC-based解决方案多见于高端产品，开发简易，功能强大，特别是数据处理能力 强，但DOS小型平台或windows大型通用平台技术产品其能耗高、发热量大，抗干扰性差，启 动速度慢，更为重要的是其成本高昂，无法在切纸机行业得到广泛应用。
实用新型内容为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种低成本高性能的嵌入式切纸 机程控电脑。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种嵌入式切纸机程控电 脑，其包括嵌入式硬件平台和嵌入式软件平台，所述的嵌入式硬件平台包括32位520MHz的 CPU,存储装置，功能接口，触摸屏以及外部通讯接口，所述的CPU分别与该存储装置，功能 接口，触摸屏以及外部通讯接口相连，所述的嵌入式软件平台通过windows应用程序接口 与操作系统相连，其包括裁切工艺核心进程单元以及在裁切工艺核心进程单元上的设备工 作状态监视模块、设备应急响应模块、机器故障诊断处理模块、用户操作监视模块、图形图 像处理模块、印刷流水线控制模块和用户帮助模块。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的存储装置包括用于存储各型切 纸机的参数配置数据的SRAM，运行主程序的SDRAM以及用于存放系统驱动程序的FLASH。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的功能接口包括复位接口，实时 时钟功能模块以及USB客户调试用接口。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的外部通讯接口包括至少3路 UART扩展出支持RS232、RS485或RS422标准的同步串行通信接口。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的外部通讯接口进一步包括通过 地址、数据总线方式与CPU相连的现场总线接口。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的外部通讯接口进一步包括通过数据、地址总线方式与CPU相连的工业以太网通信接口。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的嵌入式切纸机程控电脑进一步 包括与CPU相连的两个USB host接口。相较于现有技术，本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑以PXA270为中心，利用 该32位高速CPU解决MCU方案的处理速度问题，利用其嵌入式的低功耗硬件构架解决 通用平台的高功耗、高发热量问题，利用丰富的扩展接口，如3路UART扩展出可以支持 RS232、RS485或RS422接口标准的串口，由地址数据总线方式扩展出现场总线如CANbus、 Profibus、MPI接口等，由专用接口扩展出2路USB Host,由数据地址总线方式扩展出1路 工业以太接口，可以连接外围不同种类和生产商的如伺服、逆变器等电力拖动设备，连接 PLC.Remote I/O等控制用设备，使得嵌入式电脑具有较好的开放性，有利于系统的扩展、升 级和维护。同时，KincoCut软件通过WinCE底层驱动与外围设备建立通信，特别是该软件 通过GPIO实时监视键盘和触摸屏的动作，可以判断并自动处理用户请求；KincoCut软件 与WinCE平台相结合，可以通过工业以太网、USB host等接口自动识别印刷流水线数据格 式CIP3和CIP4文件，并直接将该文件转换为用户可以操作的裁切订单，所有这些与切纸机 的裁切工艺相配合，尽大程度的降低裁切编程的复杂度，减轻工人劳动强度，具备机器智能 性。由于系统整体采用嵌入式处理技术，硬件成本低，软件平台开发周期短，因此系统整体 成本相对通用平台大幅降低。作为系统功能扩展，我们对切纸机的多媒体技术进行了通盘 考虑，由于PXA270加入了 Wireless MMX技术，大大提升了其多媒体处理能力，这个可以为 机器视觉等技术做下铺垫，有利于KincoCut软件的进一步完善和升级。
图1是现有技术中的MCU-based电控系统解决方案系统原理框图。图2是现有技术中的PC-based电控系统解决方案系统原理框图。图3是本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑的硬件平台结构原理框图。图4是本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑的应用软件结构原理框图。
具体实施方式
本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑采用基于Marvell XScale架构PXA270 520MHz CPU硬件平台的WinCE嵌入式操作系统，使用嵌入式VC++集成环境开发基于WinCE 嵌入式平台的切纸机应用软件KincoCut，最终使得KincoCut应用软件在WinCE操作系统调 度帮助下，完成切纸机及裁切生产线的特殊工艺操作。如图3和图4所示，本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑，其包括嵌入式硬件平台 和嵌入式软件平台两部分，分述如下。(1)嵌入式硬件平台如图3所示，本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑采用Marvell XScale架构的 PXA270 (520MHz)作为系统的核心处理器，该型CPU的显著特点是运算能力强、能耗低、图形 图像处理能力强、外围接口丰富，以此为核心构造的嵌入式电脑能够可靠的完成切纸机所 需的各项实时数据处理任务，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具有丰富的外围设备集成和外设接口，为切纸机电脑功能扩展
4奠定了基础。图3中所示的SRAM，主要用于存储各型切纸机的参数配置数据，主板掉电后该存 储区由电池供电，以保证机器参数掉电不丢失，设备重新启动后用户无需重新配置机器参 数。图3中所示的SDRAM，是系统的“内存区”，通常情况下，主程序在这里运行。图3中所示 的FLASH是系统的主存储器，相当于嵌入式系统的“硬盘”，主要用于存放系统bootloader、 各种驱动程序、WinCE内核和KincoCut应用软件，以及用户针对裁切数据编制的工程数据， 存储系统故障信息，存储切纸机维护用引导数据和相关维护记录。复位接口采用专用芯片复位CPU以达到系统重新启动等目的，用户可以选择对应 的功能比如触摸校准功能模式、数据更新模式、触摸屏参数设置模式等，使用Reset功能进 行触摸屏工作模式切换。RTC为使用电池供电的实时时钟功能模块，USB客户为系统调试用接口。PXA270可以支持从320X240到1280 X 1024的LCD分辨率，LCD尺寸几乎可以遍 及4. 3寸到15寸，本嵌入式切纸机程控电脑采用了 10. 4寸800X600的16位真彩IXD显 示屏，采用CCFL背光源，CPU通过GPIO控制背光驱动器从而达到控制IXD背光的目的。触摸屏通过ADC采样后使用SSP接口与CPU相连，采用中断方式工作，触摸屏设计 为用户进行复杂的机器操作和裁切数据编程提供了方便；系统主板上通过矩阵扫描方式外 扩了一个切纸机专用键盘，该型键盘为高强度的机械式按键，可以容纳印刷流水线现场工 人带着手套的大力度按压，从而弥补触摸屏在力度承受能力上的不足，提高了系统的可靠 性。该硬件平台开放了非常丰富的外部通讯接口，使用接口芯片引出CPU的3个串口 进行同步串行通信，为兼容各型接口标准，我们使用CPLD器件控制不同标准的选通，使得 系统可以支持RS232/RS485/RS422等电气标准，用户可以根据电力拖动系统的不同而自由 选择；为提高设备通信速率，更大程度的提高电脑监控的实时性，本实用新型的嵌入式切纸 机程控电脑采用CANbus现场总线接口，接口芯片通过地址、数据总线方式与CPU相连；为 产品兼容企业信息管理网络，设计了工业以太网通信接口，该以太网控制芯片通过数据、地 址总线方式与CPU相连，完成数据交换，用户可以通过以太网在远程访问切纸机，进行设备 监控和数据共享。与MCU-based结构的模拟控制接口不同的是，本实用新型的嵌入式切纸 机程控电脑的外部接口采用数字通信方式设计，把传统的模拟集中控制开放为数字控制结 构，使得外部设备得以解放，可以独立运作，并在出现故障时及时隔离，一部分的故障不会 影响其他设备的正常运行，从而保证机器的安全，增强了系统的容错能力。为支持通用PC的数据共享，本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑使用网络集线 器方式外扩了两个USB host接口，现场用户可以使用通用数据格式的U盘等存储设备对工 程数据进行访问，可以使用该接口进行应用软件的升级，可以使用该两个接口外接鼠标、打 印机等设备，以完成特定现场的使用要求。同时，USB host接口的开放允许访问外扩存储 器，大大增加了数据存储量。作为功能扩展，本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑开放了切纸机平台上的视频 接口，可以在切纸机后工作台面做机器视觉从而为精确裁切提供定位和校正支持。(2)嵌入式软件平台如图4所示，本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑使用微软的WinCE嵌入式操作系统作为主操作系统，在该平台上建立KincoCut的用户操作软件，该型两层设计符合软件 工程的相关标准，操作简易，研发周期短，软件可靠性高。WinCE操作系统是根据切纸机现场 精简定制的版本，其加载启动项少，运算量小，启动速度快；本实用新型的嵌入式切纸机程 控电脑在操作系统内核中定制了键盘等硬件的相关驱动，为KincoCut应用软件的运行奠 定了环境基础；WinCE内核可以完成系统相关任务和资源调度，解放了上层应用软件的底 层操作，使得应用软件的开发成本进一步降低。KincoCut切纸机应用软件是针对印刷流水线裁切工艺和切纸机特殊应用现场 而设计的软件平台，该平台由嵌入式VC++集成环境开发，利用windows应用程序接口 (Application Programming Interface, API)与WinCE操作系统相连，在裁切工艺核心进 程上运行了包括设备工作状态监视、设备应急响应、机器故障诊断处理、用户操作监视、图 形图像处理、印刷流水线控制和用户帮助等七个重要的功能模块。裁切核心进程以裁切工艺为参考，可以通过用户手动、机器半自动、机器全自动等 方式来执行切纸操作，通过设备工作状态扫描和用户操作监视模块，可以实时显示和动态 更新屏幕图形图像，并同时发出指令控制电力拖动系统完成诸如闯纸、压纸、推纸、裁切、清 废等复杂动作。除支持切纸机单机工作外，本嵌入式切纸机程控电脑还支持印刷流水线上 的其他机器控制，如升纸机、闯纸机、卸纸机等，并支持从远程数据中心获取裁切任务，自动 识别CIP3/CIP4文档，并转化为自动裁切订单。各软件模块通过WinCE底层驱动感知机器 状态，在设备出现故障后自动应急隔离，或者通过故障列表对比分析给出故障排除方法。所 有的这些使得本嵌入式切纸机程控电脑具有智能特性，可以帮助并在某些方面替代操作工 人完成裁切工作。该嵌入式软件平台对于软件维护更新、界面设计与调整、多国语言扩展等均具有 操作简易、工作量小等特点，适用于切纸机产品的配套设计和生产。嵌入式的硬、软件平台相结合，组成完整的嵌入式切纸机程控电脑，相对于 MCU-based和PC-based的解决方案优势明显，本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑满足了 市场对切纸机程控电脑的高性价比需求。本实用新型的嵌入式切纸机程控电脑的有益效果是整个系统的硬件平台以 PXA270为中心，利用该32位高速CPU解决MCU方案的处理速度问题，利用其嵌入式的低功 耗硬件构架解决通用平台的高功耗、高发热量问题，利用丰富的扩展接口，如3路UART扩展 出可以支持RS232、RS485或RS422接口标准的串口，由地址数据总线方式扩展出现场总线 如CANbus、Profibus、MPI接口等，由专用接口扩展出2路USB Host,由数据地址总线方式扩 展出1路工业以太接口，可以连接外围不同种类和生产商的如伺服、逆变器等电力拖动设 备，连接PLC、Remote I/O等控制用设备，使得嵌入式电脑具有较好的开放性，有利于系统的 扩展、升级和维护。同时，KincoCut软件通过WinCE底层驱动与外围设备建立通信，特别是 该软件通过GPIO实时监视键盘和触摸屏的动作，可以判断并自动处理用户请求；KincoCut 软件与WinCE平台相结合，可以通过工业以太网、USB host等接口自动识别印刷流水线数 据格式CIP3和CIP4文件，并直接将该文件转换为用户可以操作的裁切订单，所有这些与切 纸机的裁切工艺相配合，尽大程度的降低裁切编程的复杂度，减轻工人劳动强度，具备机器 智能性。由于系统整体采用嵌入式处理技术，硬件成本低，软件平台开发周期短，因此系统 整体成本相对通用平台大幅降低。作为系统功能扩展，我们对切纸机的多媒体技术进行了通盘考虑，由于PXA270加入了 WirelessMMX技术，大大提升了其多媒体处理能力，这个可以 为机器视觉等技术做下铺垫，有利于KincoCut软件的进一步完善和升级。 与PC-based产品相比，把同等性能切纸机程控电脑的功耗降低30 %以上，去掉了 散热用风扇等严重影响机器寿命的零部件，机器启动速度由通用平台的3分钟左右提高到 低于20秒，产品整体成本降低50%以上，由于电脑本身体积减小，其屏蔽安装后的抗干扰 性能更高。与MCU-based产品相比，嵌入式产品可以支持不同分辨率的彩色LCD，刷新频率 提高2倍以上，系统支持大数据量的存储和复杂的印刷流水线数据文件操作，电脑可以与 其他如电力拖动等部件分开设计，增强了系统扩展性，且可以在系统出现故障时进行隔离， 提高了设备安全性和可维护性。嵌入式系统结构简单，安装简易。
权利要求一种嵌入式切纸机程控电脑，其特征在于其包括嵌入式硬件平台和嵌入式软件平台，所述的嵌入式硬件平台包括32位520MHz的CPU，存储装置，功能接口，触摸屏以及外部通讯接口，所述的CPU分别与该存储装置，功能接口，触摸屏以及外部通讯接口相连。
2.根据权利要求1所述的嵌入式切纸机程控电脑，其特征在于所述的存储装置包括 用于存储各型切纸机的参数配置数据的SRAM，运行主程序的SDRAM以及用于存放系统驱动 程序的FLASH。
3.根据权利要求1所述的嵌入式切纸机程控电脑，其特征在于所述的功能接口包括 复位接口，实时时钟功能模块以及USB客户调试用接口。
4.根据权利要求1所述的嵌入式切纸机程控电脑，其特征在于所述的外部通讯接口 包括至少3路UART扩展出支持RS232、RS485或RS422标准的同步串行通信接口。
5.根据权利要求4所述的嵌入式切纸机程控电脑，其特征在于所述的外部通讯接口 进一步包括通过地址、数据总线方式与CPU相连的现场总线接口。
6.根据权利要求4所述的嵌入式切纸机程控电脑，其特征在于所述的外部通讯接口 进一步包括通过数据、地址总线方式与CPU相连的工业以太网通信接口。
7.根据权利要求1所述的嵌入式切纸机程控电脑，其特征在于所述的嵌入式切纸机 程控电脑进一步包括与CPU相连的两个USB host接口。
专利摘要本实用新型提供一种嵌入式切纸机程控电脑，其包括嵌入式硬件平台和嵌入式软件平台，所述的嵌入式硬件平台包括32位520MHz的CPU，存储装置，功能接口，触摸屏以及外部通讯接口，所述的CPU分别与该存储装置，功能接口，触摸屏以及外部通讯接口相连，所述的嵌入式软件平台通过windows应用程序接口与操作系统相连，其包括裁切工艺核心进程单元以及在裁切工艺核心进程单元上的设备工作状态监视模块、设备应急响应模块、机器故障诊断处理模块、用户操作监视模块、图形图像处理模块、印刷流水线控制模块和用户帮助模块。
文档编号B26D5/00GK201749323SQ20102003295
公开日2011年2月16日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者张怀周, 池家武, 詹根基, 马学童, 魏红梅 申请人:上海步科自动化有限公司