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摘要：文章在充分了解KN95口罩機的生產工藝的基礎上，設計了基于ARM的KN95半自動口罩機控制系統。本控制系統體積小，成本低，產能高，具有較強的穩定性。
關鍵詞：KN95口罩機；STM32；PCL6045BL；控制系統采用STM32F103ZET6作為主控芯片，PCL6045BL作為運動控制核心芯片，設計了基于ARM芯片的KN95半自動口罩機控制系統[1]。采用ARM芯片作為主CPU，對整個控制系統進行了整體方案設計、硬件設計和軟件設計。通過對滾花主軸和對折軸的精確控制，實現了對滾花主軸和對折軸的同步控制和協同動作，完成對KN95口罩的生產動作，并實現了工程樣機。
1控制系統方案設計
KN95半自動口罩機控制系統主要包括觸摸屏、主控板、滾花主軸裝置、對折軸裝置、送布料軸裝置1、送布料軸裝置2、送布料軸裝置3、送布料軸裝置4、送布料軸裝置5、送布料軸裝置6、IO采集控制板、IO轉接板、超聲波、電磁閥、傳感器、按鈕等[2]。觸摸屏主要用于KN95半自動口罩機控制系統的工作狀態顯示，參數設置和手動操作等功能；主控板主要完成對滾花主軸裝置、對折軸裝置、送布料軸裝置1、送布料軸裝置2、送布料軸裝置3、送布料軸裝置4、送布料軸裝置5和送布料軸裝置6的運動控制及與IO采集控制板進行通訊；IO采集控制板主要完成對整個系統IO輸入信號的采集和IO輸出信號的輸出控制；IO轉接板主要用于連接系統的各個傳感器、按鈕等輸入信號，將采集到的信息傳送給IO采集控制板，連接電磁閥、氣缸等輸出信號，完成對超聲波、電磁閥、氣缸等IO輸出的控制。對應控制系統方案如圖1所示。
2控制系統硬件設計
本系統主控板采用了STM32F103ZET6作為主控CPU，采用PCL6045BL芯片作為運動控制模塊。PCL6045BL芯片通過并行總線接收STM32F103ZET6主控CPU的命令，單個芯片可控制四軸脈沖型伺服電機或步進電機[3]，本系統采用雙PCL6045BL芯片，共可控制八軸脈沖型伺服電機或步進電機。PCL6045BL芯片模塊可以提供多種脈沖輸出控制功能，包括線性勻速、S曲線加減速、定長、連續、回原點功能，并且支持2至4軸的直線插補以及任意2軸圓弧插補的控制功能[4]。主控制板的主控芯片STM32F103ZET6通過FSMC通信與運動控制模塊PCL6045BL芯片實時通信，完成對滾花主軸裝置、對折軸裝置、送布料軸裝置1、送布料軸裝置2、送布料軸裝置3、送布料軸裝置4、送布料軸裝置5和送布料軸裝置6的運動控制。主控板通過CAN總線與IO采集控制板進行通信，完成對系統IO輸入輸出的采集控制功能。對應控制系統硬件框圖如圖2所示。
3控制系統軟件設計
本控制系統軟件設計主要包括觸摸屏軟件設計、主控板控制軟件設計和IO采集控制板軟件設計。觸摸屏軟件主要完成對KN95半自動口罩機控制系統的運行狀態顯示，參數設置和手動操作等功能。主控板軟件主要完成系統狀態采集，對滾花主軸裝置、對折軸裝置、送布料軸裝置1、送布料軸裝置2、送布料軸裝置3、送布料軸裝置4、送布料軸裝置5和送布料軸裝置6的運動控制，完成啟動、停止等動作，并分別完成與觸摸屏的RS485通訊協議和與IO采集控制板的CAN通訊協議。IO采集控制板軟件主要完成對整個系統IO輸入信號的采集和IO輸出信號的輸出控制，KN95口罩機啟動后自動運行時主控板的控制流程圖如圖3所示。2.3冷卻速度圖3是ZG0Cr21Ni13Mo3NbN鑄鋼冷卻過程中溫度隨時間變化的曲線圖。由圖3可知，該合金鋼的溫度隨時間的增加在不斷的降低，直至室溫狀態，所用時間為1428.32s。此外，從圖中可看出，在206.62s～393.7s時間內，溫度下降的很慢，幾乎處于不變的狀態，這是因為在此時間內該合金發生了液固轉變（1353.81℃～1411.21℃），在相變轉變的過程中會釋放潛熱，導致冷卻速度減慢。
4結論
1）ZG0Cr21Ni13Mo3NbN鋼室溫平衡組織為鐵素體+奧氏體+ALPHA＿CR+M23C6+LAVES+M3P+G＿PASE+PI＿PHASE+M6相組成，固液相溫度為1353.81℃～1411.21℃，溫度降低到510℃時析出鐵素體。2）ZG0Cr21Ni13Mo3NbN鋼在凝固冷卻過程中合金的密度、楊氏模量和電阻率均隨溫度的降低而增大，室溫條件下有最大值，分別為7.97g/cm3、195.64GPa、1.19e61/（Ohm*m）；合金的摩爾體積、熱導率和泊松比均隨溫度的降低而降低，室溫時達到最小值，分別為6.96cm3、11.61W/（m*K）、0.3。3）ZG0Cr21Ni13Mo3NbN鋼凝固冷卻過程中，在液固轉變（1353.81℃～1411.21℃）時，冷卻速度明顯減慢，冷卻至室溫狀態所用時間為1428.32s。
作者:謝政華 陳小飛 汪昌來 汪逸超 單位:安徽大華半導體科技有限公司