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摘要：文章在充分了解KN95口罩机的生产工艺的基础上，设计了基于ARM的KN95半自动口罩机控制系统。本控制系统体积小，成本低，产能高，具有较强的稳定性。
关键词：KN95口罩机；STM32；PCL6045BL；控制系统采用STM32F103ZET6作为主控芯片，PCL6045BL作为运动控制核心芯片，设计了基于ARM芯片的KN95半自动口罩机控制系统[1]。采用ARM芯片作为主CPU，对整个控制系统进行了整体方案设计、硬件设计和软件设计。通过对滚花主轴和对折轴的精确控制，实现了对滚花主轴和对折轴的同步控制和协同动作，完成对KN95口罩的生产动作，并实现了工程样机。
1控制系统方案设计
KN95半自动口罩机控制系统主要包括触摸屏、主控板、滚花主轴装置、对折轴装置、送布料轴装置1、送布料轴装置2、送布料轴装置3、送布料轴装置4、送布料轴装置5、送布料轴装置6、IO采集控制板、IO转接板、超声波、电磁阀、传感器、按钮等[2]。触摸屏主要用于KN95半自动口罩机控制系统的工作状态显示，参数设置和手动操作等功能；主控板主要完成对滚花主轴装置、对折轴装置、送布料轴装置1、送布料轴装置2、送布料轴装置3、送布料轴装置4、送布料轴装置5和送布料轴装置6的运动控制及与IO采集控制板进行通讯；IO采集控制板主要完成对整个系统IO输入信号的采集和IO输出信号的输出控制；IO转接板主要用于连接系统的各个传感器、按钮等输入信号，将采集到的信息传送给IO采集控制板，连接电磁阀、气缸等输出信号，完成对超声波、电磁阀、气缸等IO输出的控制。对应控制系统方案如图1所示。
2控制系统硬件设计
本系统主控板采用了STM32F103ZET6作为主控CPU，采用PCL6045BL芯片作为运动控制模块。PCL6045BL芯片通过并行总线接收STM32F103ZET6主控CPU的命令，单个芯片可控制四轴脉冲型伺服电机或步进电机[3]，本系统采用双PCL6045BL芯片，共可控制八轴脉冲型伺服电机或步进电机。PCL6045BL芯片模块可以提供多种脉冲输出控制功能，包括线性匀速、S曲线加减速、定长、连续、回原点功能，并且支持2至4轴的直线插补以及任意2轴圆弧插补的控制功能[4]。主控制板的主控芯片STM32F103ZET6通过FSMC通信与运动控制模块PCL6045BL芯片实时通信，完成对滚花主轴装置、对折轴装置、送布料轴装置1、送布料轴装置2、送布料轴装置3、送布料轴装置4、送布料轴装置5和送布料轴装置6的运动控制。主控板通过CAN总线与IO采集控制板进行通信，完成对系统IO输入输出的采集控制功能。对应控制系统硬件框图如图2所示。
3控制系统软件设计
本控制系统软件设计主要包括触摸屏软件设计、主控板控制软件设计和IO采集控制板软件设计。触摸屏软件主要完成对KN95半自动口罩机控制系统的运行状态显示，参数设置和手动操作等功能。主控板软件主要完成系统状态采集，对滚花主轴装置、对折轴装置、送布料轴装置1、送布料轴装置2、送布料轴装置3、送布料轴装置4、送布料轴装置5和送布料轴装置6的运动控制，完成启动、停止等动作，并分别完成与触摸屏的RS485通讯协议和与IO采集控制板的CAN通讯协议。IO采集控制板软件主要完成对整个系统IO输入信号的采集和IO输出信号的输出控制，KN95口罩机启动后自动运行时主控板的控制流程图如图3所示。2.3冷却速度图3是ZG0Cr21Ni13Mo3NbN铸钢冷却过程中温度随时间变化的曲线图。由图3可知，该合金钢的温度随时间的增加在不断的降低，直至室温状态，所用时间为1428.32s。此外，从图中可看出，在206.62s～393.7s时间内，温度下降的很慢，几乎处于不变的状态，这是因为在此时间内该合金发生了液固转变（1353.81℃～1411.21℃），在相变转变的过程中会释放潜热，导致冷却速度减慢。
4结论
1）ZG0Cr21Ni13Mo3NbN钢室温平衡组织为铁素体+奥氏体+ALPHA＿CR+M23C6+LAVES+M3P+G＿PASE+PI＿PHASE+M6相组成，固液相温度为1353.81℃～1411.21℃，温度降低到510℃时析出铁素体。2）ZG0Cr21Ni13Mo3NbN钢在凝固冷却过程中合金的密度、杨氏模量和电阻率均随温度的降低而增大，室温条件下有最大值，分别为7.97g/cm3、195.64GPa、1.19e61/（Ohm*m）；合金的摩尔体积、热导率和泊松比均随温度的降低而降低，室温时达到最小值，分别为6.96cm3、11.61W/（m*K）、0.3。3）ZG0Cr21Ni13Mo3NbN钢凝固冷却过程中，在液固转变（1353.81℃～1411.21℃）时，冷却速度明显减慢，冷却至室温状态所用时间为1428.32s。
作者:谢政华 陈小飞 汪昌来 汪逸超 单位:安徽大华半导体科技有限公司