以基于 CE 操作系统运行的应用软件充当上位机，将自主开发的通用运动控制器当作下位机，依据用户对连续式单针绗缝机的需求来构建连续式单针绗缝机控制系统。运用统一建模语言 UML 构建连续式单针绗缝机上位机用例图，并且依照对用例图的剖析建立上位机软件层次模型。详细地对层次模型之间相互转换的条件以及约束关系进行了分析，这样使得程序具备了较高的可靠性，同时也具有简洁的可维护性。

CE 与连续式单针绗缝机相关联，通用运动控制器在其中发挥作用，统一建模语言也与这一领域有所关联。

科学技术不断发展，用户对自动化系统的整体性设计提出了较高要求。在中国传统的纺织业里，由于电脑绗缝机得到了广泛应用，客户对绗缝机的自动化程度的要求在逐渐提高，于是连续式电脑绗缝机便随之产生了。

传统的电脑绗缝机需人工借助夹布架将需绗缝的布料夹好，接着把布料放到绗缝机上进行绗缝，待花样绗缝完毕后，又要手动把布料拆下并卷起。此绗缝机操作较为费时费力，需较多人一同配合工作。新型的连续式绗缝机用气动装置来控制机械夹子，以此替代了夹布架。在要入布时，首先打开入布闸门，接着打开夹子，之后卷布装置会拖动布料到达所需的位置，再关闭夹子，然后张紧布料，最后关闭入布闸门，这样入布过程就完成了。绗缝完成后，先打开入布闸门，接着松开夹子，此时卷布装置便能把已绗缝完成的布料卷起，最后通过切刀将布裁开，这样一块布料的整个绗缝过程就完成了。整个过程只需一个人在控制面板上进行操作，既省时又省力。

本文针对连续式电脑绗缝机的特性，运用了基于 C++开发的上位机软件，同时还运用了自主研发的通用运动控制器，以此来达成绗缝功能，以满足实际生产的需求。

1 连续式绗缝机控制原理

- 传感器等外部执行装置。在这个系统里，上位机程序如同人的大脑，负责处理各类指令信息以及应对可能出现的异常；通用运动控制器犹如人体的神经中枢，把上位机发出的指令传递给外部执行装置，同时也将执行装置的反馈信息传回上位机程序；外部执行装置就像是四肢和感觉器官，依据上位机的指令完成相应动作，并把外部的一些信息反馈回来。用户在计算机上设计出要绗缝的花样，然后将花样传入下位机的控制器。控制器依据设计好的花样控制 M 轴电机，使其带动针架上下往返运动，往返一次就绗缝一针。同时，控制器还控制 X 轴电机和 Y 轴电机，带动面料前后、左右移动，这样就在织物上绗缝出了设计的花样，从而实现了绗缝的目的[1]。

2 系统的用例建模

UML 是一种可用于大型系统建模的语言。它能够用于大型系统的建模。这种语言不仅支持面向对象的分析与设计，同时也支持软件开发过程。用例视图的作用是描述系统应当交付的功能，也就是外部参入者所能够看到的功能。本软件设计运用了 UML 建模语言，针对连续式绗缝系统进行用例分析。通过对整个系统框架进行构建，从而实现上位机软件的设计与建模。上位机处于整个系统的最顶层。它的主要功能是按照操作者的需求发送数据和指令，同时也会把必要的位置、速度以及故障报警等信息读取回来。基于上位机的这些功能要求，使用 UML 来构造上位机的用例图，该用例图如图 1 所示。

界面显示还包括当前绗缝参数显示、运行信息显示。其中，操作界面显示的内容有方向键，还有参数的设定，以及绗缝功能的选择和对花样的选择；花样显示会显示当前的绗缝花样，同时实时显示在轨的运动轨迹；当前绗缝参数会显示当前绗缝的针距、速度、花样名称和 X/Y 轴坐标；运行信息所显示的内容包括绗缝状态、报警信息和提示信息。

设置参数包含了对将要绗缝的花样的相关参数设定。这些参数设定包括针距的设定、转速的设定、空走速度的设定、加固的设定、断线检测的设定以及花样补偿的设定。

六是急停功能。其中，绗缝功能包含定起绗点，定出布点，定时打油；离轨运动包含回断线点或穿线点，回起绗点或收绗点，通过方向键空走，回出布点，进行框架校零或归零；在轨运动包含开车，停车，向前或向后空走；针梭调整选择包含重新确定梭位，达到高点，对梭，回到高点，手动操作；花样管理包含读取花样，预览花样，进行花样打版。

3 上位机软件结构

3.1上位机软件层次图

对绗缝机上位机用例图进行分析并构建软件后，可将上位机软件划分成四个层次。系统类位于系统的第一层；系统类的成员类（CDlg、CIC）处于系统的第二层；人机交互界面类（CDlg）的成员类以及智能控制类（CIC）的成员类（分别有多个）处于系统的第三层；作为公有成员存在的插补类处于系统的第四层，如图 2 所示。

系统类在程序初始化阶段会被实例化，并且其成员类也会跟着被实例化。系统类本身并不提供具体的方法，仅仅充当着系统的“框架”这一角色。

智能控制类（CIC）给绗缝线程提供主控函数，它会响应来自用户的操作，对设备状态进行调控，并且做出相应的动作。人机交互界面类（CDlg）是以图形界面的形式与用户进行交互，它通过通信接口类与智能控制类进行通信，将文件读写类以及图形与文件显示类进行实例化，然后将这些实例作为自身的成员。通信接口类能够为智能控制类以及人机交互界面类的通信提供接收和发送方面的服务，同时还可以存储有待接收的信息。

第三层的图形与文本显示类给程序提供图形及文本显示的方法，同时支持动态跟踪轨迹等特殊功能。文件读写类提供文件读写的方法，能读取花样文件、写入信息参数，并且为快速前进等特殊功能处理提供支持。DSP 运动控制类通过串口类与运动控制器进行通信，在内部还提供存储区，用于存放由串口传递来的信息。跨步段处理类与绗缝段处理类，利用基于段的插补方式，各自获取到跨步段和绗缝段的运动控制数据，且将这些数据存储在动态数组里。

插补类提供的是基于花样段的插补方法以及花样插补数据，并且会在插补方法里启动插补线程，以此来对花样进行插补。

3.2上位机软件活动图

面向对象程序设计的基本特征之一是封装性。它指的是把抽象得到的属性数据与行为代码有机地结合起来，从而形成一个具有类特征的统一体[4]。并且，通过封装，能够决定哪些属性和行为作为对象的内部细节被隐藏起来，哪些属性和行为作为对象与外部的接口。本文的上位机程序很好地运用了面向对象程序设计的封装性。它把系统类的子类划分成了三个大类，分别是人机交互界面类、通信接口类、智能控制类。在程序运行的时候，它们之间的相互关系如同图 3 所展示的那样。

在程序里，人机交互界面类将信箱类对象（mBox）的地址通过某种方式进行了装载，智能控制类也同样进行了装载。人机交互界面类利用这个地址，调用信箱类中的 Send()函数，以此往信箱类中的结构体变量添加数据。而这个 Send()，就是信箱类针对对话框类的外部接口。智能控制类通过获取的信箱类对象的地址，调用相应的方法来取出对话框类在信箱类结构体内存放的数据，该方法同样是信箱类对于智能控制类的外部接口。同时，智能控制类能够对人机交互界面类产生的系统信息作出响应。图 3 清晰地展示了程序中类与类之间的动态活动过程。

各个类之间进行封装，这样能很好地减少因各类相互调用可能导致的错误。同时，从 UML 的活动图里能够清晰看出各个对象之间的关系，从而可以有效地掌控系统工作，避免因软件功能互相耦合而引发逻辑混乱。

4 嵌入式操作系统 CE

因为绗缝控制系统对实时性有要求，同时也对图形界面显示有要求，所以选择了 CE 作为整个系统的操作系统。微软的嵌入式操作系统是 CE，它具有高可靠性和稳定性，硬件兼容性良好，安全性较高，开发环境容易上手等优点，深受广大开发者喜爱。同时，它还能根据控制系统的需求进行灵活裁剪，去掉一些无关功能，让系统运行更稳定、高效。

本文提出了一种单针绗缝机上位机程序的设计方法。对上位机的主要功能进行了分析，构建了其实现方式和软件流程。通过 UML 图分别展示了上位机的用例图、软件层次图和动态活动图。还根据应用需要对操作系统进行了选择。使用 UML 图进行软件设计，能让软件层次变得清晰，结构更为严谨，可维护性也更强，这充分体现了 UML 在面向对象编程中所起到的重要作用。并且，本文所叙述的软件设计和建模方法，对其他上位机软件开发具有很好的借鉴作用。

参考文献

高鹏翔对独立绗缝机的计算机控制系统进行了设计。该成果发表在《纺织学报》2001 年第 22 卷第 1 期，其内容为 48 至 57 页。

F 与 A. 借助 UML 发表于[J]。在[具体刊物]和[具体领域]，2002 年，12 卷（6 期）：605 - 618。

H 把 UML 用于设计并发、分布式以及实时应用。这本书由吕庆中、李烨、罗方斌翻译。出版地点在北京，出版社是北京航空航天大学出版社，出版时间是 2004 年。

J 的核心编程这本书，由王建华、张焕生、侯丽坤等人翻译。这本书于 2000 年在北京由机械工业出版社出版。

薛大龙、陈世帝和王韵共同编著了《CE 嵌入式系统开发》这本书。这本书于 2008 年由电子工业出版社在北京出版。