NI 机电一体化 方案快速构建照片打 印系统

1、 NI 机电一体化 方案快速构建照片打 印系统"NI 机电一体化 方案快速构建照片打 印系统，完美重现精 彩瞬间"- National Instruments, National Instruments ChinaThe Challenge:设计精度高、速度 快、成本低的张力控 制器，以保证照片的 打印质量.The Solution:选择NI PAC 平台来实现整个控制 器的仿真、原型构建 直至部署，不仅降低 了成本，还获得了比 市场上同类产品高出 10 倍的打印速 度。Author (s):National Instruments - National Instrumen

2、ts ChinaBoston Engineering 公司为多种工程领域 的用户提供解决方 案，以帮助其更快地 将产品推入市场。为 了帮助其客户建造自 助式数码照片打印 亭，Boston Engineering 公司为其设计一个精 度高、速度快、成本 低的张力控制器，以 保证照片的打印质 量。Boston 选择NI PAC 平台来实现整个控制 器的仿真、原型构建 直至部署，不仅降低 了成本，还获得了比 市场上同类产品高出 10 倍的打印速 度。相机的诞生让我们将 这个五彩斑斓的世界 尽收眼底，数码相机 更为我们的工作和生 活带来了极大的便 利。然而，相比于拍 照，数码照片的冲印 则显得不那么便

3、捷。 照片的打印能否像 ATM 机一样随时 随地，立等可取呢？保证照片打印质量， 需要高性能张力控制 器Boston Engineering 公司应客户的需求为 数字打印亭设计控制 器。在打印机中，由 驱动电机将彩色媒体 卷轴送入打印头，并 使用收紧电机和进给 电机来控制张力。在 整个过程中，绞刀头 的振动、一次照片打 印数量的变化以及两 个电机中任一个转速 的变动都会影响照片 打印纸的张力。如果 张力没有被准确地控 制，配准误差会导致 照片色彩发生偏差。 从而降低打印照片的 质量。因此精度高、 速度快的张力控制器 在整个打印设备中显 得极为重要。为了对 张力进行控制，他们 用两个模拟霍尔效应

4、 传感器监测两个活动 辊的位置，从而间接 控制打印纸的张力。 与此同时，产品开发 成本也是项目开发过 程中的重要问题之 一。为满足客户的需求， Boston Engineering 提出了一系列要求： “我们需要性价比很 高的开发工具，用于 开发基于计算机的机 械、电气和嵌入式软 件控制的仿真，图形 用户界面（GUI） 和系统功能原型验 证，并且之后我们还 能有效地将它们转化 成最终产品。” 他 们最终选择了N ILabVIEW 及NI CompactRIO， 实现该张力控制器的 仿真，原型构建和部 署。基于NI PAC快 速实现系统仿真、原 型构建直至部署1/3利用 LabVIEW， Bos

5、ton 的工 程师们开发了控制系 统，对于热量，张 力，灰尘等影响打印 质量的因素进行控 制。它包含了建模以 及对于控制系统和机 械系统的设计，改善 了整体的控制稳定性 和控制速度。 LabVIEW 图 形化的开发模式能够 快速构建界面，同时 还提供了多种工具 包，极大地简化了仿 真程序的开发难度。在整个设计过程中， 最为复杂的就是原型 构建，通过在pc上 将仿真得到的算法在 原型上实现，设计者 们可以在早期判断设 计是否完善。 Boston Engineering 的工程师 ErikGoethert 提到：“在以前，我 们使用现成的带有可 编程DSP、 FPGA或微处理器 的开发板，以方便在

6、 原型构建阶段进行重 复配置。然而即便使 用了可编程元件，我 们还碰到了许多问 题，包括必须使用专 利语言、缺少技术文 档和技术支持、控制 器缺乏灵活性、 I/O 端口数量不 足以及不能轻易修改 的封闭控制器算法 等。”在这个项目 中，他们使用了 NI CompactRIO 取代了原来的系统。 NI CompactRIO 整合了嵌入式实时操 作系统以及 FPGA 芯片，并 能够在统一的 LabVIEW环境 下进行开发，同时还 有多样的数字 I/O、模拟I/O 或者总线通信模块可 供选择。在设计过程 中，他们将用户定制 的信号调理电路与 CompactRIO 上的模块相连，实现 了多样的功能：两

7、个 脉冲宽度调制信号来 控制两个电机；两个 编码器提供两个电机 的速度反馈；两个模 拟输入通道供霍尔传 感器探测活动辊位 置。最后Boston 的工程师们在 CompactRIO 的嵌入式控制器上实 现了监测程序，并在 FPGA 上实现了 电机控制算法，通过 自定义的6 阶控制 算法，保证了照片打 印纸的张力，并将系 统快速部署到了最终 的平台，高速 DSP 芯片上。机电一体化的开发方 式实现完整设计从建 模、仿真、原型到最 终发布开发时间短，打印速 度却快了10 倍“使用开放式、高效 率的LabVIEW 图形化系统设计平 台，我们可以在仿 真、原型构建直至部 署阶段节省大量时 间。在我们的行

8、业 中， 节省时间就意 味着节省成本， LabVIEW嵌入 式技术使我们对客户 而言更有价值，在市 场中更有竞争力。与 建模、设计、测试和 目标众多的工具和开 发环境相比， LabVIEW嵌入 式模块为我们提供了 一套整合工具链，使 我们把时间花费在工 程上，而不再是语法 上。基于NI PAC平台开发的数 码照片打印机不仅可 靠性好、照片质量 高，打印速度也比市 场上同类的产品快了 10 倍。”Author Information:National Instruments National Instruments China shanghaishanghai ChinaTel: 021- 50509800Fax: 021- 65556244 china. webni. com2/3LegalThis case study (this "case study") was developed by a National Instruments ("NI") customer. THIS CASE STUDY IS PROVIDED "AS I