基于ARM的切割數(shù)控系統(tǒng)的研究

湖北工業(yè)大學(xué) 劉曉春

基于ARM的切割數(shù)控系統(tǒng)的研究

湖北工業(yè)大學(xué) 劉曉春

本文將嵌入式技術(shù)與數(shù)控切割技術(shù)進(jìn)行有效的融合，開發(fā)出一種基于嵌入式系統(tǒng)的自動(dòng)切割控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于AMR7微控制器芯片LPC2138及C/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)。其LCD顯示及組合式按鍵為用戶提供了一種良好的交互式操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)切割模式的選擇。本系統(tǒng)亦提供了與PC聯(lián)機(jī)控制的通信接口，可利用PC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，使控制系統(tǒng)完成更為復(fù)雜的切割控制。設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、開放性、智能化的特點(diǎn)。

切割；控制；系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控切割控制逐步應(yīng)用于加工設(shè)備，以提高加工質(zhì)量和工作效率。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)以PC機(jī)為主體的控制很不靈活，研究以嵌入式微處理器為控制主體的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，也是數(shù)控技術(shù)中重要研究方向。

數(shù)控技術(shù)Numerical Control（NC），是一門包含計(jì)算機(jī)、電子、信息、自動(dòng)控制及精密機(jī)械制造等在內(nèi)的多學(xué)科綜合技術(shù)。是多學(xué)科技術(shù)交叉與融合的完美體現(xiàn)。該技術(shù)以數(shù)字量，指令的編程達(dá)到對(duì)機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)方式的控制的目的，其主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)位置、運(yùn)動(dòng)方向、旋轉(zhuǎn)角度、運(yùn)動(dòng)速度以及加、減速過程等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量自動(dòng)控制。自動(dòng)控制是以二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)指令為基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，因其高精度、高速度、高效率的特點(diǎn)，打破了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念，是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)巨大的沖擊與挑戰(zhàn)，使機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)生了巨大的變化。近年來，世界各發(fā)達(dá)國家競(jìng)相發(fā)展數(shù)控技術(shù)，集中雄厚的人力與物力發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)和開發(fā)高端的數(shù)控設(shè)備，追求數(shù)控設(shè)備的高度自動(dòng)化和柔性化、降低成本，加速更新?lián)Q代以適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭。當(dāng)今數(shù)控技術(shù)向著高速高精度，智能化，開放化，網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展[1]。

隨著信息化、智能化計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，擁有嵌入式技術(shù)的電子智能化產(chǎn)品，已融入到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這種改變還在不斷地加速。小到消費(fèi)類電子領(lǐng)域，如：MP3、PDA、數(shù)碼相機(jī)等。大到工業(yè)控制，航空航天，如：數(shù)控機(jī)床、神州飛船。都有著嵌入式技術(shù)的身影。

嵌入式技術(shù)是一個(gè)相對(duì)模糊的概念，因?yàn)樗呀?jīng)滲透到生活中的各個(gè)方面，因此就很難給“嵌入式系統(tǒng)”一個(gè)明確的定義。一般來講，嵌入式系統(tǒng)是指將操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中。簡而言之，就是系統(tǒng)軟件、硬件的一體化。這就類似于BIOS工作方式，具有軟件代碼小、自動(dòng)化程度高及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于對(duì)實(shí)時(shí)性和多任務(wù)有特殊要求的體系。下面給出一個(gè)比較合理的定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、體積、成本及功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）專用性強(qiáng)：嵌入式系統(tǒng)的專用性比較強(qiáng)。系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)合的十分緊密，系統(tǒng)的移植一般都需針對(duì)特定的硬件進(jìn)行。即使同一系列的產(chǎn)品也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化而進(jìn)行不斷的修改，這種修改不同于一般軟件的“升級(jí)”。

（2）系統(tǒng)精簡：嵌入式系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件之間一般沒有明顯的區(qū)分，也不要求功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜。這樣，一方面有利于控制系統(tǒng)成本；另一方面也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全。

（3）系統(tǒng)內(nèi)核?。河捎谇度胧较到y(tǒng)面向應(yīng)用，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，這就要求內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)較小。

（4）高實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)：這是嵌入式軟件的基本要求，其軟件要固化存儲(chǔ)，以提高系統(tǒng)運(yùn)行速度，其代碼需要具有高可靠性。

（5）多任務(wù)操作系統(tǒng)：為了合理地調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及庫函數(shù)接口，多任務(wù)的操作系統(tǒng)RTOS(RealTimeOperatingSystem)平臺(tái)是十分有必要的。這樣才能保證程序執(zhí)行的可靠性、實(shí)時(shí)性，縮短開發(fā)周期，提高軟件開發(fā)質(zhì)量。

（6）軟、硬件可裁剪：由于嵌入式系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，這就要求能根據(jù)其應(yīng)用需求，對(duì)軟、硬件進(jìn)行裁剪，去掉不需要的部分，從而滿足具體應(yīng)用對(duì)成本、功耗、體積、可靠性等方面的要求。

嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，并行同步開發(fā)的程序。如果某些硬件的功能可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)，這樣就大大降低了硬件的復(fù)雜性，節(jié)約了成本。以上就是嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)。

[1]李正義.基于ARM的數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].湘潭大學(xué).2007.

[2]阮航等.基于ARM的嵌入式一體化工業(yè)控制機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息.2005年第21卷第7期.77～80.

[3]楊輝先等.基于ARM 的數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制.2007.15（12）1722 ～ 1724.

2017-09-10）