基于ARM+FPGA雕刻机控制系统的设计

发布时间：2021-06-30 22:53

　　随着科学技术的日益进步,数字控制技术和电子信息技术得到了飞速发展,带动数控雕刻技术在木工、徽章、标牌、模具等加工领域中广泛应用。但目前国产数控雕刻机在精度、性能、成本等方面还有很大的提升空间,为了提高国产雕刻机的性价比和市场竞争力,研制加工速度快、精度高、成本低的数控系统显得尤为重要。本文在分析国内外数控雕刻机发展现状和研发技术的基础上,设计以ARM9+FPGA为核心控制器,结合嵌入式系统来设计雕刻机控制系统。ARM9作为主处理器,负责轨迹插补、速度控制以及运行Windows CE操作系统;FPGA作为辅处理器,负责发送驱动脉冲,控制步进电机控制器运动。整个系统工作时操作简便,可以一体化地实现从原始数据读取到最后驱动脉冲的发送,从而摆脱对工控PC机的依赖。在轨迹控制方面采用改进的数字积分插补算法（DDA）,降低微处理器插补时的运算量,提高插补效率。在速度控制方面,结合步进电机频率-转矩的特性,采用多条离散微线段拟合指数型曲线的方法实现执行机构的加减速控制;另外辅以“大S”集合算法完成轨迹预处理,解决电机因频繁启停出现的失步问题。仿真试验进一步验证基于ARM+FPGA雕刻机控制系统方案设... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

主流嵌入式操作系统使用情况图

虑操作系统的可裁减性、实时性能。、性能、开放性、网络支持等方面的考虑，决定为雕刻机数控系统的嵌入式操作系统。Windows C低成本、良好的移植性、多硬件平台支持、可定制等多方面优势，使得它在嵌入式领域应用的越来越 CE 操作系统的支持下，利用及其高效管理各种软雕刻机控制器的各种功能及性能。还能满足人性化在线升级等高级功能[37]。为满足控制器应用软件的E 嵌入式下的图形用户界面程序进行应用软件的开图 2-3 所示。

图 2-4 雕刻机控制系统总体设计图Figure 2-4 engraving machine control system overall design整个数控系统的工作流程是：首先通过键盘或触摸屏进行刀具坐标、脉冲当量、加速度、雕刻最大速度等加工参数的设置，然后在 USB 文件中选择一个由专业 CAD 软件生成好的雕刻加工轨迹数据读取到系统中，S3C2440 主处理器会对读取到的数据进行轨迹优化、轨迹预处理和速度控制等操作计算出三轴联动脉冲的关系并且将这些信息传送给 FPGA，最终通过 FPGA 将脉冲发送给驱动机构来控制雕刻机实现三轴联动完成产品的雕刻；于此同时系统整个运作的过程都会实时在 LCD 屏幕上显示出来以供操作者观察。2.4 本章小结简述了嵌入式操作系统开发的基本流程，结合嵌入式系统开发所需的因素及基本流程和数控雕刻机控制系统本身的需求，给出雕刻机控制系统的整体方案设计，选出合适的微处理器芯片和嵌入式操作系统。为下一步硬件平台设计和软件系统开发打下结实的基础。


本文编号：3258647