基于STM32的嵌入式数控插补控制器的研究与实现

发布时间：2017-04-10 23:39

  本文关键词：基于STM32的嵌入式数控插补控制器的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着数控设备及其衍生产品的发展,有一部分制造行业如消失模制造、模型制造和雕刻制造业等,越来越青睐于轻量级数控成型设备。与传统的数控机床相比,这类轻量级数控系统成本低廉,硬件结构简单,数控功能依靠软件实现,如G代码的译码与插补执行。研究嵌入式数控插补控制器对轻量级数控设备开发有重要意义。首先,本文从嵌入式数控插补控制器的需求分析入手,规划了整体设计框架。对整个框架进行了分层设计,数控软件层由译码模块和插补模块组成。OS层和硬件层集中体现在嵌入式平台的设计过程中,在嵌入式平台设计中对硬件环境和操作系统的任务进行了设计。接着,本文对嵌入式插补控制器的数控软件层进行了具体的研究与设计,数控软件层包含译码模块和插补模块。译码模块对中间变量进行了结构体封装,易于扩展对更多指令的支持。插补模块先基于经典的逐点比较法实现了二维平面跨任意象限的直线和圆弧插补,再对极坐标下的一类曲线的插补算法进行了研究,以弥补嵌入式数控平台插补线型单一的问题和避免了在圆弧插补跨象限处理和逆时针顺时针处理时繁琐的判断问题。然后,研究设计了基于STM32的嵌入式数控硬件和软件框架,通过移植UCOS系统,提高了插补控制器的系统扩展性,通过移植FATFS文件管理系统,加强了插补控制器对G代码文件的管理能力。将译码和插补模块整合到嵌入式平台后,通过实验验证了插补控制器的功能。最后,为扩展插补控制器的使用场景,本文进行了上位机设计。上位机主要进行执行过程中相关参数显示,G代码的预览与编辑,以及将G代码文件通过自定义协议传输到下位机的SD卡,也具备实时在线译码和执行的功能。该嵌入式数控插补控制器在应用中,可以对嵌入式平台SD卡中G代码和PC上的G代码进行译码与插补执行,运行状态可以同时在STM32和PC上显示,插补控制器的扩展性好,结构简单易于维护,在小型数控设备中有应用前景。
【关键词】：数控 G代码 STM32 译码 插补算法
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-12
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题研究背景及意义8-9
• 1.3 国内外研究现状9-11
• 1.4 本文的主要研究内容11
• 1.5 本章小结11-12
• 第2章 嵌入式数控插补控制器整体设计方案12-17
• 2.1 嵌入式插补控制器系统需求分析和整体框架12-14
• 2.2 插补控制器的数控软件层设计方案14-15
• 2.3 STM32嵌入式系统设计方案15-16
• 2.4 上位机软件设计方案16
• 2.5 本章小结16-17
• 第3章 插补控制器的数控软件层设计17-33
• 3.1 插补控制器的G代码译码17-22
• 3.1.1 控制器G代码的译码原理17-18
• 3.1.2 译码算法中的中间代码结构体设计18-20
• 3.1.3 插补器译码的算法实现与验证20-22
• 3.2 插补控制器的插补算法研究22-32
• 3.2.1 跨象限逐点比较法的实现22-25
• 3.2.2 跨象限逐点比较法的模拟与仿真25-26
• 3.2.3 一种极坐标下的弧线插补算法的研究26-28
• 3.2.4 极坐标插补算法的实现与验证28-30
• 3.2.5 极坐标插补算法特点分析30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第4章 插补控制器的STM32嵌入式系统设计33-55
• 4.1 STM32嵌入式平台硬件设计33-38
• 4.1.1 STM32主控制芯片概述33-34
• 4.1.2 基于STM32的数控主控制板设计34-35
• 4.1.3 主要硬件模块的设计35-38
• 4.2 STM32嵌入式平台软件构架设计38-44
• 4.2.1 STM32数控平台整体软件构架设计38-39
• 4.2.2 FATFS文件系统读取SD文件的机制39-42
• 4.2.3 UCOSIII操作系统的任务管理机制42-44
• 4.3 UCOSIII操作系统下的任务设计44-49
• 4.3.1 G代码译码任务45-46
• 4.3.2 插补执行任务46-47
• 4.3.3 串口扫描任务与串口数据处理任务47-49
• 4.3.4 按键扫描任务与按键处理任务49
• 4.4 系统验证49-54
• 4.4.1 实验环境50-51
• 4.4.2 实验结果51-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 上位机设计55-61
• 5.1 上位机功能设计55
• 5.2 PC与插补控制器之间串口数据通讯55-58
• 5.3 上位机工作界面58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 全文总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 附录67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谭伟明;空间椭圆的变换插补法[J];制造技术与机床;2000年07期

2 章仁义,吴焱明;空间椭圆插补方法研究[J];机械工艺师;2001年07期

3 吴光琳,林建平,李从心,阮雪榆;参数曲面的快速实时插补[J];机械制造;2002年01期

4 鲍莉,鲍剑斌,张洛平,仲志丹;插补与误差分析[J];矿山机械;2002年09期

5 富毅和;最小偏差插补方法的扩展及应用[J];浙江工贸职业技术学院学报;2003年04期

6 范进桢,秦贵林,张海英;时间分割插补法插补圆弧算法的改进[J];机械工程师;2005年07期

7 张文洁;一种新的插补方法的探索[J];机械设计与制造;2005年06期

8 徐海银;李丹;李端铃;何顶新;;隐曲线的线性和旋转插补[J];中国机械工程;2005年21期

9 施群,王小椿;步进伺服系统高效插补控制算法研究[J];电气传动;2005年03期

10 陈贵银;;比较积分法椭圆插补的研究[J];武汉船舶职业技术学院学报;2006年04期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 余予;李俊;任芝花;张志富;;标准序列法在日平均气温缺测数据插补中的应用[A];第八届全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会论文汇编[C];2014年

2 吕强;;编写数控车、铣床加工多边形插补程序的方法[A];数控技术学术研讨会论文集[C];1999年

3 安金刚;;离线插补技术在运动控制中的应用[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年

4 郑金兴;张铭钧;孟庆鑫;;变插补周期的数控进给速度控制算法研究[A];先进制造技术论坛暨第五届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2006年

5 谷永山;王锐;韦穗;;基于两幅视图的纵向插补方法[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 叶伟;数控系统纳米插补及控制研究[D];北京交通大学;2010年

2 梅鹏;中国群死群伤火灾数据插补及快速损失评估研究[D];中国科学技术大学;2013年

3 孟书云;高精度开放式数控系统复杂曲线曲面插补关键技术研究[D];南京航空航天大学;2006年

4 刘巍;ARGO稀损数据插补与三维海洋要素场重构研究[D];西南交通大学;2012年

5 周勇;高速进给驱动系统动态特性分析及其运动控制研究[D];华中科技大学;2008年

6 郝永江;复杂参数曲线曲面加工控制与状态监测技术研究[D];天津大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘艳玲;调查数据无回答的插补方法及模拟比较[D];天津财经大学;2012年

2 余威;气象相似性网络构建及缺失气象要素数据的插补[D];西南大学;2015年

3 李玲雪;缺失偏态数据下异方差模型的统计推断[D];昆明理工大学;2015年

4 李永杰;基于PH曲线五轴数控插补策略的研究[D];辽宁科技大学;2015年

5 李静华;基于PMM插补法的线性回归模型系数估计量的模拟研究[D];天津财经大学;2015年

6 王锦霞;基于质谱筛选差异表达蛋白的统计学方法研究[D];大连海事大学;2016年

7 赵伟;针对回归模型的缺失数据插补方法模拟分析[D];天津财经大学;2014年

8 骆新珍;基于DA插补法的线性回归模型系数估计量的模拟研究[D];天津财经大学;2014年

9 肖哲;基于STM32的嵌入式数控插补控制器的研究与实现[D];湖北工业大学;2016年

10 王伟;基于判别分析的多重插补影响因素研究[D];河北经贸大学;2015年

  本文关键词：基于STM32的嵌入式数控插补控制器的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：297814