ARM＋DSP平台的小型切割机嵌入式系统设计

发布时间：2020-05-05 22:04

【摘要】： 数控切割机是大型船厂、机械制造和钢结构企业的主要加工生产设备。目前在数控切割领域,产品研发长期以来一直偏向于大型数控切割系统的研发,在小型、经济型应用场合缺少低成本的自动化生产设备。因此,开发应用于中小型钢板切割机的数字控制器是当前数控领域一个新的热点和具有理论、实践意义的研究方向。 本文基于ARM与DSP,设计了小型数控切割机的嵌入式控制器。实现了对以步进电机为执行器的切割机床的加工运动控制,覆盖了基于工控机与运动控制卡的大型数控切割系统的主要功能,很好地解决了小型切割机的数字化控制问题。本课题做了以下几个方面的研究和开发工作: 一、针对小型数控切割机体积小、成本低的要求,开发了基于ARM与DSP的控制器硬件,成本仅为大型数控系统的1/5至1/10,功能达到设计目标。 二、设计了具备图形液晶、PS/2键盘和USB等友好接口的完善用户接口体系,能够通过U盘读入加工代码、通过通用键盘输入指令并在液晶上跟踪显示加工图形。汉字提示和图形界面直观易学,有效降低了小型数控切割机的操作复杂程度。 三、由于加工工艺复杂,在ARM上移植并应用了嵌入式操作系统,创建多任务并使用消息响应机制管理各个界面的切换和操作。同时移植并应用了嵌入式GUI,将字符、汉字、图形纳入统一的API体系中,软件结构清晰、效率较高。 四、采用一种高效的运动插补算法。将数字增量算法改进引入到以步进电机作为执行器的开环控制系统中,保证在插补过程中移动部件的运动路径与插补轮廓之间的误差始终保持在一个脉冲当量之内。为了实现人机接口和控制指令的传输,设计并实现了DSP与上位机ARM之间的数据通讯。 本文开发的小型数控切割机控制器已经做出了实物原型,目前正在切割机生产厂进行性能测试。已完成的测试结果表明,系统控制精度高,界面和功能完善,运行稳定可靠,能够满足切割机的自动控制要求。
【图文】：

最大切割速度 50-2000 毫米/分最大回程速度 3000 毫米/分联动轴数 2 轴联动输入坐标范围 +/-9999.999 毫米最大单个用户程序 32K（>1000 行）用户程序空间 1G用户程序个数 同一文件夹下不超过 500 个机箱尺寸 280*230*852.3 数字控制器的方案设计2.3.1 控制器总体方案设计

Figure 2-2 Structure of User Module片机选用 Samsung 的 S3C44B0X 即 ARM7TDM 外存电路，PS/2 键盘电路，SD 卡和 USB 接驱动与控制电路。设计方案中实现一个 USB H户代码接口，读写用户 U 盘信息；后者置于控作为小硬盘，实现读出写入双向操作，替代了 扩充了可存储用户代码空间，满足了用户在加工。由于 SD 卡的读写速度快于 EEPROM，该设计 32K 的非易失性随机存取存储器，，用于存储坐标用非易失性存储器的目的在于使得设计的小型切继续加工未完成的工件，保证厂区断电或者操作设计参考 3.2.5 节。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP368.11

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本文编号：2650803