計(jì)算機(jī)測控技術(shù)研究小論文
計(jì)算機(jī)測控技術(shù)研究小論文
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,也相應(yīng)的促進(jìn)了我國測控技術(shù)的發(fā)展。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的計(jì)算機(jī)測控技術(shù)研究小論文，供大家參考。
計(jì)算機(jī)測控技術(shù)研究小論文篇一
探析微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)綜合策略
【摘 要】微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會受到較多方面的影響，使得系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，針對這種情況就要對這些干擾因素進(jìn)行抗干擾措施。本文將詳述干擾對測控系統(tǒng)的影響、常見的干擾現(xiàn)象以及抗干擾的綜合策略。
【關(guān)鍵詞】微型計(jì)算機(jī) 測控系統(tǒng) 抗干擾技術(shù)
微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會受到外界環(huán)境的較大干擾，微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的干擾指的是除了有用信號之外的雜散信號，這些雜散的信號會使得測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸或者控制系統(tǒng)受到很大的影響，嚴(yán)重的時候還會導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)無法運(yùn)行。微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境非常復(fù)雜，因?yàn)檫\(yùn)行環(huán)境中有非常強(qiáng)烈的電磁干擾現(xiàn)象。電磁干擾現(xiàn)象會使得微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)受到較嚴(yán)重的影響，并且可能對測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)造成破壞，那么所得到的測控?cái)?shù)據(jù)則存在著較大的差異。微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)能在運(yùn)行中發(fā)揮智能作用，而且在測控系統(tǒng)受到干擾的同時發(fā)揮智能作用，使得微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng)，有效的增強(qiáng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性。
一、干擾對計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的影響
干擾有多種形式而且還有多種傳導(dǎo)模式，干擾可以通過耦合通道來傳入計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，使得計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯著降低，干擾對計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的影響如下。
(一)數(shù)據(jù)采集誤差變大
干擾會入侵到測控系統(tǒng)信號的輸入通道，使得有用信號中包含干擾信號，那么在數(shù)據(jù)采集的過程中就會產(chǎn)生較大的誤差[1]，如果有用信號的強(qiáng)度較小時，那么干擾信號對于計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集干擾就更加嚴(yán)重。
(二)控制狀態(tài)失靈
微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)所傳出的控制信號非常強(qiáng)，在傳播過程中較難被外界干擾，但是輸出的控制信號會與狀態(tài)信號結(jié)合，一旦狀態(tài)信號受到干擾就會使得影響控制信號，從而導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的控制失常。
(三)數(shù)據(jù)受干擾而發(fā)生變化
微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)中RAM儲存器是可以讀寫的，如果受到干擾的情況下RAM的數(shù)據(jù)會被篡改，但是微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)中的程序數(shù)據(jù)不容易被損壞，而RAM中的數(shù)據(jù)受干擾的影響較大，系統(tǒng)受到的損壞部分是由RAM中的數(shù)據(jù)受損數(shù)據(jù)而決定的。
(四)程序運(yùn)行失常
CPU是維持程序正常運(yùn)行的關(guān)鍵，如果CPU中的程序受到干擾的就會使得微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的運(yùn)行受到非常大的影響[2]，使得系統(tǒng)所有程序的執(zhí)行都變得沒有作用，最終導(dǎo)致系統(tǒng)陷入死循環(huán)，系統(tǒng)癱瘓。
二、常見的微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)干擾現(xiàn)象
微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生較多的干擾，而且還有無線電波、雷電以及強(qiáng)電流都會對微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)造成影響，而干擾主要是通過以下方式來實(shí)現(xiàn)的。
(一)直接耦合方式
直接耦合方式對微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的干擾較多，但是直接耦合方式對于微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的干擾程度較小。而干擾噪聲是直接通過耦合方式進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)部，使得系統(tǒng)內(nèi)部受到較嚴(yán)重的損壞。
(二)公共抗阻耦合方式
公共耦合方式是一種非常常見的耦合方式，公共耦合方式發(fā)生的環(huán)境是要兩個電路有共同通路，即兩個電路的電源流進(jìn)同一個公共抗阻，這樣就會使得抗阻上的電壓變換到另一個電路之上[3]，那么對于微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的穩(wěn)定性有非常大的影響，使得微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不可靠。
(三)靜電耦合方式
靜電耦合也被稱為電場耦合或者電容耦合，是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式，因?yàn)榉植茧娙莸母浇鼤a(chǎn)生噪聲電壓，從而影響微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(四)磁場耦合方式
微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境大多為大功率設(shè)備或者強(qiáng)電流設(shè)備，而這些設(shè)備運(yùn)行的同時會產(chǎn)生較大的磁場，這些磁場互相疊加就會使得系統(tǒng)的信號受到較大的影響，因?yàn)閺?qiáng)電場疊加會產(chǎn)生較大的噪聲電壓。
三、微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的綜合策略
微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的綜合策略分為硬件抗干擾技術(shù)以及軟件抗干擾技術(shù)，下面將詳述這兩者技術(shù)的抗干擾措施。
(一)微型計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的硬件抗干擾技術(shù)
微型計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的硬件抗干擾措施主要包括電源系統(tǒng)抗干擾技術(shù)、I/O通道的抗干擾措施、接地系統(tǒng)抗干擾措施以及其它抗干擾措施。微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)中最大的干擾源是交流電源，而且隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，交流電源干擾日趨嚴(yán)重。由于大功率用電設(shè)備的影響會產(chǎn)生較大的電壓波動，高峰電壓可以達(dá)到幾千伏，這樣的話對于微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的危害是非常大的。
(二)微型計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的軟件抗干擾技術(shù)
微型計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的軟件抗干擾技術(shù)包括數(shù)字濾波、軟件冗余以及利用監(jiān)控定時器是CPU復(fù)位，數(shù)字濾波是軟件抗干擾技術(shù)中最實(shí)用的措施，數(shù)字濾波可以對微型計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字信號利用軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算和處理，使得微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定[4]。利用監(jiān)控定時器是CPU復(fù)位即俗稱的看門狗，其作用是在CPU受到極大干擾的情況下使得CPU內(nèi)部運(yùn)行的程序回到原來的運(yùn)行軌道上，這樣就可以使得微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的穩(wěn)定性極大的提高，對于無人遙測的微型計(jì)算機(jī)測控技術(shù)而言更加可靠。
微型計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)及其容易受到外界環(huán)境的干擾，如果測控技術(shù)沒有較好的抗干擾能力就不能保證測控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
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計(jì)算機(jī)測控技術(shù)研究小論文篇二
計(jì)算機(jī)在測控網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用探析
一、引 言
隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測試?yán)碚?、新的測試方法、新的測試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破傳統(tǒng)儀器的概念，電子測量儀器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。在這種背景下，美國國家儀器公司(National Instruments Corporation，簡稱NI)在20世紀(jì)80年代最早提出虛擬儀器 (Virtual Instrument，簡稱VI)的概念。虛擬儀器這種計(jì)算機(jī)操縱的模塊化儀器系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用，國內(nèi)近幾年的應(yīng)用需求急劇高漲。因此，虛擬儀器的產(chǎn)生是測控領(lǐng)域的一次革命。
二、虛擬儀器的基本概念、特點(diǎn)及其構(gòu)成
所謂虛擬儀器，就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺上，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬前面板、測試功能由測試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。其基本思想就是在測試系統(tǒng)或儀器設(shè)計(jì)中盡可能地用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”。簡而言之VI系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件組成的。用戶可以通過友好的圖形界面(這里稱作虛擬前面板)操作計(jì)算機(jī)，如同操作功能相同的單臺傳統(tǒng)儀器一樣。虛擬儀器具有以下特點(diǎn)：1)在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功能。2)儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來定義的，而不是事先由廠家定義好的。3)儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需進(jìn)行相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)更新，而不需購買新的儀器。4)研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。5)虛擬儀器開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，可與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。與傳統(tǒng)非數(shù)字化儀器相比，虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于用戶自定義儀器功能、結(jié)構(gòu)等，且構(gòu)建容易，轉(zhuǎn)換靈活以及其開放性。虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。其中，硬件接口模塊可以包括插入式數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)、串/并口、IEEE488接口(GPIB)卡、VXI控制器以及其他接口卡。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)、GPIB儀器控制系統(tǒng)、VXI儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合。在這里，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。
(1)虛擬儀器的硬件構(gòu)成。1)基于數(shù)據(jù)采集的虛擬儀器系統(tǒng)。這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW(或LabWindows/CVI)相結(jié)合，通過A/D變換將模擬、數(shù)字信號采集到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理、顯示等，并可通過D/A轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)反饋控制。根據(jù)需要還可加入信號調(diào)理和實(shí)時DSP等硬件模塊。2)基于通用接口總線GPIB接口的儀器系統(tǒng)。GPIB(General Purpose Interface Bus)儀器系統(tǒng)的構(gòu)成是邁向虛擬儀器的第一步，即利用GPIB接口卡將若干GPIB儀器連接起來，用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能，組織大型柔性自動測試系統(tǒng)，技術(shù)易于升級，維護(hù)方便，儀器功能和面板自定義，開發(fā)和使用容易。它可高效靈活地完成各種不同規(guī)模的測試測量任務(wù)。利用GPIB技術(shù)，可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，排除人為因素造成的測試測量誤差。同時，由于可預(yù)先編制好測試程序，實(shí)現(xiàn)自動測試，提高了測試效率。3)基于串行口或其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線的系統(tǒng)。將某些串行口儀器和工業(yè)控制模塊連接起來，組成實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。將帶有RS-232總線接口的儀器作為I/O接口設(shè)備通過RS-232串口總線與PC計(jì)算機(jī)組成虛擬儀器系統(tǒng)，目前仍然是虛擬儀器的構(gòu)成方式之一。當(dāng)今，PC計(jì)算機(jī)已更多地采用了USB總線和IEEE1394總線。
(2)虛擬儀器的軟件體系構(gòu)成。構(gòu)成一個虛擬儀器系統(tǒng)，基本硬件確定以后，就可通過不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。沒有一個優(yōu)秀的控制分析軟件，很難構(gòu)成一臺理想的虛擬儀器系統(tǒng)。根據(jù)VPP(VXIPlug&Play)系統(tǒng)規(guī)范的定義，虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)包含3部分。1)I/O接口軟件。I/O接口軟件存在于儀器(即I/O接口設(shè)備)與儀器驅(qū)動程序之間，是一個完成對儀器寄存器單元進(jìn)行直接存取數(shù)據(jù)操作，并為儀器與儀器驅(qū)動程序提供信息傳遞的底層軟件，是實(shí)現(xiàn)開放的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。在VPP系統(tǒng)規(guī)范中，詳細(xì)規(guī)范了虛擬儀器的I/O接口軟件的特點(diǎn)、組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)規(guī)范，并將符合VPP規(guī)范的虛擬儀器I/O接口軟件定義為VISA軟件。2)儀器驅(qū)動程序。每個儀器模塊均有自己的儀器驅(qū)動程序。儀器驅(qū)動程序的實(shí)質(zhì)是為用戶提供了用于儀器操作的較抽象的操作函數(shù)集。對于應(yīng)用程序來說，它對儀器的操作是通過儀器驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)的;儀器驅(qū)動程序?qū)τ趦x器的操作與管理，又是通過I/O軟件所提供的統(tǒng)一基礎(chǔ)與格式的函數(shù)庫(VISA)的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的。對于應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員來說，一旦有了儀器驅(qū)動程序，在不是十分了解儀器內(nèi)部操作過程的情況下，也可以進(jìn)行虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。虛擬儀器驅(qū)動程序是連接上層應(yīng)用程序與底層I/O接口軟件的紐帶和橋梁。
三、虛擬儀器的整體設(shè)計(jì)
在科學(xué)研究與工程實(shí)驗(yàn)室里，有各種各樣的儀器與設(shè)備。如何提高它們的綜合使用效率?如何對它們進(jìn)行更有效的管理?是儀器用戶值得考慮的問題。目前，最有效的方法是采用“虛擬儀器”技術(shù)。即充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的管理與處理能力，以此為基礎(chǔ)，將實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備搭配起來，構(gòu)成一種全新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室中的儀器與設(shè)備一般都是具有特定功能的單臺設(shè)備。如果它們具有某種總線接口，就有可能進(jìn)行虛擬儀器的構(gòu)造。步驟如下：
1)確定所用儀器或設(shè)備的接口形式。如果儀器設(shè)備具有RS-232串行總線接口，則不用進(jìn)行處理，直接用連線將儀器設(shè)備與計(jì)算機(jī)的RS-232串行接口連接即可;如果是GPIB或HP-IB接口，則需要額外配備一塊GPIB-488接口板，將接口板插入計(jì)算機(jī)的ISA插槽，建立起計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備之間的通訊渠道;如果使用計(jì)算機(jī)來控制VXI總線設(shè)備，也需要配備一塊GPIB接口卡，通過GPIB總線與VXI主機(jī)箱零槽模塊通信，零槽模塊的GPIB-VXI翻譯器將GPIB的命令翻譯成VXI命令并把各模塊返回的數(shù)據(jù)以一定的格式傳回主控計(jì)算機(jī)。由于計(jì)算機(jī)的RS-232串行接口有限，若儀器設(shè)備比較多，必要時必須擴(kuò)展計(jì)算機(jī)的RS-232接口。市場上此類產(chǎn)品品種繁多，用戶可以根據(jù)具體情況，選擇合適的RS-232總線接口擴(kuò)展產(chǎn)品。2)確定所選擇的接口卡是否具有設(shè)備驅(qū)動程序。接口卡的設(shè)備驅(qū)動程序是控制各種硬件接口的驅(qū)動程序，是連接主控計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備的紐帶;如果有設(shè)備驅(qū)動程序，它適合于何種操作系統(tǒng)?如果沒有，或者所帶的設(shè)備驅(qū)動程序不符合用戶所用的操作系統(tǒng)，用戶就有必要針對所用接口卡，編寫設(shè)備驅(qū)動程序。3)確定應(yīng)用管理程序的編程語言。如果用戶有專業(yè)的圖形化編程軟件，如LabVIEW、HPVEE，那么就可以采用專業(yè)的圖形化編程軟件進(jìn)行編程。如果沒有此類軟件，則可以采用通用編程語言，如VisualC++、Visual Basic或者Delphi。由于它們易于使用、功能強(qiáng)大而倍受測控人員的青睞。4)在硬件連接無誤的情況下，編寫用戶的應(yīng)用管理程序。
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計(jì)算機(jī)測控技術(shù)研究小論文篇三
數(shù)控系統(tǒng)單片機(jī)測控技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)
摘要：近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展速度，在航空航天、模具加工等行業(yè)中，數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。然而，由于各個行業(yè)對產(chǎn)品加工質(zhì)量的要求不斷提高以及產(chǎn)品零件本身越來越復(fù)雜，致使一部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)很難滿足實(shí)際加工需要。為了進(jìn)一步提高數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行效率，本文將單片機(jī)測控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，并從基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)原則以及具體應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)這三個方面對文章進(jìn)行詳細(xì)論述。
中圖分類號：TP27文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791(2012)04(A)-0000-00
可以說在當(dāng)今全世界的機(jī)床制造業(yè)中，數(shù)控系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。作為高尖端技術(shù)之一的數(shù)控系統(tǒng)集機(jī)械制造、自動控制、計(jì)算機(jī)、測量以及電氣傳動等技術(shù)于一身，各方面功能均十分強(qiáng)大。通過筆者對當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)市場的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些中高檔的數(shù)控系統(tǒng)基本采用的都是以PC機(jī)為控制平臺實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制的。雖然這種控制方式具有性能優(yōu)良、功能齊全、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，但其價格卻相對比較昂貴。對于生產(chǎn)企業(yè)來講，需要的是一種既能滿足生產(chǎn)需求，價格又相對低廉的數(shù)控系統(tǒng)。為此，本文將單片機(jī)測控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，以此來實(shí)現(xiàn)這一需求。
1 基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，能夠根據(jù)用戶的實(shí)際需求以及CPU種類的不同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品細(xì)分，并以此使設(shè)計(jì)出來數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品具有系列化的特征。通過對市場的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，人們對數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的需求大致可分為以下兩類：
1.1 單片機(jī)加實(shí)時操作系統(tǒng)
以這種形式構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)主要都是一些中高端的系統(tǒng)，它們的功能相對來講比較豐富，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息共享，而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制，精確度相當(dāng)高。其中操作系統(tǒng)是確保任務(wù)實(shí)時性的關(guān)鍵。在此類數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，使用較多的單片機(jī)為ARM系列等，實(shí)時系統(tǒng)則為Windows、RT-Linux等。這種類型的數(shù)控系統(tǒng)常被用于對精度要求較高或是聯(lián)動數(shù)目在四軸以上的數(shù)控機(jī)床當(dāng)中。
1.2 單片機(jī)加控制模塊
在此類組成結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)當(dāng)中，由于采用的是控制模塊，而不是實(shí)時操作系統(tǒng)，所以各個任務(wù)的實(shí)時性均是由系統(tǒng)中的控制軟件以及處理器的中斷等予以保證的。此類系統(tǒng)應(yīng)用的單片機(jī)主要以高性能的CPU為主，這樣能夠有效地確保系統(tǒng)的運(yùn)算速度符合插補(bǔ)和管理等功能的需要。這種系統(tǒng)通常僅能滿足三軸聯(lián)動和四軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床的需求。
通過上述分析不難看出，研發(fā)不同等級的數(shù)控系統(tǒng)，只需要根據(jù)用戶的實(shí)際需求，采用的不同平臺，然后在平臺中對系統(tǒng)的主要功能略作改進(jìn)，便能夠開發(fā)出滿足用戶需要的數(shù)控系統(tǒng)。這在一定程度上避免了基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)的缺點(diǎn)，有效地減少了重復(fù)性工作，從而使整個研發(fā)周期相應(yīng)地縮短很多。若是將數(shù)控系統(tǒng)中的主要技術(shù)模塊進(jìn)行總結(jié)和提煉，便可以組成一個系統(tǒng)平臺，在此基礎(chǔ)上對相應(yīng)的功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)貏h減或增添，便可以完成系統(tǒng)的研發(fā)。這就是基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路。
2 基于單片機(jī)測控的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
任何一種數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵均在于其軟件及硬件的設(shè)計(jì)，應(yīng)用單片機(jī)測控技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)也不例外，下面簡要介紹一下軟件及硬件在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要遵循的主要原則：
2.1 規(guī)范化原則
一個數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)，最忌諱的就是重復(fù)開發(fā)，這樣不僅會浪費(fèi)大量的時間，而且也會浪費(fèi)大量的資源，所以在進(jìn)行軟件及硬件設(shè)計(jì)過程中，必須有一個規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，以此來規(guī)范系統(tǒng)的通訊協(xié)議以及軟硬件界面，可以使設(shè)備生產(chǎn)商和控制器制造商均能在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，以此來杜絕重復(fù)性開發(fā)的情況發(fā)生，減少資源的浪費(fèi)。為此，在進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)時，必須遵循規(guī)范化原則。
2.2 系列化、標(biāo)準(zhǔn)化原則
在系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣有利于提高系統(tǒng)整體的實(shí)時性和可靠性。通過對系統(tǒng)通訊方式、CPU結(jié)構(gòu)、運(yùn)動及輔助控制等的模塊化處理，根據(jù)實(shí)際功能的不同制成所需的模塊，借此來實(shí)現(xiàn)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，同時模塊與模塊之間還可通過預(yù)先定義好的標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)通訊。
2.3 開放性原則
在進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時，為有效地降低系統(tǒng)軟件對硬件的依賴性，應(yīng)使軟件平臺獨(dú)立于系統(tǒng)硬件之外，并且也要將軟件設(shè)計(jì)成為模塊化，這樣有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的開放性。對于整個數(shù)控系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)一個獨(dú)立的軟件平臺是較為重要的。由于書庫系統(tǒng)本身都具有多任務(wù)性和實(shí)時性，所以軟件平臺的構(gòu)建也應(yīng)以此為前提，同時軟件平臺的基本功能還應(yīng)實(shí)現(xiàn)典型化和模塊化，從而使每個功能模塊之間均能實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立和統(tǒng)一調(diào)度。這樣的軟件設(shè)計(jì)可以適應(yīng)不同的硬件系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了軟件的開放性和獨(dú)立性。
3 單片機(jī)測控技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)
基于以上的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)原則，下面筆者以一種數(shù)控鉆銑床為例，對單片機(jī)測控技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。
3.1 數(shù)控鉆銑床的基本功能及具體控制方案
由于該數(shù)控機(jī)床是鉆、銑相結(jié)合的一類機(jī)床，為此先簡要介紹一下該數(shù)控機(jī)床的加工順序：首先，工作臺就位，然后鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔后鉆頭快退，移至下一位置繼續(xù)重復(fù)上述動作，直至全部鉆孔完畢為止后，工作臺恢復(fù)原位。銑削的加工順序基本與之相同。因本系統(tǒng)屬于鉆、銑一體的機(jī)床，故此在其各方面參數(shù)均滿足實(shí)際加工要求的前提下，決定采用連續(xù)控制系統(tǒng)對其加工進(jìn)行控制，具體控制方案為采用單片機(jī)控制的步進(jìn)電動機(jī)對系統(tǒng)工作臺進(jìn)行開環(huán)控制。當(dāng)進(jìn)給指令由單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出后，經(jīng)過功率放大后對步進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行驅(qū)動，然后經(jīng)由齒輪減速器帶動絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直線位移的完成主要依靠絲杠螺母的轉(zhuǎn)換，具體移動速度及位移量的大小由輸入脈沖數(shù)及脈沖頻率決定。
3.2 單片機(jī)測控系統(tǒng)的主要功能
該數(shù)控系統(tǒng)中，單片機(jī)采用的是集中控制方式，對于系統(tǒng)中的各項(xiàng)任務(wù)采取的是分時處理進(jìn)行的，如插補(bǔ)運(yùn)算、CRT顯示、輸入輸出控制以及存儲等等。測控系統(tǒng)的主要功能如下：其一，初始化處理。主要是對I/O接口、步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率定時器以及中斷等進(jìn)行初始化;其二，復(fù)位功能。機(jī)床開機(jī)工作時工作臺應(yīng)自行恢復(fù)至初始加工位置，如有需要也可盡心手動復(fù)位;其三，監(jiān)視功能。具體是對開關(guān)、鍵盤以及按鍵等進(jìn)行監(jiān)視，如監(jiān)視行程開關(guān)、急停按鍵等;其四，加工數(shù)據(jù)的輸出和顯示功能;其五，超程控制機(jī)報(bào)警功能。當(dāng)工作臺在進(jìn)行實(shí)際加工過程中，若超出規(guī)定的位置則立即停止工作，并相應(yīng)的做出報(bào)警顯示;其六，控制方式選擇功能。主要包括手動和自動兩種控制方式，有特殊要求時可進(jìn)行控制方式切換。
3.3 測控功能的實(shí)現(xiàn)
(1)硬件設(shè)計(jì)。按照該數(shù)控機(jī)床工作臺的實(shí)際測控要求，決定采用STC12C5A62S2系列單片機(jī)作為主控制器，并行設(shè)置44個I/O控制接口和雙UART串口，電路為MAX810專用復(fù)位電路，2路8位PWM/16位PCA模塊，8路10位精度ADC，其轉(zhuǎn)換速度最高可達(dá)到250K/S，即每秒25萬次，F(xiàn)lash ROM60K，SRAM 1208字節(jié)。這一系列的單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：可靠性高、反應(yīng)速度快、功耗低、價格便宜、抗靜電及抗干擾能力超強(qiáng)，無需對片外存儲空間進(jìn)行擴(kuò)展，便可用于數(shù)控機(jī)床工作臺的電動機(jī)控制，本身自帶PWM/PCA和A/D，不需要在配置外部檢測電路。為使加工數(shù)據(jù)能夠順利輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，采用矩陣鍵盤，規(guī)格為4×8;加工數(shù)據(jù)顯示器則采用6位LED顯示器，以便于顯示加工數(shù)據(jù)信息;為確保開機(jī)指示電源能夠正常工作，電源指示燈決定采用發(fā)光二極管;為有效地控制步進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，決定采用I/O口對脈沖分配器的輸出信號進(jìn)行控制，再經(jīng)由功率放大電路及光電隔離器后傳送至步進(jìn)電動機(jī)線圈當(dāng)中;為對機(jī)床工作臺的超程進(jìn)行監(jiān)視及報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)，決定采用全行程開關(guān)作為監(jiān)視信號進(jìn)行輸入，并采用發(fā)光二極管作為超程報(bào)警指示燈。
(2)軟件設(shè)計(jì)。如果將測控硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，看作是整個數(shù)控系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)的話，那么系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)則是測控系統(tǒng)整體控制思路、控制方式以及控制過程的體現(xiàn)。測控系統(tǒng)各個功能的實(shí)現(xiàn)，需要應(yīng)用到單片機(jī)的如下技術(shù)，其中主要包括中斷、定時、LED顯示以及鍵盤掃描等技術(shù)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要以模塊化結(jié)構(gòu)為主，下面對各個模塊的具體功能進(jìn)行介紹：①主模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)完成測控系統(tǒng)的各項(xiàng)管理工作，數(shù)控系統(tǒng)開機(jī)后會自行進(jìn)入到管理模塊當(dāng)中，然后接收并執(zhí)行由機(jī)床操作者發(fā)出的操作指令。在這一模塊當(dāng)中，需要對鍵盤上各個相關(guān)案件的功能進(jìn)行自定義，以此來確定接收指令的形式以及實(shí)現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的輸入和、自動鉆銑加工、急停等操作功能;②自動加工測控模塊。按照該數(shù)控機(jī)床工作臺的實(shí)際工作需要，自動加工應(yīng)包括鉆削和銑削兩部分。所以在該模塊中設(shè)計(jì)兩個子模塊分別用于鉆削和銑削的測控;③步進(jìn)電動機(jī)控制模塊。該模塊主要是對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角以及方向等進(jìn)行控制。在對這一模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)重點(diǎn)考慮電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)一個加速或減速的過程，這樣有利于解決突然啟停時，慣性及負(fù)載造成電機(jī)損壞的問題。可以通過對進(jìn)給脈沖的時間間隔及具體脈沖數(shù)進(jìn)行確定，來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度及轉(zhuǎn)角的控制?？刂茣r間常數(shù)可預(yù)先定義好后存儲到程序當(dāng)中，并以此作為對步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行控制的基本參數(shù)，然后利用單片機(jī)本身自帶的定時器功能，并以中斷的方式來實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)頻率的控制。
由于該單片機(jī)中集成有可編程的應(yīng)用程序，故此無需設(shè)計(jì)專用的仿真器及編程器。通過將單片機(jī)測控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，使得系統(tǒng)自動化功能的實(shí)現(xiàn)變得更加簡單、各方面性能也更為可靠。
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