嵌入式数控系统人机界面及系统软件研究与开发

嵌入式数控系统人机界面及系统软件研究与开发作者：陆巍学位授予单位：浙江大学相似文献(10条)1.学位论文王广丰基于ARM微处理器的嵌入式数控系统的设计与实现2006嵌入式系统是近年来发展最快的技术之一。嵌入式系统是一类以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁减、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统与传统的单片机系统和PC平台相比，融合了两者的优点，既有单片机系统成本低、体积小、功耗低的特点，又具有PC平台的开发环境好、资源丰富、具备操作系统、用户界面友好的特点，因而在数控技术领域会有良好的发展前景。以32位ARM芯片和高速大容量FPGA为核心的嵌入式系统不但充分发挥了以上特点，而且大大简化了系统设计，提高了集成度和可靠性。虽然目前16位单片机在中、低档数控系统，PC平台在高档数控系统中占有绝对的优势，但以32位的ARM芯片和高速大容量FPGA为核心的嵌入式系统以接近16位单片机系统的价格提供了接近PC平台的性能，显然是未来数控系统发展的一个主要方向。本文在江苏省自然科学基金重大（招标）项目（BK2003005）资助下，在深入研究了嵌入式系统技术的基础上选择具体的硬件平台和软件平台进行铣床嵌入式数控系统的研发，硬件结构以高性能低功耗的32位嵌入式ARM处理器S3C44B0X和高速大容量FPGA为核心，配以系统所需的外围模块；软件系统以源代码公开的μC/OS–II实时嵌入式操作系统为核心，开发系统所需的应用软件，将μC/OS–II实时嵌入式操作系统扩展为一个完整、实用的铣床嵌入式数控系统。该系统不仅具有可靠性高、稳定性好、功能强的优点，而且具有良好的可移植性和可裁减性，便于根据实际需求进行功能的扩展和裁减。实验结果表明，该系统性能达到了预期设计目标，主要技术参数达到国外中档数控系统的先进水平。2.会议论文陈友东.王田苗.魏洪兴μC/OS-Ⅱ在嵌入式数控系统中的应用2005本文详细描述了μC/OS-Ⅱ在数控系统中的应用。根据数控系统的实时特点，给出了数控系统的模块结构和运行结构，在此基础上给出了数控系统任务的划分以及任务间的同步实现，采用优先级天花板协议避免任务间优先级逆转。最后给出了数控系统的实现。3.学位论文李卫中基于ARM的嵌入式数控系统硬件平台研究2008嵌入式系统是近年来发展最快的技术之一。嵌入式系统是一类以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁减、适应于应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式数控系统与传统的单片机数控系统和工控机数控系统相比，融合了两者的优点，既有单片机数控系统成本低、体积小、功耗低的特点，又具有工控机数控系统的开发环境好、资源丰富、具备操作系统、用户界面友好的特点。因而嵌入式数控系统在数控领域会有良好的发展前景。本文在湖北省科技攻关引导项目(2007AA101C19)和武汉市科技计划项目(20061009134-06)的资助下，通过深入分析和研究，提出了基于ARM的嵌入式数控系统硬件平台的设计方案，并完成了系统硬件电路的设计与调试。本文首先介绍了数控技术的国内外发展现状、未来发展趋势以及数控系统的应用特点；然后介绍了嵌入式系统的特点，分析了嵌入式数控系统的功能需求，并对几种常见的数控系统设计方案进行了比较，给出了每种设计方案的优缺点。在此深入分析和研究的基础上，提出了基于“ARM处理器+运动控制芯片”的总体设计方案。建立了基于32位微处理器S3C2410与运动控制芯片MCX314的硬件平台。本硬件平台主要分为ARM子系统和运动控制子系统两部分。其中ARM子系统主要负责运行数控系统的控制软件，完成程序以及命令的输入，图形界面的显示以及与PC机的通信等，是整个系统的控制核心。它主要包括：控制核心S3C2410模块、存储器模块、JTAG调试接口模块、串口通信模块、USB模块、LCD液晶显示模块以及USB数控键盘模块等。运动控制子系统作为运动控制机构，主要由运动控制芯片MCX314完成，用于接收来自ARM子系统的数据和命令，并为系统提供插补运算、进给脉冲；同时还要接受伺服系统的反馈信号等。它主要包括：主轴驱动电路设计、进给轴驱动电路设计、光耦隔离以及各轴反馈电路的设计。最后作者对各硬件模块进行了调试，给出了调试结果并对结果进行了分析。调试结果表明，该硬件平台不仅响应速度快、成本低、可靠性好，而且具有良好的可移植性和可裁减性，便于根据实际需求进行功能的扩展和裁减。数控系统硬件平台的设计达到了预期的目标。4.学位论文董雪迪基于ARM微处理器的嵌入式数控系统之文件系统设计与实现2007嵌入式系统是一种以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁减、适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统，是近年来发展最快的技术之一。由于嵌入式系统既有单片机系统成本低，体积小，功耗低的特点，又具有PC平台的开发环境好、资源丰富、具备操作系统的特点，因此在数控系统中的应用也越来越广泛。本文在江苏省自然科学基金重大（招标）项目（BK2003005）资助下，以铣床嵌入式数控系统为背景，采用ARM微处理器S3C44B0X和FPGA为硬件平台，采用μC/OS-II为软件开发平台，深入研究了嵌入式数控系统的文件操作与USB通信。传统嵌入式数控系统对数据管理的要求不高，因此其文件系统没有得到充分的重视。但随着数控代码的增加，对数据操作的灵活性和可靠性已成为一个不容回避的问题，所以有必要引入文件系统来完成数据存储和管理的功能，为用户提供管理数据的接口。同时为了保证系统的实时性，对嵌入式数控系统扩展USB接口，实现数据传输。本文根据NandFlash存储器的特性和文件管理接口的要求，设计了硬件驱动程序。完成了基于NandFlash的嵌入式FAT16文件系统。采用模块化结构，通过文件系统的API函数接口实现文件和目录的管理，满足嵌入式数控系统对文件操作的要求。基于USB1.1协议，完成嵌入式系统的USB接口的开发。5.期刊论文范业鹏.FANYe-peng经济型车床嵌入式数控系统的PMC控制-组合机床与自动化加工技术2008,(9)介绍了一种在嵌入式系统中开发的车床数控系统的PMC控制模块的设计方法.实现了PMC指令编程和梯形图任意方式编辑PMC程序,高速PMC和低速PMC扫描运算等所有常用的PMC功能.文中讨论了该车床数控系统的工作原理、硬件组成和PMC功能软件设计思想.6.学位论文周剑锋基于嵌入式系统的开放式多轴数控系统研究2008多轴联动数控系统是典型的机电一体化系统，涵盖了机械制造、电子电气、计算机技术、控制理论等多学科知识。运动控制器是数控系统中实现多轴联动的核心部件，它的性能是否优异是衡量整个系统性能的重要指标。当前，数控系统大多基于PC平台，依靠PC机实现复杂的控制算法，相对于PC平台的研究模式而言，采用嵌入式体系结构设计开放式数控系统，是一个全新的尝试。本文以此为目标进行了研究，建立了一种适用于数控系统的高性能、低成本、通用化嵌入式运动控制器的软、硬件平台，并制作了实物样机。整个课题主要做了以下几方面工作。首先，提出并比较了几种数控系统机械样机方案，运用计算机三维建模软件设计了虚拟样机，最终确定了以柱面坐标系为参考坐标系的三轴联动系统为本课题机械样机方案，并加工了实物样机。其次，深入分析了DDA数字积分插补算法在多轴联动数控系统中的应用，提出了基于虚拟长轴的DDA数字积分插补算法，并结合本课题样机方案，提出了在柱面坐标系下采用纬线方式或经线方式实现空间曲面的插补算法。然后，规划了运动控制器的硬件体系，提出了基于ARM7系列芯片S3C44BOX和FPGA芯片EP1C6的通用多轴联动嵌入式运动控制器硬件方案。执行机构采用步进电机，构成开环控制系统。最后，针对硬件平台，设计了运动控制器的软件，在ARM平台移植了嵌入式实时操作系统μC/OS-II，在此基础上实现了与PC的USB数据传输、与FPGA的总线通信以及液晶显示等任务。应用VerilogHDL硬件描述语言设计FPGA内部功能模块，将软件算法在硬件平台加以实现。整个系统结构小巧、精度高、低成本、通用性好，为小型数控系统提供了解决方案。7.学位论文汪帮富嵌入式PCB钻床数控系统的研究和开发2005嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。随着计算机软硬件技术的迅速发展，嵌入式系统技术日趋成熟和完善，其可靠性高、性能强、成本低、功耗小等优点促使其在工业控制、交通管理、环境检测、数控系统等众多领域中获得了广泛的应用。同时，刷电路板是现代电子产品中必不可少的，随着印刷电路技术的发展，对其制造工艺和制造设备提出了更高的要求。机械加工是印刷电路板制造工艺中重要的环节。本文结合开发项目“基于嵌入式PCB钻床数控系统的研究与开发”，在深入研究嵌入式系统技术的基础上选择具体的硬件平台和软件平台进行钻床嵌入式数控系统的研发，硬件结构以高性能低功耗的32位ARM嵌入式处理器LPC2210为核心，配以系统所需的外围模块；软件系统以源码公开的uC/OS-Ⅱ实时嵌入式操作系统为核心，开发系统所需的应用软件，将uC/OS-Ⅱ实时嵌入式操作系统扩展为一个完整、实用的铣床嵌入式数控系统。该系统不仅具有可靠性高、稳定性好、功能强的优点，而且具有良好的可移植性和可裁剪性，便于根据实际需求进行功能的扩展和裁剪。8.期刊论文田平.赵敬民.耿锋.杜金名.TIANPing.ZHAOJing-min.GENGFeng.DUJin-ming基于嵌入式Linux数控系统的研究-组合机床与自动化加工技术2007,(3)首先介绍了嵌入式系统的基本概念,简析了不同操作系统下数控系统任务管理的特点及其存在的问题,然后着重阐述了数控系统的模型、嵌入式Linux的实时性,构建了基于嵌入式Linux滚轧机的数控系统,实验结果表明,该系统完全能够满足实时性要求,而且稳定性好,可靠性高.9.学位论文张健CAN总线在嵌入式磨削数控系统中的研究与设计2008数控系统是计算机技术在机械制造领域的一种典型应用，它集计算机、机械加工、微电子和自动控制多项技术于一体。数控技术的应用不仅给传统的制造业带来了革命性的变化，而且对国计民生的一些行业的发展也起着越来越重要的作用。目前，随着嵌入式系统的不断发展，由ARM微处理器构成的嵌入式系统以其低成本、高可靠性、高稳定性，在机床数控领域得到了越来越广泛的应用。数控系统的通信设计对整个数控系统功能的实现有着重要的影响。因此，研究数控系统的通信总线对提高数控系统的效率和稳定性有着积极的作用。在基于ARM9的嵌入式数控磨削系统中，在对比和研究了当今应用最为广泛且具有一定的开放性和标准化的现场总线一基金会现场总线FF、Profibus总线、CAN总线等的技术特点和应用性的基础上，最终选择了CAN总线作为系统的开放式总线。基于ARM9嵌入式数控磨削系统的硬件结构的设计是采用主从式的多微处理器结构模式。主微处理器S3C2410负责对键盘、LED数码管、液晶显示器进行控制，从微处理器通过FPGA控制X、Y、Z、A、B、C轴的运动，或者接收来自外部的各种开关量、模拟量和数字量信号。各节点处理器通过各自的SPI接口与CAN控制器MCP2515相接，再通过CAN收发器MCP2551接入到CAN总线，实现了主从处理器各节点间的通信。在当今应用非常广泛的嵌入式操作系统Linux+RTAI的软件平台下，通过对数控系统软件功能的分析，借助CAN总线完成了数控系统上下位机插补数据传输、上位机对下位机节点的实时监控以及上位机对输入输出节点的控制软件的设计。10.学位论文陈志辉嵌入式开放型数控系统软件设计2007制造业当中的机械制造业从来就是发达国家整个工业和国民经济的基石。机械制造业最基本的装备-数控机床又是这个基石中的关键。它是现代科学技术的最前沿-信息技术与传统机床相结合的产物，是先进制造技术的基础。数控技术，简称数控(Numericalc