湖北工業(yè)大學(xué) 劉曉春

基于ARM的切割數(shù)控系統(tǒng)的研究

湖北工業(yè)大學(xué) 劉曉春

本文將嵌入式技術(shù)與數(shù)控切割技術(shù)進行有效的融合，開發(fā)出一種基于嵌入式系統(tǒng)的自動切割控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于AMR7微控制器芯片LPC2138及C/OS-II實時操作系統(tǒng)平臺。其LCD顯示及組合式按鍵為用戶提供了一種良好的交互式操作平臺，實現(xiàn)多種自動切割模式的選擇。本系統(tǒng)亦提供了與PC聯(lián)機控制的通信接口，可利用PC強大的數(shù)據(jù)處理能力，使控制系統(tǒng)完成更為復(fù)雜的切割控制。設(shè)計系統(tǒng)具有實時性、開放性、智能化的特點。

切割；控制；系統(tǒng)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控切割控制逐步應(yīng)用于加工設(shè)備，以提高加工質(zhì)量和工作效率。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)以PC機為主體的控制很不靈活，研究以嵌入式微處理器為控制主體的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢，也是數(shù)控技術(shù)中重要研究方向。

數(shù)控技術(shù)Numerical Control（NC），是一門包含計算機、電子、信息、自動控制及精密機械制造等在內(nèi)的多學(xué)科綜合技術(shù)。是多學(xué)科技術(shù)交叉與融合的完美體現(xiàn)。該技術(shù)以數(shù)字量，指令的編程達到對機械部件的運動方式的控制的目的，其主要實現(xiàn)的是對運動機械部件運動位置、運動方向、旋轉(zhuǎn)角度、運動速度以及加、減速過程等機械量和與機械能量流向有關(guān)的開關(guān)量自動控制。自動控制是以二進制形式的數(shù)據(jù)指令為基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，因其高精度、高速度、高效率的特點，打破了傳統(tǒng)的機械設(shè)計理念，是對傳統(tǒng)機械制造業(yè)巨大的沖擊與挑戰(zhàn)，使機械制造業(yè)產(chǎn)生了巨大的變化。近年來，世界各發(fā)達國家競相發(fā)展數(shù)控技術(shù)，集中雄厚的人力與物力發(fā)展機電一體化技術(shù)和開發(fā)高端的數(shù)控設(shè)備，追求數(shù)控設(shè)備的高度自動化和柔性化、降低成本，加速更新?lián)Q代以適應(yīng)激烈的市場競爭。當今數(shù)控技術(shù)向著高速高精度，智能化，開放化，網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展[1]。

隨著信息化、智能化計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，擁有嵌入式技術(shù)的電子智能化產(chǎn)品，已融入到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這種改變還在不斷地加速。小到消費類電子領(lǐng)域，如：MP3、PDA、數(shù)碼相機等。大到工業(yè)控制，航空航天，如：數(shù)控機床、神州飛船。都有著嵌入式技術(shù)的身影。

嵌入式技術(shù)是一個相對模糊的概念，因為它已經(jīng)滲透到生活中的各個方面，因此就很難給“嵌入式系統(tǒng)”一個明確的定義。一般來講，嵌入式系統(tǒng)是指將操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中。簡而言之，就是系統(tǒng)軟件、硬件的一體化。這就類似于BIOS工作方式，具有軟件代碼小、自動化程度高及響應(yīng)速度快等特點，特別適合于對實時性和多任務(wù)有特殊要求的體系。下面給出一個比較合理的定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、體積、成本及功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)主要有如下幾個特點：

（1）專用性強：嵌入式系統(tǒng)的專用性比較強。系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)合的十分緊密，系統(tǒng)的移植一般都需針對特定的硬件進行。即使同一系列的產(chǎn)品也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化而進行不斷的修改，這種修改不同于一般軟件的“升級”。

（2）系統(tǒng)精簡：嵌入式系統(tǒng)對系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件之間一般沒有明顯的區(qū)分，也不要求功能設(shè)計與實現(xiàn)過于復(fù)雜。這樣，一方面有利于控制系統(tǒng)成本；另一方面也利于實現(xiàn)系統(tǒng)的安全。

（3）系統(tǒng)內(nèi)核小：由于嵌入式系統(tǒng)面向應(yīng)用，系統(tǒng)資源相對有限，這就要求內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)較小。

（4）高實時性的操作系統(tǒng)：這是嵌入式軟件的基本要求，其軟件要固化存儲，以提高系統(tǒng)運行速度，其代碼需要具有高可靠性。

（5）多任務(wù)操作系統(tǒng)：為了合理地調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及庫函數(shù)接口，多任務(wù)的操作系統(tǒng)RTOS(RealTimeOperatingSystem)平臺是十分有必要的。這樣才能保證程序執(zhí)行的可靠性、實時性，縮短開發(fā)周期，提高軟件開發(fā)質(zhì)量。

（6）軟、硬件可裁剪：由于嵌入式系統(tǒng)自身的特點，這就要求能根據(jù)其應(yīng)用需求，對軟、硬件進行裁剪，去掉不需要的部分，從而滿足具體應(yīng)用對成本、功耗、體積、可靠性等方面的要求。

嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計是軟、硬件協(xié)同設(shè)計，并行同步開發(fā)的程序。如果某些硬件的功能可以通過軟件來實現(xiàn)，這樣就大大降低了硬件的復(fù)雜性，節(jié)約了成本。以上就是嵌入式系統(tǒng)的特點。

[1]李正義.基于ARM的數(shù)控切割機控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].湘潭大學(xué).2007.

[2]阮航等.基于ARM的嵌入式一體化工業(yè)控制機硬件系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機信息.2005年第21卷第7期.77～80.

[3]楊輝先等.基于ARM 的數(shù)控切割機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制.2007.15（12）1722 ～ 1724.

2017-09-10）