基于ARM的切割數控系統的研究

湖北工業大學 劉曉春

基于ARM的切割數控系統的研究

湖北工業大學 劉曉春

本文將嵌入式技術與數控切割技術進行有效的融合，開發出一種基于嵌入式系統的自動切割控制系統，該系統基于AMR7微控制器芯片LPC2138及C/OS-II實時操作系統平臺。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，實現多種自動切割模式的選擇。本系統亦提供了與PC聯機控制的通信接口，可利用PC強大的數據處理能力，使控制系統完成更為復雜的切割控制。設計系統具有實時性、開放性、智能化的特點。

切割；控制；系統

隨著計算機技術的不斷發展，數控切割控制逐步應用于加工設備，以提高加工質量和工作效率。傳統的控制系統以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控系統已經成為一種趨勢，也是數控技術中重要研究方向。

數控技術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的多學科綜合技術。是多學科技術交叉與融合的完美體現。該技術以數字量，指令的編程達到對機械部件的運動方式的控制的目的，其主要實現的是對運動機械部件運動位置、運動方向、旋轉角度、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的開關量自動控制。自動控制是以二進制形式的數據指令為基礎。數控技術的出現及發展，因其高精度、高速度、高效率的特點，打破了傳統的機械設計理念，是對傳統機械制造業巨大的沖擊與挑戰，使機械制造業產生了巨大的變化。近年來，世界各發達國家競相發展數控技術，集中雄厚的人力與物力發展機電一體化技術和開發高端的數控設備，追求數控設備的高度自動化和柔性化、降低成本，加速更新換代以適應激烈的市場競爭。當今數控技術向著高速高精度，智能化，開放化，網絡化的方向發展[1]。

隨著信息化、智能化計算機技術的不斷發展，擁有嵌入式技術的電子智能化產品，已融入到人們日常生活的方方面面。嵌入式系統已經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。小到消費類電子領域，如：MP3、PDA、數碼相機等。大到工業控制，航空航天，如：數控機床、神州飛船。都有著嵌入式技術的身影。

嵌入式技術是一個相對模糊的概念，因為它已經滲透到生活中的各個方面，因此就很難給“嵌入式系統”一個明確的定義。一般來講，嵌入式系統是指將操作系統和功能軟件集成于計算機硬件系統之中。簡而言之，就是系統軟件、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速度快等特點，特別適合于對實時性和多任務有特殊要求的體系。下面給出一個比較合理的定義：嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟、硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、體積、成本及功耗等嚴格要求的專用計算機系統。

嵌入式系統主要有如下幾個特點：

（1）專用性強：嵌入式系統的專用性比較強。系統的軟、硬件結合的十分緊密，系統的移植一般都需針對特定的硬件進行。即使同一系列的產品也需要根據系統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）系統精簡：嵌入式系統對系統軟件與應用軟件之間一般沒有明顯的區分，也不要求功能設計與實現過于復雜。這樣，一方面有利于控制系統成本；另一方面也利于實現系統的安全。

（3）系統內核小：由于嵌入式系統面向應用，系統資源相對有限，這就要求內核較之傳統的操作系統較小。

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

（5）多任務操作系統：為了合理地調度多任務，利用系統資源、系統函數以及庫函數接口，多任務的操作系統RTOS(RealTimeOperatingSystem)平臺是十分有必要的。這樣才能保證程序執行的可靠性、實時性，縮短開發周期，提高軟件開發質量。

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

嵌入式系統的設計是軟、硬件協同設計，并行同步開發的程序。如果某些硬件的功能可以通過軟件來實現，這樣就大大降低了硬件的復雜性，節約了成本。以上就是嵌入式系統的特點。

[1]李正義.基于ARM的數控切割機控制系統研究與設計[D].湘潭大學.2007.

[2]阮航等.基于ARM的嵌入式一體化工業控制機硬件系統設計[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 的數控切割機控制系統設計[J].計算機測量與控制.2007.15（12）1722 ～ 1724.

2017-09-10）