يعتمد على تصميم نظام القياس والتحكم لآلة اختبار المواد العالمية استنادًا إلى نظام التشغيل C / OS - نظام التشغيل في الوقت الفعلي المضمن

0 مقدمةآلة اختبار المواد العالمية هي واحدة من المعدات الأساسية لتحديد الخواص الميكانيكية للمواد. يتم استخدامه بشكل أساسي لاختبار الخواص الميكانيكية للشد والضغط والانحناء والقص للمعادن والمطاط والبلاستيك والسيراميك والأسمنت. يمكنه إكمال اختبار القوة واللدونة والمرونة وصلابة المواد. مع تعميق التدويل، فإن تطوير آلات اختبار المواد في الداخل والخارج يقدم بشكل أساسي خصائص الحوسبة ومعالجة البيانات الشاملة والتحكم الدقيق والشمولية.

في الوقت الحاضر، تطوير نظام القياس والتحكم لآلة اختبار المواد العالمية له تعقيد معين. من الضروري دمج وظائف متعددة مثل الحصول على البيانات ومعالجتها وواجهة الإنسان والآلة والاتصال التسلسلي وما إلى ذلك في أصغر مساحة ممكنة. نظرًا للوظيفة الفردية للحواسيب الصغيرة التقليدية ذات الشريحة الواحدة، غالبًا ما لا تتمكن من تلبية المتطلبات، أو حتى إذا كان من الممكن تحقيقها، فإنها تحتاج أيضًا إلى استخدام عدد كبير من MCU للعمل معًا. سوف تواجه صعوبات كبيرة في توصيل الإشارة والبرمجة وخفض الصوت. من الصعب تطوير وصيانة وتوسيع النظام الأمامي والخلفي مباشرة على المعدن، ومثل هذا النظام هو في الأساس دورة فائقة للبرنامج، ولا يمكنه ضمان المتطلبات في الوقت الحقيقي لنظام القياس والتحكم.

نظام القياس والتحكم لآلة اختبار المواد العالمية لا يتطلب فقط من النظام الاستجابة للأحداث الخارجية العشوائية في الوقت المناسب والتعامل معها بسرعة، ولكنه يحتاج أيضًا إلى تنفيذ مهام متعددة في نفس الوقت والاستجابة لكل مهمة في الوقت الفعلي. إذا تم استخدام تقنية النظام المضمن، فيمكن استخدام وحدة المعالجة المركزية المضمنة ذات الشريحة الواحدة لدمج وظائف متعددة وحل المشكلات الحالية تدريجيًا. واستنادًا إلى هذه الخلفية، تقترح هذه الورقة نظام تشغيل في الوقت الفعلي يعتمد على معالج SEP3203 تنفيذ القياس و نظام التحكم لآلة اختبار المواد العالمية عالية الدقة استنادًا إلى مبدأ عمل النظام C / OS - .1

تستخدم آلة الاختبار جهاز التحكم للتحكم في تشغيل المحرك من خلال وحدة مؤازرة التيار المتردد، ومن ثم التباطؤ من خلال مخفض الدقة. من خلال صمولة السفر ذات رد الفعل العكسي، يقوم المحرك بتشغيل زوج المسمار اللولبي المزدوج لدفع الشعاع المتحرك للتحرك لأعلى ولأسفل، وذلك لتحقيق عملية تحميل العينة وإكمال اختبارات الشد والضغط وغيرها من اختبارات الخصائص الميكانيكية لل عينة. يظهر مبدأ عملها في الشكل 1. أثناء اختبار الشد أو الاختبارات الأخرى، ينتج الجسر خرج جهد ضعيف غير متوازن بسبب عدم التوازن بين مستشعر الحمل لآلة الاختبار والعينة. يتناسب الجهد خطيًا مع حجم القوة في نطاق معين. ومع ذلك، يتم الحصول على التشوه الناجم عن الحمل بواسطة مقياس التمدد الإلكتروني. يتم تضخيم الإشارات الصغيرة الناتجة عن مستشعر الحمل ومقياس التمدد الإلكتروني ومعالجتها بواسطة وحدة القياس وإرسالها إلى مدخلات الحصول على البيانات الخاصة بوحدة التحكم لمعالجة البيانات للحصول على قيم القوة والتشوه، ورسم المنحنيات المميزة مثل الإخراج و تشوه. بالإضافة إلى ذلك، يتم الحصول على إزاحة الشعاع المتحرك عن طريق القياس الرقمي لجهاز التشفير الكهروضوئي المثبت على عمود المحرك.

2 تصميم الأجهزة لنظام القياس والتحكم وفقًا للمتطلبات الوظيفية ومبدأ العمل لآلة الاختبار، تظهر بنية الأجهزة للنظام في الشكل 2.2.1 اللوحة الأساسية ووحدة الطاقة

يعتمد المعالج الموجود على اللوحة الأساسية SEP3203 لشركة boson بجامعة جنوب شرق. تم تضمين معالج SEP3203 مع نواة معالج ARM7TDMI المقدمة من شركة الذراع البريطانية، ومضمن مع ذاكرة ثابتة سعة 20 كيلو بايت على الرقاقة بدون انتظار؛ وحدة تحكم LCD مدمجة تدعم اللون الأسود والأبيض والرمادي والألوان؛ دعم بروتوكول SPI لتوصيل اتصال شاشة اللمس. وحدة ساعة في الوقت الحقيقي لقناة واحدة، و85 منفذ إدخال/إخراج عام و18 مصدر مقاطعة خارجي. يتضمن جزء الذاكرة من اللوحة الأساسية ذاكرة SDRAM سعة 8 ميجابايت وفلاش 2 ميجابايت. يتم إدخال دبابيس وظيفة إعادة الضبط والتنبيه المستخدمة في اللوحة الأساسية من خلال مقبس التوسيع؛ يتم تمديد خط العنوان 22 بت وخط البيانات 32 بت وإشارات التحكم غير المستخدمة إلى اللوحة الأم من خلال مقبس التوسعة. ويتطلب النظام مصدر طاقة متعدد القنوات. على سبيل المثال، تحتاج اللوحة الأساسية للذراع إلى مصادر طاقة 3.3 فولت و5 فولت؛ في المكونات الطرفية للنظام، تحتاج وحدة التحكم LCD إلى مصدر طاقة 5 فولت؛ تحتاج وحدة التحويل A/D إلى مصدر طاقة 6 فولت في نفس الوقت؛ يحتاج محرك المؤازرة إلى مصدر طاقة 12 فولت، لذلك يجب أن يكون مصدر طاقة الإدخال مصممًا لتثبيت الجهد والتحويل.

2.2 وحدة الواجهة العامة الطرفية

تتضمن وحدة الواجهة العامة الطرفية لوحدة التحكم الاختبارية بشكل أساسي منفذ الإدخال / الإخراج العام وواجهة USB ومنفذ تصحيح JTAG وما إلى ذلك. في نظام آلة الاختبار، لا تحتاج وحدة التحكم إلى التواصل مع الطبقات العليا والسفلى فحسب، بل تتضمن أيضًا الحصول على بيانات معلمات قياس المستشعر وإخراج إشارة التحكم المؤازرة. وفي الوقت نفسه، تعد قيمة التبديل أيضًا واحدة من أبسط الإشارات وأكثرها استخدامًا في مجال القياس والتحكم، مثل مفتاح الحد لشعاع الاختبار الميكانيكي، والتحكم في شاشات الكريستال السائل، وإضاءة المؤشر وإيقاف تشغيله. يتم استخدام منفذ الإدخال / الإخراج العام لـ SEP3203 لتحقيق إدخال / إخراج هذه الإشارات.

يوفر SEP3203 85 منفذ إدخال/إخراج عام و18 مصدر مقاطعة خارجي دون توسيع منافذ الإدخال/الإخراج. عند استخدام وظيفة المنفذ، حدد أولاً وضع وظيفة الدبوس في البرنامج، أي أنه يتم تكوين كل منفذ كوضع إدخال أو وضع إخراج أو وضع وظيفة المقاطعة. يحتوي كل طرف متعدد الإرسال على بتات تسجيل مقابلة لتحديد وضع الوظيفة الفعلي. في هذا التصميم، تستخدم قناة الإدخال / الإخراج جهاز عازل ثنائي الاتجاه 74lvch162245a لتعزيز قدرة قيادة الحافلة. بالإضافة إلى ذلك، تتم إضافة واجهتي USB إلى النظام لإخراج نتائج الاختبار أو كواجهات احتياطية. 2.3 وحدة الحصول على الإشارة

تتضمن وحدة الحصول على الإشارة وحدة اكتساب قيمة القوة متعددة القنوات ووحدة اكتساب إشارة التشوه متعددة القنوات.

القوة والتشوه هما الإشارات الرئيسية التي يجمعها النظام. يتم إدخال إشارة الجهد الخاصة بالمستشعر في المحول التناظري إلى الرقمي CS5530. يمكن للمدخل التفاضلي لـ CS5530 قياس إشارة الميليفولت مباشرة من المستشعر، مما يبسط الاتصال بالدائرة الطرفية. يمكن لمضخم الكسب القابل للبرمجة ضبط التكبير من 1 إلى 32، مما يحسن بشكل كبير الخصائص الديناميكية للنظام. يمكن للمرشح الرقمي متعدد المراحل الذي يتم التحكم فيه عن طريق البرنامج تحديد معدل إخراج البيانات في نطاق 7.5 هرتز إلى 3.84 كيلو هرتز، مما يسهل الاتصال بالأجهزة الطرفية. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي CS5530 على نظام ضبط ذاتي كامل، يمكنه إجراء المعايرة الذاتية ومعايرة النظام، وذلك للتخلص من الكسب الصفري وخطأ الانجراف لـ a / D نفسه، بالإضافة إلى خطأ الإزاحة والكسب لقناة النظام. بالإضافة إلى ذلك، يتم توفير جهد التشغيل بواسطة عنصر تثبيت الجهد الخطي 7806 لضمان دقة الحصول على الإشارة.

2.4 وحدة التفاعل بين الإنسان والحاسوب من أجل جعل نظام القياس والتحكم لآلة الاختبار العالمية يتمتع بواجهة أفضل للتفاعل بين الإنسان والحاسوب وتسهيل تصحيح أخطاء المستخدم وتشغيله، يجب أن يكون مجهزًا بأجهزة عرض، مثل شاشة LCD وموجه ضوء الإشارة. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للتفاعل بين الإنسان والحاسوب، يجب أن يكون هناك جهاز إدخال، حتى يتمكن المستخدمون من إرسال الأوامر إلى وحدة التحكم الرئيسية في الذراع أو إدخال معلمات التحكم الضرورية. يعتمد النظام إدخال شاشة اللمس.

وفقًا للاحتياجات الفعلية للنظام، تعتمد وحدة LCD شاشة عرض رمادية 240320 باللونين الأبيض والأسود بأربعة مستويات، متوافقة مع شاشة TFT LCD ملونة مقاس 7 بوصة 64K، كما تم دمج شاشة اللمس مع شاشة LCD. تعتمد شاشة اللمس وضع العمل AC97 ucb1400. الحجم الصغير وخصائص الجهد المنخفض (3.3 فولت) لـ ucb1400 تجعله خيارًا مثاليًا للجيل الجديد من تطبيقات المساعد الرقمي الشخصي. فهو يدمج برنامج ترميز الصوت المتقدم ووحدة التحكم بشاشة اللمس وإدارة الطاقة، ويوفر وظائف مخصصة في نموذج منتج قياسي ومتاح على الفور. كواجهة بين شاشة LCD والذراع، يتم استخدام وحدة التحكم ucb1400 لقيادة شاشة عرض أحرف التحكم LCD مباشرة، والأحرف الصينية والرسومات. بمساعدة ucb1400، يمكن استخدام منفذ الإدخال / الإخراج SEP3203 مباشرة لمحاكاة توقيت القراءة / الكتابة والتحكم في الكريستال السائل، بحيث يتم تغيير تشغيل الذراع على الكريستال السائل فعليًا إلى تشغيل الذراع على الكريستال السائل وحدة تحكم العرض ucb1400، والتي تعمل على تبسيط اتصال الأجهزة وبرمجة البرامج لدائرة الواجهة.

3. تصميم برمجيات نظام القياس والتحكم C / OS - هو نظام تشغيل في الوقت الفعلي قابل للفصل بالكامل ومصمم للتطبيقات المدمجة. يمكنه إدارة 64 مهمة، يمكن أن يحتوي البرنامج التطبيقي المتروك للمستخدمين على 56 مهمة على الأكثر. عملية تطوير برنامج تطبيق RTOS هي كما يلي: (1) تحديد وظيفة برنامج التطبيق وفقًا لمخطط تصميم النظام؛

(2) بالاشتراك مع الخصائص المتزامنة (أو الخصائص شبه المتزامنة) لـ RTOS، يتم تقسيم الوظائف التي يتعين على برنامج التطبيق تحقيقها بشكل مناسب، أي أن وظائف برنامج التطبيق مقسمة إلى عدة وحدات مهام وفقًا لمبادئ معينة؛ (3) تأكد بعناية من الاتصال والتأخير بين المهام. ابق في C/OS -، كل مهمة عبارة عن دورة لا نهائية، والتي قد تكون في الحالات الخمس التالية: حالة السكون، وحالة الاستعداد، وحالة التشغيل، وحالة التعليق، وحالة المقاطعة. يظهر الانتقال بين حالات المهمة في الشكل 3.

3.1 تحليل وحدة البرمجيات لنظام القياس والتحكم

تتمثل الوظائف الرئيسية للنظام في جمع بيانات الاختبار (بما في ذلك قيمة القوة وقيمة الإزاحة)، وعرض بيانات الاختبار على شاشة LCD، والتحكم في محرك سيرفو، والتفاعل بين الإنسان والحاسوب، واتصال البيانات. نظرًا لأن قيمة القوة وقيمة الإزاحة هما بيانات رئيسية لنظام آلة الاختبار، والتي ستميز بشكل مباشر الخواص الميكانيكية للأجزاء التي تم اختبارها، ولها متطلبات عالية في الوقت الفعلي ودقة الاستحواذ، فمن الضروري نقل البيانات الحقيقية بشكل مستمر -قيمة القوة الزمنية وقيمة الإزاحة إلى وحدة التحكم الرئيسية في عملية الاختبار. ستحدد وحدة التحكم الرئيسية حالة الاختبار الحالية وعملية التحكم بناءً على قيمة القوة التي تم الحصول عليها وقيمة الإزاحة. كما هو مبين في الشكل 4 والشكل 5.

وفقًا لما سبق، ينقسم النظام إلى عدة وحدات مهام لتعيين المهام ذات المتطلبات العالية في الوقت الفعلي إلى الأولوية العالية؛ قم بتعيين المهام ذات متطلبات الوقت الفعلي المنخفضة إلى أولوية منخفضة. يظهر الجدول 1 التقسيم المحدد لمهام النظام. في الجدول، تتمثل مهام systaskstart بشكل أساسي في إكمال تهيئة أجهزة النظام وتكوين المستخدم والواجهة الرسومية GUI وإنشاء مهام أخرى. مهمة الاختبار الرئيسية هي جوهر نظام القياس والتحكم لآلة اختبار المواد بأكملها. تُستخدم هذه المهمة لتحقيق منطق الاختبار لآلة اختبار المواد، وقراءة قيم مستشعر القوة ومستشعر الإزاحة في الوقت الفعلي، والحكم على حالة الاختبار، وتنفيذ عمليات التحكم المقابلة وفقًا لحالات مختلفة لإكمال الاختبار، وأخيرًا حفظ نتائج الاختبار.3.2 تصميم واجهة التفاعل بين الإنسان والحاسوب

تعد واجهة الإنسان والآلة جزءًا مهمًا من النظام المدمج. فهو يسمح للمستخدمين بإدخال المعلمات بسهولة وتنفيذ العمليات وتقديم المعلومات الضرورية لمطالبة المستخدمين في الوقت المناسب. عند اختبار المواد، يحتاج المستخدمون إلى إرسال أوامر تشغيل مختلفة بشكل متكرر إلى وحدة التحكم أو تغيير معلمات النظام، لذلك من الضروري وجود واجهة تفاعل ودية بين الإنسان والكمبيوتر. يستخدم النظام C/GUI لتصميم واجهة الإنسان والآلة. C / GUI عبارة عن واجهة مستخدم رسومية مفتوحة المصدر يمكنها تحقيق واجهة رسومية بنمط Windows. التصغير هو أكبر ميزة لها. وفي الوقت نفسه، تشغل موارد نظام صغيرة جدًا، ومن السهل زرعها ولها وظائف قوية؛ يمكن تشغيله في C / OS - نظام التشغيل؛ إنه مكتوب بنسبة 100% ويمكن تطبيقه على أي شاشة LCD ووحدة المعالجة المركزية؛ إلى جانب خصائصه مفتوحة المصدر، فهو مرن للغاية في الاستخدام.

4 الاستنتاج: يعتمد نظام القياس والتحكم لآلة اختبار المواد العالمية على المعالج الدقيق SEP3203 وعلى أساس C / OS - نظام التشغيل في الوقت الحقيقي المضمن، ويتميز بخصائص الدقة العالية والأداء الجيد في الوقت الحقيقي والواجهة سهلة الاستخدام. يعد تصميمه المعياري مناسبًا لاكتشاف الأخطاء وتحويل النظام وترقيته في المستقبل.