Быть основанным на конструкции системы измерения и управления универсальной машины для испытания материалов на базе C / OS - встроенной операционной системы реального времени.

0 ВведениеУниверсальная машина для испытания материалов является одним из основных устройств для определения механических свойств материалов. В основном он используется для проверки механических свойств металлов, резины, пластмасс, керамики и цемента на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Он может завершить тестирование прочности, пластичности, эластичности и вязкости материалов. С углублением интернационализации разработка машин для испытания материалов в стране и за рубежом в основном характеризуется характеристиками компьютеризации, комплексной обработки данных, точного контроля и полноты.

В настоящее время разработка системы измерения и управления универсальной машины для испытания материалов имеет определенную сложность. Необходимо интегрировать несколько функций, таких как сбор, обработка данных, человеко-машинный интерфейс, последовательная связь и т. д., в как можно меньшем пространстве. Из-за единственной функции традиционного однокристального микрокомпьютера он часто не может соответствовать требованиям, или даже если это можно реализовать, для совместной работы также необходимо использовать большое количество микроконтроллеров. Он столкнется с большими трудностями при подключении сигнала, программировании и уменьшении громкости. Трудно разрабатывать, поддерживать и расширять переднюю и заднюю систему непосредственно на голом железе, и такая система по сути представляет собой программный суперцикл, который не может гарантировать соответствие требованиям системы измерения и управления в реальном времени.

Система измерения и управления универсальной машины для испытания материалов не только требует, чтобы система вовремя реагировала на случайные внешние события и быстро с ними справлялась, но также должна одновременно выполнять несколько задач и реагировать на каждую задачу в режиме реального времени. Если используется технология встроенной системы, однокристальный встроенный ЦП можно использовать для интеграции нескольких функций и постепенного решения существующих проблем. На основе этого в настоящем документе предлагается операционная система реального времени на базе процессора SEP3203. Реализация измерений и система управления высокоточной универсальной машины для испытания материалов на основе принципа работы системы C/OS-.1

Испытательная машина использует контроллер для управления работой двигателя через сервопривод переменного тока, а затем замедляет его с помощью прецизионного редуктора. Через ходовую гайку с обратным люфтом двигатель приводит в движение пару ходовых винтов с двойным винтом, заставляя подвижную балку двигаться вверх и вниз, чтобы реализовать процесс загрузки образца и завершить испытания на растяжение, сжатие и другие механические свойства образца. образец. Принцип его работы показан на рисунке 1. Во время испытаний на растяжение или других испытаний мост выдает слабое несбалансированное выходное напряжение из-за дисбаланса между датчиком нагрузки испытательной машины и образцом. Напряжение линейно пропорционально величине силы в определенном диапазоне. Однако деформация, вызванная нагрузкой, определяется электронным экстензометром. Небольшие сигналы, выводимые датчиком нагрузки и электронным экстензометром, усиливаются и обрабатываются измерительным блоком и отправляются на вход сбора данных контроллера для обработки данных для получения значений силы и деформации, а также построения характеристических кривых, таких как выходной сигнал и деформация. Кроме того, смещение движущегося луча определяется путем цифрового измерения фотоэлектрического энкодера, установленного на валу двигателя.

2 аппаратная конструкция системы измерения и управления. В соответствии с функциональными требованиями и принципом работы испытательной машины аппаратная архитектура системы показана на рисунке 2.2.1. Основная плата и модуль питания.

Процессор на основной плате использует SEP3203 компании Boson Юго-Восточного университета. Процессор SEP3203 оснащен процессорным ядром ARM7TDMI, предоставленным британской армейской компанией, и встроенной статической памятью с нулевым ожиданием объемом 20 КБ; Встроенный ЖК-контроллер, поддерживающий черно-белый, серый и цветной режимы; Поддержка протокола SPI для подключения связи с сенсорным экраном. Одноканальный модуль часов реального времени, 85 общих портов ввода-вывода и 18 внешних источников прерываний. Часть памяти основной платы включает 8 МБ SDRAM и 2 МБ флэш-памяти. Контакты функций сброса и пробуждения, используемые на основной плате, вводятся через разъем расширения; 22-битная адресная линия, 32-битная линия данных и неиспользуемые сигналы управления выводятся на материнскую плату через разъем расширения. Система требует многоканального источника питания. Например, основной плате рычага требуются источники питания 3,3 В и 5 В; В периферийных компонентах системы для модуля управления ЖК-дисплеем требуется питание 5 В; Модуль аналого-цифрового преобразования одновременно требует питания 6 В; Сервоприводу требуется питание 12 В, поэтому входной источник питания должен быть рассчитан на стабилизацию и шунтирование напряжения.

2.2 периферийный модуль общего интерфейса

Модуль общего периферийного интерфейса контроллера тестера в основном включает в себя общий порт ввода-вывода, интерфейс USB, порт отладки JTAG и т. д. В системе испытательной машины контроллер не только должен обмениваться данными с верхним и нижним уровнями, но также включает сбор данных о параметрах измерения датчика и вывод сигнала сервоуправления. В то же время значение переключения также является одним из самых простых и часто используемых сигналов в области измерения и управления, таких как концевой выключатель испытательного моторизованного луча, управление ЖК-дисплеем, а также включение и выключение светового индикатора. Общий порт ввода-вывода SEP3203 используется для реализации ввода/вывода этих сигналов.

SEP3203 предоставляет 85 общих портов ввода-вывода и 18 внешних источников прерываний без расширения портов ввода-вывода. При использовании функции порта сначала определите режим функции контакта в программе, то есть каждый порт настраивается как режим ввода, режим вывода или режим функции прерывания. Каждый мультиплексированный вывод имеет соответствующие биты регистра для выбора фактического режима работы. В этой конструкции канал ввода-вывода использует двунаправленное буферное устройство 74lvch162245a для повышения возможностей управления шиной. Кроме того, в систему добавлены два USB-интерфейса для вывода результатов испытаний или в качестве резервных интерфейсов. 2.3 Модуль сбора сигналов.

Модуль сбора сигналов включает в себя модуль получения многоканального значения силы и модуль получения многоканального сигнала деформации.

Сила и деформация — основные сигналы, собираемые системой. Сигнал напряжения датчика поступает на аналого-цифровой преобразователь CS5530. Дифференциальный вход CS5530 может напрямую измерять милливольтовый сигнал датчика, что упрощает соединение с периферийной схемой. Усилитель с программируемым усилением может устанавливать коэффициент увеличения от 1 до 32, что значительно улучшает динамические характеристики системы. Многоступенчатый цифровой фильтр с программным управлением позволяет выбирать скорость вывода данных в диапазоне 7,5 Гц – 3,84 кГц, что облегчает соединение с периферийными устройствами. Кроме того, CS5530 имеет полную систему самонастройки, которая может выполнять самокалибровку и калибровку системы, чтобы устранить ошибку нулевого усиления и дрейфа самого a/D, а также ошибку смещения и усиления системного канала. Кроме того, рабочее напряжение подается элементом линейной стабилизации напряжения 7806 для обеспечения точности сбора сигнала.

2.4 Модуль взаимодействия человека с компьютером. Чтобы система измерения и управления универсальной испытательной машины имела лучший интерфейс взаимодействия человека с компьютером и облегчала отладку и эксплуатацию пользователя, она должна быть оснащена устройствами отображения, такими как ЖК-дисплей и сигнальная световая подсказка. Кроме того, для взаимодействия человека с компьютером должно быть устройство ввода, чтобы пользователи могли отправлять команды на главный контроллер руки или вводить необходимые параметры управления. Система использует ввод с сенсорного экрана.

В соответствии с фактическими потребностями системы ЖК-модуль оснащен 240-320 черно-белым 4-уровневым серым дисплеем, совместимым с цветным 7-дюймовым TFT-ЖК-дисплеем с разрешением 64 тыс. цветов, а сенсорный экран интегрирован с ЖК-дисплеем. Сенсорный экран поддерживает рабочий режим AC97 ucb1400. Небольшой размер и характеристики низкого напряжения (3,3 В) ucb1400 делают его идеальным выбором для КПК нового поколения. Он объединяет усовершенствованный аудиокодек, контроллер сенсорного экрана и систему управления питанием, а также предоставляет настраиваемые функции в стандартной и доступной сразу же форме продукта. В качестве интерфейса между ЖК-дисплеем и манипулятором контроллер ucb1400 используется для непосредственного управления отображением управляющих символов ЖК-дисплея, китайских иероглифов и графики. С помощью ucb1400 порт ввода-вывода SEP3203 можно напрямую использовать для моделирования чтения/записи и управления временем жидкого кристалла, так что работа рычага на жидком кристалле фактически меняется на работу рычага на жидком кристалле. контроллер дисплея ucb1400, который упрощает подключение оборудования и программное программирование схемы интерфейса.

3. Программное обеспечение системы измерения и управления C/OS – это полностью отделимая операционная система реального времени, предназначенная для встраиваемых приложений. Он может управлять 64 задачами, из которых прикладная программа, оставленная пользователям, может иметь не более 56 задач. Процесс разработки этого прикладного программного обеспечения ОСРВ заключается в следующем: (1) Определите функцию прикладного программного обеспечения в соответствии со схемой проектирования системы;

(2) В сочетании с параллельными характеристиками (или квазипараллельными характеристиками) ОСРВ функции, реализуемые прикладным программным обеспечением, разделяются соответствующим образом, то есть функции прикладного программного обеспечения делятся на несколько модулей задач в соответствии с определенными принципами; (3) Тщательно подтвердите связь и задержку между задачами. В C/OS каждая задача представляет собой бесконечный цикл, который может находиться в следующих пяти состояниях: состояние сна, состояние готовности, состояние выполнения, состояние ожидания и состояние прерывания. Переход между состояниями задачи показан на рисунке 3.

3.1 программный модуль анализа системы измерения и управления.

Основными функциями системы являются сбор тестовых данных (включая значение силы и значение смещения), отображение тестовых данных на ЖК-дисплее, управление серводвигателем, взаимодействие человека с компьютером и передача данных. Поскольку значение силы и значение смещения являются двумя ключевыми данными системы испытательной машины, которые будут непосредственно характеризовать механические свойства испытуемых деталей и предъявляют высокие требования к реальному времени и точности сбора данных, необходимо постоянно передавать реальные данные. -Временное значение силы и значение смещения для главного контроллера в процессе тестирования. Главный контроллер определит текущее состояние испытаний и операции управления на основе полученного значения силы и значения смещения. Как показано на рисунке 4 и рисунке 5.

Согласно вышеизложенному, система разделена на несколько модулей задач для присвоения высокого приоритета задачам с высокими требованиями реального времени; Назначайте задачам с низкими требованиями к реальному времени низкий приоритет. Конкретное разделение системных задач показано в Таблице 1. В таблице задачи systaskstart в основном заключаются в инициализации системного оборудования, настройке пользователя, графическом интерфейсе GUI и создании других задач. Основное тестовое задание — это ядро ​​системы измерения и контроля всей машины для испытания материалов. Эта задача используется для реализации логики тестирования машины для испытания материалов, считывания значений датчика силы и датчика смещения в режиме реального времени, оценки состояния испытания, выполнения соответствующих операций управления в соответствии с различными состояниями для завершения испытания и, наконец, сохранить результаты испытаний. 3.2 дизайн интерфейса взаимодействия человека с компьютером

Человеко-машинный интерфейс является важной частью встроенной системы. Это позволяет пользователям легко вводить параметры, выполнять операции и предоставлять необходимую информацию, чтобы вовремя подсказать пользователям. При тестировании материалов пользователям необходимо часто отправлять контроллеру различные рабочие команды или изменять параметры системы, поэтому необходим дружественный интерфейс взаимодействия человека с компьютером. Система использует C/GUI для проектирования человеко-машинного интерфейса. C/GUI — это графический интерфейс с открытым исходным кодом, который может реализовать графический интерфейс в стиле Windows. Миниатюризация — его главная особенность. При этом он занимает очень мало системных ресурсов, легко пересаживается и обладает мощными функциями; Может работать в C/OS – операционной системе; Он написан на 100% Ansic и может быть применен к любому ЖК-дисплею и процессору; В сочетании с характеристиками открытого исходного кода он очень гибок в использовании.

4 Заключение. Система измерения и управления универсальной машины для испытания материалов основана на микропроцессоре SEP3203 и основана на встроенной операционной системе реального времени C / OS, она обладает характеристиками высокой точности, хорошей производительностью в реальном времени и дружественным интерфейсом. Его модульная конструкция удобна для поиска неисправностей, трансформации и модернизации системы в будущем.