計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)研究小論文
計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)研究小論文
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,也相應(yīng)的促進(jìn)了我國(guó)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)研究小論文，供大家參考。
計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)研究小論文篇一
探析微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)綜合策略
【摘 要】微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到較多方面的影響，使得系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，針對(duì)這種情況就要對(duì)這些干擾因素進(jìn)行抗干擾措施。本文將詳述干擾對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的影響、常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象以及抗干擾的綜合策略。
【關(guān)鍵詞】微型計(jì)算機(jī) 測(cè)控系統(tǒng) 抗干擾技術(shù)
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到外界環(huán)境的較大干擾，微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的干擾指的是除了有用信號(hào)之外的雜散信號(hào)，這些雜散的信號(hào)會(huì)使得測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸或者控制系統(tǒng)受到很大的影響，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境非常復(fù)雜，因?yàn)檫\(yùn)行環(huán)境中有非常強(qiáng)烈的電磁干擾現(xiàn)象。電磁干擾現(xiàn)象會(huì)使得微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)受到較嚴(yán)重的影響，并且可能對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)造成破壞，那么所得到的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)則存在著較大的差異。微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)能在運(yùn)行中發(fā)揮智能作用，而且在測(cè)控系統(tǒng)受到干擾的同時(shí)發(fā)揮智能作用，使得微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng)，有效的增強(qiáng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性。
一、干擾對(duì)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的影響
干擾有多種形式而且還有多種傳導(dǎo)模式，干擾可以通過(guò)耦合通道來(lái)傳入計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，使得計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯著降低，干擾對(duì)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的影響如下。
(一)數(shù)據(jù)采集誤差變大
干擾會(huì)入侵到測(cè)控系統(tǒng)信號(hào)的輸入通道，使得有用信號(hào)中包含干擾信號(hào)，那么在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差[1]，如果有用信號(hào)的強(qiáng)度較小時(shí)，那么干擾信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集干擾就更加嚴(yán)重。
(二)控制狀態(tài)失靈
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)所傳出的控制信號(hào)非常強(qiáng)，在傳播過(guò)程中較難被外界干擾，但是輸出的控制信號(hào)會(huì)與狀態(tài)信號(hào)結(jié)合，一旦狀態(tài)信號(hào)受到干擾就會(huì)使得影響控制信號(hào)，從而導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的控制失常。
(三)數(shù)據(jù)受干擾而發(fā)生變化
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中RAM儲(chǔ)存器是可以讀寫(xiě)的，如果受到干擾的情況下RAM的數(shù)據(jù)會(huì)被篡改，但是微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的程序數(shù)據(jù)不容易被損壞，而RAM中的數(shù)據(jù)受干擾的影響較大，系統(tǒng)受到的損壞部分是由RAM中的數(shù)據(jù)受損數(shù)據(jù)而決定的。
(四)程序運(yùn)行失常
CPU是維持程序正常運(yùn)行的關(guān)鍵，如果CPU中的程序受到干擾的就會(huì)使得微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)行受到非常大的影響[2]，使得系統(tǒng)所有程序的執(zhí)行都變得沒(méi)有作用，最終導(dǎo)致系統(tǒng)陷入死循環(huán)，系統(tǒng)癱瘓。
二、常見(jiàn)的微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)干擾現(xiàn)象
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多的干擾，而且還有無(wú)線電波、雷電以及強(qiáng)電流都會(huì)對(duì)微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)造成影響，而干擾主要是通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
(一)直接耦合方式
直接耦合方式對(duì)微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的干擾較多，但是直接耦合方式對(duì)于微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的干擾程度較小。而干擾噪聲是直接通過(guò)耦合方式進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)部，使得系統(tǒng)內(nèi)部受到較嚴(yán)重的損壞。
(二)公共抗阻耦合方式
公共耦合方式是一種非常常見(jiàn)的耦合方式，公共耦合方式發(fā)生的環(huán)境是要兩個(gè)電路有共同通路，即兩個(gè)電路的電源流進(jìn)同一個(gè)公共抗阻，這樣就會(huì)使得抗阻上的電壓變換到另一個(gè)電路之上[3]，那么對(duì)于微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性有非常大的影響，使得微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中不可靠。
(三)靜電耦合方式
靜電耦合也被稱為電場(chǎng)耦合或者電容耦合，是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式，因?yàn)榉植茧娙莸母浇鼤?huì)產(chǎn)生噪聲電壓，從而影響微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(四)磁場(chǎng)耦合方式
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境大多為大功率設(shè)備或者強(qiáng)電流設(shè)備，而這些設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)互相疊加就會(huì)使得系統(tǒng)的信號(hào)受到較大的影響，因?yàn)閺?qiáng)電場(chǎng)疊加會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲電壓。
三、微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的綜合策略
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的綜合策略分為硬件抗干擾技術(shù)以及軟件抗干擾技術(shù)，下面將詳述這兩者技術(shù)的抗干擾措施。
(一)微型計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的硬件抗干擾技術(shù)
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的硬件抗干擾措施主要包括電源系統(tǒng)抗干擾技術(shù)、I/O通道的抗干擾措施、接地系統(tǒng)抗干擾措施以及其它抗干擾措施。微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中最大的干擾源是交流電源，而且隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，交流電源干擾日趨嚴(yán)重。由于大功率用電設(shè)備的影響會(huì)產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)，高峰電壓可以達(dá)到幾千伏，這樣的話對(duì)于微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的危害是非常大的。
(二)微型計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的軟件抗干擾技術(shù)
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的軟件抗干擾技術(shù)包括數(shù)字濾波、軟件冗余以及利用監(jiān)控定時(shí)器是CPU復(fù)位，數(shù)字濾波是軟件抗干擾技術(shù)中最實(shí)用的措施，數(shù)字濾波可以對(duì)微型計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字信號(hào)利用軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算和處理，使得微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定[4]。利用監(jiān)控定時(shí)器是CPU復(fù)位即俗稱的看門狗，其作用是在CPU受到極大干擾的情況下使得CPU內(nèi)部運(yùn)行的程序回到原來(lái)的運(yùn)行軌道上，這樣就可以使得微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性極大的提高，對(duì)于無(wú)人遙測(cè)的微型計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)而言更加可靠。
微型計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)及其容易受到外界環(huán)境的干擾，如果測(cè)控技術(shù)沒(méi)有較好的抗干擾能力就不能保證測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
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計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)研究小論文篇二
計(jì)算機(jī)在測(cè)控網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用探析
一、引 言
隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測(cè)試?yán)碚?、新的測(cè)試方法、新的測(cè)試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破傳統(tǒng)儀器的概念，電子測(cè)量?jī)x器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。在這種背景下，美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments Corporation，簡(jiǎn)稱NI)在20世紀(jì)80年代最早提出虛擬儀器 (Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI)的概念。虛擬儀器這種計(jì)算機(jī)操縱的模塊化儀器系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)近幾年的應(yīng)用需求急劇高漲。因此，虛擬儀器的產(chǎn)生是測(cè)控領(lǐng)域的一次革命。
二、虛擬儀器的基本概念、特點(diǎn)及其構(gòu)成
所謂虛擬儀器，就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬前面板、測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。其基本思想就是在測(cè)試系統(tǒng)或儀器設(shè)計(jì)中盡可能地用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”。簡(jiǎn)而言之VI系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件組成的。用戶可以通過(guò)友好的圖形界面(這里稱作虛擬前面板)操作計(jì)算機(jī)，如同操作功能相同的單臺(tái)傳統(tǒng)儀器一樣。虛擬儀器具有以下特點(diǎn)：1)在通用硬件平臺(tái)確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來(lái)完成儀器的功能。2)儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來(lái)定義的，而不是事先由廠家定義好的。3)儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需進(jìn)行相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)更新，而不需購(gòu)買新的儀器。4)研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。5)虛擬儀器開(kāi)放、靈活，可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，可與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。與傳統(tǒng)非數(shù)字化儀器相比，虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于用戶自定義儀器功能、結(jié)構(gòu)等，且構(gòu)建容易，轉(zhuǎn)換靈活以及其開(kāi)放性。虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。其中，硬件接口模塊可以包括插入式數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)、串/并口、IEEE488接口(GPIB)卡、VXI控制器以及其他接口卡。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)、GPIB儀器控制系統(tǒng)、VXI儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合。在這里，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。
(1)虛擬儀器的硬件構(gòu)成。1)基于數(shù)據(jù)采集的虛擬儀器系統(tǒng)。這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW(或LabWindows/CVI)相結(jié)合，通過(guò)A/D變換將模擬、數(shù)字信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理、顯示等，并可通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)反饋控制。根據(jù)需要還可加入信號(hào)調(diào)理和實(shí)時(shí)DSP等硬件模塊。2)基于通用接口總線GPIB接口的儀器系統(tǒng)。GPIB(General Purpose Interface Bus)儀器系統(tǒng)的構(gòu)成是邁向虛擬儀器的第一步，即利用GPIB接口卡將若干GPIB儀器連接起來(lái)，用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能，組織大型柔性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，技術(shù)易于升級(jí)，維護(hù)方便，儀器功能和面板自定義，開(kāi)發(fā)和使用容易。它可高效靈活地完成各種不同規(guī)模的測(cè)試測(cè)量任務(wù)。利用GPIB技術(shù)，可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，排除人為因素造成的測(cè)試測(cè)量誤差。同時(shí)，由于可預(yù)先編制好測(cè)試程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試，提高了測(cè)試效率。3)基于串行口或其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線的系統(tǒng)。將某些串行口儀器和工業(yè)控制模塊連接起來(lái)，組成實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。將帶有RS-232總線接口的儀器作為I/O接口設(shè)備通過(guò)RS-232串口總線與PC計(jì)算機(jī)組成虛擬儀器系統(tǒng)，目前仍然是虛擬儀器的構(gòu)成方式之一。當(dāng)今，PC計(jì)算機(jī)已更多地采用了USB總線和IEEE1394總線。
(2)虛擬儀器的軟件體系構(gòu)成。構(gòu)成一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)，基本硬件確定以后，就可通過(guò)不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。沒(méi)有一個(gè)優(yōu)秀的控制分析軟件，很難構(gòu)成一臺(tái)理想的虛擬儀器系統(tǒng)。根據(jù)VPP(VXIPlug&Play)系統(tǒng)規(guī)范的定義，虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)包含3部分。1)I/O接口軟件。I/O接口軟件存在于儀器(即I/O接口設(shè)備)與儀器驅(qū)動(dòng)程序之間，是一個(gè)完成對(duì)儀器寄存器單元進(jìn)行直接存取數(shù)據(jù)操作，并為儀器與儀器驅(qū)動(dòng)程序提供信息傳遞的底層軟件，是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。在VPP系統(tǒng)規(guī)范中，詳細(xì)規(guī)范了虛擬儀器的I/O接口軟件的特點(diǎn)、組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)規(guī)范，并將符合VPP規(guī)范的虛擬儀器I/O接口軟件定義為VISA軟件。2)儀器驅(qū)動(dòng)程序。每個(gè)儀器模塊均有自己的儀器驅(qū)動(dòng)程序。儀器驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)質(zhì)是為用戶提供了用于儀器操作的較抽象的操作函數(shù)集。對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，它對(duì)儀器的操作是通過(guò)儀器驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的;儀器驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ趦x器的操作與管理，又是通過(guò)I/O軟件所提供的統(tǒng)一基礎(chǔ)與格式的函數(shù)庫(kù)(VISA)的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，一旦有了儀器驅(qū)動(dòng)程序，在不是十分了解儀器內(nèi)部操作過(guò)程的情況下，也可以進(jìn)行虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序是連接上層應(yīng)用程序與底層I/O接口軟件的紐帶和橋梁。
三、虛擬儀器的整體設(shè)計(jì)
在科學(xué)研究與工程實(shí)驗(yàn)室里，有各種各樣的儀器與設(shè)備。如何提高它們的綜合使用效率?如何對(duì)它們進(jìn)行更有效的管理?是儀器用戶值得考慮的問(wèn)題。目前，最有效的方法是采用“虛擬儀器”技術(shù)。即充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的管理與處理能力，以此為基礎(chǔ)，將實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備搭配起來(lái)，構(gòu)成一種全新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室中的儀器與設(shè)備一般都是具有特定功能的單臺(tái)設(shè)備。如果它們具有某種總線接口，就有可能進(jìn)行虛擬儀器的構(gòu)造。步驟如下：
1)確定所用儀器或設(shè)備的接口形式。如果儀器設(shè)備具有RS-232串行總線接口，則不用進(jìn)行處理，直接用連線將儀器設(shè)備與計(jì)算機(jī)的RS-232串行接口連接即可;如果是GPIB或HP-IB接口，則需要額外配備一塊GPIB-488接口板，將接口板插入計(jì)算機(jī)的ISA插槽，建立起計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備之間的通訊渠道;如果使用計(jì)算機(jī)來(lái)控制VXI總線設(shè)備，也需要配備一塊GPIB接口卡，通過(guò)GPIB總線與VXI主機(jī)箱零槽模塊通信，零槽模塊的GPIB-VXI翻譯器將GPIB的命令翻譯成VXI命令并把各模塊返回的數(shù)據(jù)以一定的格式傳回主控計(jì)算機(jī)。由于計(jì)算機(jī)的RS-232串行接口有限，若儀器設(shè)備比較多，必要時(shí)必須擴(kuò)展計(jì)算機(jī)的RS-232接口。市場(chǎng)上此類產(chǎn)品品種繁多，用戶可以根據(jù)具體情況，選擇合適的RS-232總線接口擴(kuò)展產(chǎn)品。2)確定所選擇的接口卡是否具有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。接口卡的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，是連接主控計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備的紐帶;如果有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它適合于何種操作系統(tǒng)?如果沒(méi)有，或者所帶的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不符合用戶所用的操作系統(tǒng)，用戶就有必要針對(duì)所用接口卡，編寫(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。3)確定應(yīng)用管理程序的編程語(yǔ)言。如果用戶有專業(yè)的圖形化編程軟件，如LabVIEW、HPVEE，那么就可以采用專業(yè)的圖形化編程軟件進(jìn)行編程。如果沒(méi)有此類軟件，則可以采用通用編程語(yǔ)言，如VisualC++、Visual Basic或者Delphi。由于它們易于使用、功能強(qiáng)大而倍受測(cè)控人員的青睞。4)在硬件連接無(wú)誤的情況下，編寫(xiě)用戶的應(yīng)用管理程序。
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計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)研究小論文篇三
數(shù)控系統(tǒng)單片機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)
摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，推動(dòng)了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展速度，在航空航天、模具加工等行業(yè)中，數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而，由于各個(gè)行業(yè)對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量的要求不斷提高以及產(chǎn)品零件本身越來(lái)越復(fù)雜，致使一部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)很難滿足實(shí)際加工需要。為了進(jìn)一步提高數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行效率，本文將單片機(jī)測(cè)控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，并從基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)原則以及具體應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)這三個(gè)方面對(duì)文章進(jìn)行詳細(xì)論述。
中圖分類號(hào)：TP27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2012)04(A)-0000-00
可以說(shuō)在當(dāng)今全世界的機(jī)床制造業(yè)中，數(shù)控系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。作為高尖端技術(shù)之一的數(shù)控系統(tǒng)集機(jī)械制造、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、測(cè)量以及電氣傳動(dòng)等技術(shù)于一身，各方面功能均十分強(qiáng)大。通過(guò)筆者對(duì)當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些中高檔的數(shù)控系統(tǒng)基本采用的都是以PC機(jī)為控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的。雖然這種控制方式具有性能優(yōu)良、功能齊全、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，但其價(jià)格卻相對(duì)比較昂貴。對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，需要的是一種既能滿足生產(chǎn)需求，價(jià)格又相對(duì)低廉的數(shù)控系統(tǒng)。為此，本文將單片機(jī)測(cè)控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)這一需求。
1 基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，能夠根據(jù)用戶的實(shí)際需求以及CPU種類的不同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品細(xì)分，并以此使設(shè)計(jì)出來(lái)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品具有系列化的特征。通過(guò)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的需求大致可分為以下兩類：
1.1 單片機(jī)加實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
以這種形式構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)主要都是一些中高端的系統(tǒng)，它們的功能相對(duì)來(lái)講比較豐富，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息共享，而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制，精確度相當(dāng)高。其中操作系統(tǒng)是確保任務(wù)實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。在此類數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，使用較多的單片機(jī)為ARM系列等，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則為Windows、RT-Linux等。這種類型的數(shù)控系統(tǒng)常被用于對(duì)精度要求較高或是聯(lián)動(dòng)數(shù)目在四軸以上的數(shù)控機(jī)床當(dāng)中。
1.2 單片機(jī)加控制模塊
在此類組成結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)當(dāng)中，由于采用的是控制模塊，而不是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，所以各個(gè)任務(wù)的實(shí)時(shí)性均是由系統(tǒng)中的控制軟件以及處理器的中斷等予以保證的。此類系統(tǒng)應(yīng)用的單片機(jī)主要以高性能的CPU為主，這樣能夠有效地確保系統(tǒng)的運(yùn)算速度符合插補(bǔ)和管理等功能的需要。這種系統(tǒng)通常僅能滿足三軸聯(lián)動(dòng)和四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床的需求。
通過(guò)上述分析不難看出，研發(fā)不同等級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)，只需要根據(jù)用戶的實(shí)際需求，采用的不同平臺(tái)，然后在平臺(tái)中對(duì)系統(tǒng)的主要功能略作改進(jìn)，便能夠開(kāi)發(fā)出滿足用戶需要的數(shù)控系統(tǒng)。這在一定程度上避免了基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)的缺點(diǎn)，有效地減少了重復(fù)性工作，從而使整個(gè)研發(fā)周期相應(yīng)地縮短很多。若是將數(shù)控系統(tǒng)中的主要技術(shù)模塊進(jìn)行總結(jié)和提煉，便可以組成一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上對(duì)相應(yīng)的功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)貏h減或增添，便可以完成系統(tǒng)的研發(fā)。這就是基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路。
2 基于單片機(jī)測(cè)控的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
任何一種數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵均在于其軟件及硬件的設(shè)計(jì)，應(yīng)用單片機(jī)測(cè)控技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)也不例外，下面簡(jiǎn)要介紹一下軟件及硬件在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中需要遵循的主要原則：
2.1 規(guī)范化原則
一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)，最忌諱的就是重復(fù)開(kāi)發(fā)，這樣不僅會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，而且也會(huì)浪費(fèi)大量的資源，所以在進(jìn)行軟件及硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須有一個(gè)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)規(guī)范系統(tǒng)的通訊協(xié)議以及軟硬件界面，可以使設(shè)備生產(chǎn)商和控制器制造商均能在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，以此來(lái)杜絕重復(fù)性開(kāi)發(fā)的情況發(fā)生，減少資源的浪費(fèi)。為此，在進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循規(guī)范化原則。
2.2 系列化、標(biāo)準(zhǔn)化原則
在系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣有利于提高系統(tǒng)整體的實(shí)時(shí)性和可靠性。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)通訊方式、CPU結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及輔助控制等的模塊化處理，根據(jù)實(shí)際功能的不同制成所需的模塊，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)模塊與模塊之間還可通過(guò)預(yù)先定義好的標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)通訊。
2.3 開(kāi)放性原則
在進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，為有效地降低系統(tǒng)軟件對(duì)硬件的依賴性，應(yīng)使軟件平臺(tái)獨(dú)立于系統(tǒng)硬件之外，并且也要將軟件設(shè)計(jì)成為模塊化，這樣有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的開(kāi)放性。對(duì)于整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的軟件平臺(tái)是較為重要的。由于書(shū)庫(kù)系統(tǒng)本身都具有多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性，所以軟件平臺(tái)的構(gòu)建也應(yīng)以此為前提，同時(shí)軟件平臺(tái)的基本功能還應(yīng)實(shí)現(xiàn)典型化和模塊化，從而使每個(gè)功能模塊之間均能實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立和統(tǒng)一調(diào)度。這樣的軟件設(shè)計(jì)可以適應(yīng)不同的硬件系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了軟件的開(kāi)放性和獨(dú)立性。
3 單片機(jī)測(cè)控技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)
基于以上的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)原則，下面筆者以一種數(shù)控鉆銑床為例，對(duì)單片機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。
3.1 數(shù)控鉆銑床的基本功能及具體控制方案
由于該數(shù)控機(jī)床是鉆、銑相結(jié)合的一類機(jī)床，為此先簡(jiǎn)要介紹一下該數(shù)控機(jī)床的加工順序：首先，工作臺(tái)就位，然后鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔后鉆頭快退，移至下一位置繼續(xù)重復(fù)上述動(dòng)作，直至全部鉆孔完畢為止后，工作臺(tái)恢復(fù)原位。銑削的加工順序基本與之相同。因本系統(tǒng)屬于鉆、銑一體的機(jī)床，故此在其各方面參數(shù)均滿足實(shí)際加工要求的前提下，決定采用連續(xù)控制系統(tǒng)對(duì)其加工進(jìn)行控制，具體控制方案為采用單片機(jī)控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)對(duì)系統(tǒng)工作臺(tái)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制。當(dāng)進(jìn)給指令由單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出后，經(jīng)過(guò)功率放大后對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，然后經(jīng)由齒輪減速器帶動(dòng)絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直線位移的完成主要依靠絲杠螺母的轉(zhuǎn)換，具體移動(dòng)速度及位移量的大小由輸入脈沖數(shù)及脈沖頻率決定。
3.2 單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的主要功能
該數(shù)控系統(tǒng)中，單片機(jī)采用的是集中控制方式，對(duì)于系統(tǒng)中的各項(xiàng)任務(wù)采取的是分時(shí)處理進(jìn)行的，如插補(bǔ)運(yùn)算、CRT顯示、輸入輸出控制以及存儲(chǔ)等等。測(cè)控系統(tǒng)的主要功能如下：其一，初始化處理。主要是對(duì)I/O接口、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率定時(shí)器以及中斷等進(jìn)行初始化;其二，復(fù)位功能。機(jī)床開(kāi)機(jī)工作時(shí)工作臺(tái)應(yīng)自行恢復(fù)至初始加工位置，如有需要也可盡心手動(dòng)復(fù)位;其三，監(jiān)視功能。具體是對(duì)開(kāi)關(guān)、鍵盤以及按鍵等進(jìn)行監(jiān)視，如監(jiān)視行程開(kāi)關(guān)、急停按鍵等;其四，加工數(shù)據(jù)的輸出和顯示功能;其五，超程控制機(jī)報(bào)警功能。當(dāng)工作臺(tái)在進(jìn)行實(shí)際加工過(guò)程中，若超出規(guī)定的位置則立即停止工作，并相應(yīng)的做出報(bào)警顯示;其六，控制方式選擇功能。主要包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，有特殊要求時(shí)可進(jìn)行控制方式切換。
3.3 測(cè)控功能的實(shí)現(xiàn)
(1)硬件設(shè)計(jì)。按照該數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際測(cè)控要求，決定采用STC12C5A62S2系列單片機(jī)作為主控制器，并行設(shè)置44個(gè)I/O控制接口和雙UART串口，電路為MAX810專用復(fù)位電路，2路8位PWM/16位PCA模塊，8路10位精度ADC，其轉(zhuǎn)換速度最高可達(dá)到250K/S，即每秒25萬(wàn)次，F(xiàn)lash ROM60K，SRAM 1208字節(jié)。這一系列的單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：可靠性高、反應(yīng)速度快、功耗低、價(jià)格便宜、抗靜電及抗干擾能力超強(qiáng)，無(wú)需對(duì)片外存儲(chǔ)空間進(jìn)行擴(kuò)展，便可用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的電動(dòng)機(jī)控制，本身自帶PWM/PCA和A/D，不需要在配置外部檢測(cè)電路。為使加工數(shù)據(jù)能夠順利輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，采用矩陣鍵盤，規(guī)格為4×8;加工數(shù)據(jù)顯示器則采用6位LED顯示器，以便于顯示加工數(shù)據(jù)信息;為確保開(kāi)機(jī)指示電源能夠正常工作，電源指示燈決定采用發(fā)光二極管;為有效地控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，決定采用I/O口對(duì)脈沖分配器的輸出信號(hào)進(jìn)行控制，再經(jīng)由功率放大電路及光電隔離器后傳送至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)線圈當(dāng)中;為對(duì)機(jī)床工作臺(tái)的超程進(jìn)行監(jiān)視及報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)，決定采用全行程開(kāi)關(guān)作為監(jiān)視信號(hào)進(jìn)行輸入，并采用發(fā)光二極管作為超程報(bào)警指示燈。
(2)軟件設(shè)計(jì)。如果將測(cè)控硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，看作是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)的話，那么系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)則是測(cè)控系統(tǒng)整體控制思路、控制方式以及控制過(guò)程的體現(xiàn)。測(cè)控系統(tǒng)各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要應(yīng)用到單片機(jī)的如下技術(shù)，其中主要包括中斷、定時(shí)、LED顯示以及鍵盤掃描等技術(shù)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要以模塊化結(jié)構(gòu)為主，下面對(duì)各個(gè)模塊的具體功能進(jìn)行介紹：①主模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)完成測(cè)控系統(tǒng)的各項(xiàng)管理工作，數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后會(huì)自行進(jìn)入到管理模塊當(dāng)中，然后接收并執(zhí)行由機(jī)床操作者發(fā)出的操作指令。在這一模塊當(dāng)中，需要對(duì)鍵盤上各個(gè)相關(guān)案件的功能進(jìn)行自定義，以此來(lái)確定接收指令的形式以及實(shí)現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的輸入和、自動(dòng)鉆銑加工、急停等操作功能;②自動(dòng)加工測(cè)控模塊。按照該數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際工作需要，自動(dòng)加工應(yīng)包括鉆削和銑削兩部分。所以在該模塊中設(shè)計(jì)兩個(gè)子模塊分別用于鉆削和銑削的測(cè)控;③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制模塊。該模塊主要是對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角以及方向等進(jìn)行控制。在對(duì)這一模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)加速或減速的過(guò)程，這樣有利于解決突然啟停時(shí)，慣性及負(fù)載造成電機(jī)損壞的問(wèn)題。可以通過(guò)對(duì)進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔及具體脈沖數(shù)進(jìn)行確定，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度及轉(zhuǎn)角的控制。控制時(shí)間常數(shù)可預(yù)先定義好后存儲(chǔ)到程序當(dāng)中，并以此作為對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制的基本參數(shù)，然后利用單片機(jī)本身自帶的定時(shí)器功能，并以中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)頻率的控制。
由于該單片機(jī)中集成有可編程的應(yīng)用程序，故此無(wú)需設(shè)計(jì)專用的仿真器及編程器。通過(guò)將單片機(jī)測(cè)控技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，使得系統(tǒng)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)變得更加簡(jiǎn)單、各方面性能也更為可靠。
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