基于SEP3203拉力試驗機(jī)嵌入式測控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：針對材料試驗機(jī)測控系統(tǒng)要求精度高，實(shí)時性好的特性，提出一種基于32位的ARM微處理器SEP3203和實(shí)時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的電子萬能試驗機(jī)測控系統(tǒng)開發(fā)方案。其中，觸摸屏與LCD合為一體，采用AC97+UCB1400的工作方式來完成圖形用戶界面的設(shè)計；利用24位的CS5530芯片來完成數(shù)據(jù)模擬量的采集。在硬件平臺基礎(chǔ)上，選用μC／OS-Ⅱ作為控制器的操作系統(tǒng)，完成軟件的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，通過移植μC／GUI，實(shí)現(xiàn)控制器的人機(jī)接口功能。
關(guān)鍵詞：萬能試驗機(jī)；ARM微處理器；μC／OS-Ⅱ；CS5530；SEP3203

0 引言
萬能材料試驗機(jī)是測定材料機(jī)械性能的基本設(shè)備之一，主要用作對金屬、橡膠、塑料、陶瓷和水泥等材料的拉伸、壓縮、彎曲和剪切等機(jī)械性能的試驗，可完成對材料的強(qiáng)度、塑性、彈性及韌性的檢測。隨著國際化的不斷深入，國內(nèi)外材料試驗機(jī)的發(fā)展主要呈現(xiàn)出計算機(jī)化、數(shù)據(jù)處理全面化、控制精確化、全面化的特點(diǎn)。
當(dāng)前萬能材料試驗機(jī)測控系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的復(fù)雜性，要在盡可能小的空間中集成數(shù)據(jù)采集、處理，人機(jī)界面，串行通信等多個功能。傳統(tǒng)的單片機(jī)由于功能單一，往往無法滿足要求，或者即使可以實(shí)現(xiàn)，也需要使用大量的MCU協(xié)同工作，在信號連接、編程和減少體積方面，都會遇到不小的困難。在裸機(jī)上直接開發(fā)運(yùn)行前后臺系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和擴(kuò)展都很困難，而且這樣的系統(tǒng)本質(zhì)上是一個程序超循環(huán)，根本無法保證測控系統(tǒng)的實(shí)時性要求。
萬能材料試驗機(jī)測控系統(tǒng)不但要求系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件，對其進(jìn)行快速處理，還需要同時執(zhí)行多個任務(wù)，并對每個任務(wù)實(shí)時響應(yīng)。如果使用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，則可以使用單片嵌入式CPU，集成多種功能，逐步解決存在的問題。
本文就是基于這樣的背景，提出一種基于SEP3203處理器和實(shí)時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的高精度萬能材料試驗機(jī)測控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)工作原理
試驗機(jī)利用控制器，先經(jīng)交流伺服單元控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，再經(jīng)精密減速器減速后，通過反齒隙游移螺帽由電機(jī)帶動雙螺旋絲杠副，驅(qū)動動橫梁上下移動，從而實(shí)現(xiàn)對試樣的加載過程，完成試樣的拉伸、壓縮等力學(xué)性能試驗。它的工作原理如圖1所示。在做拉力試驗或者其他試驗時，由于試驗機(jī)的負(fù)荷傳感器與試樣失去平衡，電橋產(chǎn)生一個弱小的不平衡電壓輸出。該電壓在一定范圍內(nèi)與作用力的大小呈線性正比例關(guān)系。然而試樣在負(fù)荷作用下引起的變形量則通過電子引伸計獲得。負(fù)荷傳感器和電子引伸計輸出的小信號都經(jīng)測量單元放大處理后，送給控制器數(shù)據(jù)采集輸入端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到力和變形量值，同時繪制出力和變形等特征曲線。此外，動橫梁的位移則通過安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的光電編碼器數(shù)字測量獲得。