基于ARM的切割数控系统的研究

湖北工业大学 刘晓春

基于ARM的切割数控系统的研究

湖北工业大学 刘晓春

本文将嵌入式技术与数控切割技术进行有效的融合，开发出一种基于嵌入式系统的自动切割控制系统，该系统基于AMR7微控制器芯片LPC2138及C/OS-II实时操作系统平台。其LCD显示及组合式按键为用户提供了一种良好的交互式操作平台，实现多种自动切割模式的选择。本系统亦提供了与PC联机控制的通信接口，可利用PC强大的数据处理能力，使控制系统完成更为复杂的切割控制。设计系统具有实时性、开放性、智能化的特点。

切割；控制；系统

随着计算机技术的不断发展，数控切割控制逐步应用于加工设备，以提高加工质量和工作效率。传统的控制系统以PC机为主体的控制很不灵活，研究以嵌入式微处理器为控制主体的数控系统已经成为一种趋势，也是数控技术中重要研究方向。

数控技术Numerical Control（NC），是一门包含计算机、电子、信息、自动控制及精密机械制造等在内的多学科综合技术。是多学科技术交叉与融合的完美体现。该技术以数字量，指令的编程达到对机械部件的运动方式的控制的目的，其主要实现的是对运动机械部件运动位置、运动方向、旋转角度、运动速度以及加、减速过程等机械量和与机械能量流向有关的开关量自动控制。自动控制是以二进制形式的数据指令为基础。数控技术的出现及发展，因其高精度、高速度、高效率的特点，打破了传统的机械设计理念，是对传统机械制造业巨大的冲击与挑战，使机械制造业产生了巨大的变化。近年来，世界各发达国家竞相发展数控技术，集中雄厚的人力与物力发展机电一体化技术和开发高端的数控设备，追求数控设备的高度自动化和柔性化、降低成本，加速更新换代以适应激烈的市场竞争。当今数控技术向着高速高精度，智能化，开放化，网络化的方向发展[1]。

随着信息化、智能化计算机技术的不断发展，拥有嵌入式技术的电子智能化产品，已融入到人们日常生活的方方面面。嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这种改变还在不断地加速。小到消费类电子领域，如：MP3、PDA、数码相机等。大到工业控制，航空航天，如：数控机床、神州飞船。都有着嵌入式技术的身影。

嵌入式技术是一个相对模糊的概念，因为它已经渗透到生活中的各个方面，因此就很难给“嵌入式系统”一个明确的定义。一般来讲，嵌入式系统是指将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简而言之，就是系统软件、硬件的一体化。这就类似于BIOS工作方式，具有软件代码小、自动化程度高及响应速度快等特点，特别适合于对实时性和多任务有特殊要求的体系。下面给出一个比较合理的定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、体积、成本及功耗等严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统主要有如下几个特点：

（1）专用性强：嵌入式系统的专用性比较强。系统的软、硬件结合的十分紧密，系统的移植一般都需针对特定的硬件进行。即使同一系列的产品也需要根据系统硬件的变化而进行不断的修改，这种修改不同于一般软件的“升级”。

（2）系统精简：嵌入式系统对系统软件与应用软件之间一般没有明显的区分，也不要求功能设计与实现过于复杂。这样，一方面有利于控制系统成本；另一方面也利于实现系统的安全。

（3）系统内核小：由于嵌入式系统面向应用，系统资源相对有限，这就要求内核较之传统的操作系统较小。

（4）高实时性的操作系统：这是嵌入式软件的基本要求，其软件要固化存储，以提高系统运行速度，其代码需要具有高可靠性。

（5）多任务操作系统：为了合理地调度多任务，利用系统资源、系统函数以及库函数接口，多任务的操作系统RTOS(RealTimeOperatingSystem)平台是十分有必要的。这样才能保证程序执行的可靠性、实时性，缩短开发周期，提高软件开发质量。

（6）软、硬件可裁剪：由于嵌入式系统自身的特点，这就要求能根据其应用需求，对软、硬件进行裁剪，去掉不需要的部分，从而满足具体应用对成本、功耗、体积、可靠性等方面的要求。

嵌入式系统的设计是软、硬件协同设计，并行同步开发的程序。如果某些硬件的功能可以通过软件来实现，这样就大大降低了硬件的复杂性，节约了成本。以上就是嵌入式系统的特点。

[1]李正义.基于ARM的数控切割机控制系统研究与设计[D].湘潭大学.2007.

[2]阮航等.基于ARM的嵌入式一体化工业控制机硬件系统设计[J].微计算机信息.2005年第21卷第7期.77～80.

[3]杨辉先等.基于ARM 的数控切割机控制系统设计[J].计算机测量与控制.2007.15（12）1722 ～ 1724.

2017-09-10）