工程机械中嵌入式控制器的应用研究

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摘要：嵌入控制器依靠其小面积、高性能等优点而广泛应用于多个领域，为工厂自动化、数控机床等方面发展提供了许多便捷。本文提出了一种嵌入式控制器应用于工程机械控制系统的方案，用S3C4480X芯片来代替处理器的位置，同时嵌入US-Ⅱ操作系统、PWM方式，通过对系统结构和控制器工作原理的研究来完成两者的契合，设计硬软件来完成工程机械控制系统功能的提升，加快工业自动化生产速度。

关键词：控制系统；嵌入式控制器；机械；ARM

嵌入式控制器广泛运用于工业生产、智能交通等领域，设备利用狭小的空间即可完成自动运行和控制工作。我们设计了一类以S3C44BOX芯片、UC/0S-Ⅱ操作系统为主要设备的工程机械控制系统，开启了智能化工程机械的发展局面，为工业生产和机械操作提供了广阔的平台。

1、工程机械中控制系统的结构

运用于工程机械中的控制系统充分利用了自动控制、应用计算机、微电子等技术来完成性能提升。我们提出一类使用嵌入式控制器的设计方案，按照结构体系和模块具体情况来设计结构，如图1所示为控制系统的总体结构框图。

我们使用ARM结构的处理器，只要借助电路功能就能适用于不同行业，以ARM9系列、StrongARM为代表的处理器应用广泛，通过和人机操作界面、无线遥控的联系来完成多项控制。

2、控制器的工作原理

我们选取了ARM7系列的微处理器，利用其低功耗、高性能的优点来提升系统操作性，同时使用SAMSUNG公司推出的S3C4480X芯片，如图2所示为控制器的工作原理图。

型号为S3C44BOX的芯片运用于大型机械工程控制系统中具有诸多优势，不仅节省了投入成本，还能提供适合机械控制的最大性能，它所集成的8KB Cache作用强大，通过12C控制器、串口、A/D转换接口、看门狗定时器等模块来完成指令执行任务，高性能静态CMOS技术的嵌入降低了设备耗电量。

3、硬软件设计

3.1 通信和调试接口

通信和调试接口涉及多种类型，以JTAG、RS-232C为主的接口实现了信息的互通。RS-232c接口广泛用于系统硬软件设计中，能处理加工过程中产生的数据信息，JTAG接口能完成在线编写程序的工作，同时能操作系统交叉调试流程，而USB接口的任务是和移动设备完成对接，测量速度的工作则分配到PWM输出电路中。芯片S3C44BOX中含有关于TTAG的信号，因此能配合JTAG调试器操作通信活动。

3.2 人机交互模块

人机交互模块利用控制方式指示、xY轴坐标值、参数值等来完成信息显示工作，我们选择了LCD液晶显示器来实现图像和文字的共同呈现，满足可操作性和可理解性双重要求，而液晶控制系统本身已经存在于S3C4480X芯片中，降低了针对设备的设计难度，一般来说利用显示器和控制信号线的连接作用即可，用户通过键盘将信息输入到显示器中。

3.3 系统的A/D转换电路

模拟传感器会将工程机械的电压、油量、温度等参数实时、动态的传输给操作人员，而A/D转换方式承担着转换信号的任务，将模拟信号转换成系统可识别的数字信号，S3C44BOX芯片附带TA/D转换方式，能迅速采集关于阻尼式传感器的信号，在传输过程中给予相应处理。通过放大电路、Vout引脚输出来完成转换工作，同时保持适宜的输入电压最大值。

3.4 电机驱动控制模块

PWM在芯片中的嵌入使得脉冲宽度调制方式得到有效利用，而为了提高工程控制系统的可行性，我们利用两个交流伺服电机来完成位置控制工作，在功能和电源模块的引导下选择具体配置，一般来说使用电压为24V的蓄电池，满足工程机械系统运行的要求，而芯片供应电压一般为2.5V。

3.5 操作系统的移植

使用uC/OS-Ⅱ系统来完成软件设计，移植到工程机械控制系统中，使得代码满足相关运行条件。首先使用#define来处理宏和常量值问题，使其和编译器的数据类型形成契合，同时开始编写系统函数，帮助处理器能按照函数流程执行任务。移植还应该满足拥有相应数据硬件堆栈的要求，同时要让进入、退出的临界区代码都符合c调的条件，此时ARM处理器内置的C编译器能及时将有效的代码输入进去，定时中断源的嵌入是为了完成硬件中断的工作，这是和处理器之间达成的协议之一。

4、总结

嵌入式工程机械控制系统运用于许多行业，为了满足工业生产和发展的要求，我们提出以S3C44BBOX芯片为控制器的设计方案，利用方便、简洁的LCD显示器来完成人机交互工作，电机控制利用PWM方式得以快速完成，