嵌入式杯突試驗機測控系統設計與實(shí)現
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3 系統硬件設計
3．1 杯突值測量電路
沖頭壓入試樣的深度即試樣的杯突值是通過(guò)固定在沖頭上的光柵位移傳感器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)光柵尺)來(lái)測量的。光柵尺是一種利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置，其輸出的信號為數字脈沖，具有測量范圍大、精度高、響應速度快等特點(diǎn)。
光柵尺信號的采集一般分為濾波整形、鑒相、倍頻、計數等幾個(gè)步驟。本系統將光柵尺輸出的相位相差90°的A，B正交編碼脈沖信號經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離、電平轉換及濾波整形后送入LS7266R1芯片，LS7266R1通過(guò)8位數據總線(xiàn)將計數結果送給嵌入式微處理器進(jìn)行處理。
LS7266R1是美國LSI公司開(kāi)發(fā)的24位雙軸正交信號鑒相芯片，該芯片將倍頻、細分、鑒相、計數集成到一起，不僅具有良好的抗干擾能力和較高的測量精度，而且也大大簡(jiǎn)化了光柵尺傳感器接口電路的設計。芯片內部含有2個(gè)正交信號鑒相模塊(X和Y)，每個(gè)正交信號鑒相模塊內都包含了各自的寄存器，可以同時(shí)對兩組正交信號進(jìn)行處理，本系統中只需對一組正交信號進(jìn)行處理。另外，通過(guò)對LS7266R1的計數模式寄存器(CMR)的設置將計數模式設置為四倍頻正交模式以提高計數精度。
3．2 壓力測量電路
本系統采用中航第十一研究所的DaCY420壓力變送器來(lái)測量被測試樣的夾緊力和沖壓力值，兩個(gè)變送器的量程分別為0～2．5 MPa和0～10 MPa，輸出標準的4～20 mA電流信號。S3C2440內部集成的ADC只有10位的分辨率，轉換精度不足，為此本系統使用了TI(德州儀器)公司的4通道12位的ADS7842作為A／D轉換器。該轉換器能在2 mW的功耗下以200kHz的采樣率同時(shí)進(jìn)行4通道信號采樣，本系統使用其中的兩個(gè)通道。由于壓力變送器輸出的是電流信號，需要轉換為電壓信號才能被ADS7842測量，此處使用電流轉電壓芯片RCV420將4～20 mA電流轉換為0～5 V電壓后接入ADS7842。ADS7842接口電路如圖2所示，GPG13用于通道選擇，低電平時(shí)選擇AIN0，高電平時(shí)選擇AIN1。BUSY作為轉換完成的標志位，輸出高電平表示A／D轉換完成。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/148449.htm
3．3 電平轉換電路
本系統使用的LS7266R1和ADS7842工作電壓都是5 V，并且LS7266R1數字量輸出高電平為4．5～5 V，ADS7842數字量輸出高電平為3．5～5 V，二者都超過(guò)了S3C2440系統總線(xiàn)的工作電壓3．3 V，因此它們要和S3C2440進(jìn)行數據通信就必須完成電平轉換。
本系統采用74LVC16245A完成數據總線(xiàn)的電平轉換，使用74LVC4245A完成片選線(xiàn)以及讀寫(xiě)信號線(xiàn)的電平轉換。74LVC16245A是TI公司的一種16位雙向總線(xiàn)轉換器，能夠滿(mǎn)足3～5 V的數據信號的輸入／輸出，轉換的方向可由方向控制引腳(DIR)控制。
74LVC4245A是一個(gè)8位雙電源供電的雙向收發(fā)器，本系統中芯片的VCCA端采用5 V供電，VCCB端采用3．3 V供電，將方向控制引腳(DIR)置為低電平，從而完成3．3～5 V的電平信號轉換。
3．4 繼電器驅動(dòng)電路
試驗的整個(gè)過(guò)程是由微處理器通過(guò)6個(gè)開(kāi)關(guān)量來(lái)控制與試驗機機械裝置相連的繼電器開(kāi)關(guān)通斷來(lái)完成的。這6個(gè)開(kāi)關(guān)量分別是：夾緊油泵工作；夾緊電機工作；沖壓電機工作；沖壓油泵工作；夾緊換向閥換向；沖壓換向閥換向。由于微處理器的GPIO口的輸出電壓遠小于繼電器工作電壓，無(wú)法直接通過(guò)GPIO口驅動(dòng)繼電器，因此本系統增加了繼電器驅動(dòng)電路來(lái)完成電壓的轉換，并且使用光耦將輸入和輸出隔離，使輸出信號對輸入端無(wú)影響，以提高系統的抗干擾能力和穩定性。
4 系統軟件設計
系統的軟件部分主要有底層驅動(dòng)程序、操作系統以及上層應用程序，它們共同構成了嵌入式杯突試驗機測控系統。其中選用2．6內核的Linux作為操作系統，并根據開(kāi)發(fā)板的硬件情況和系統需求進(jìn)行了必要的裁剪以增強系統的專(zhuān)用性。下面主要介紹驅動(dòng)程序和應用程序的設計。
4．1 驅動(dòng)程序設計
系統涉及的驅動(dòng)程序主要有：
(1)計數器驅動(dòng)程序，主要包括LS7266R1芯片的初始化和數據讀取，LS7266R1芯片的初始化和數據讀取程序的流程如圖3和圖4所示。
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