基于SEP3203拉力試驗機嵌入式測控系統設計

摘要：針對材料試驗機測控系統要求精度高，實(shí)時(shí)性好的特性，提出一種基于32位的ARM微處理器SEP3203和實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-Ⅱ的電子萬(wàn)能試驗機測控系統開(kāi)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(lái)完成圖形用戶(hù)界面的設計；利用24位的CS5530芯片來(lái)完成數據模擬量的采集。在硬件平臺基礎上，選用μC／OS-Ⅱ作為控制器的操作系統，完成軟件的結構化設計，通過(guò)移植μC／GUI，實(shí)現控制器的人機接口功能。
關(guān)鍵詞：萬(wàn)能試驗機；ARM微處理器；μC／OS-Ⅱ；CS5530；SEP3203

0 引言
萬(wàn)能材料試驗機是測定材料機械性能的基本設備之一，主要用作對金屬、橡膠、塑料、陶瓷和水泥等材料的拉伸、壓縮、彎曲和剪切等機械性能的試驗，可完成對材料的強度、塑性、彈性及韌性的檢測。隨著(zhù)國際化的不斷深入，國內外材料試驗機的發(fā)展主要呈現出計算機化、數據處理全面化、控制精確化、全面化的特點(diǎn)。
當前萬(wàn)能材料試驗機測控系統的開(kāi)發(fā)具有一定的復雜性，要在盡可能小的空間中集成數據采集、處理，人機界面，串行通信等多個(gè)功能。傳統的單片機由于功能單一，往往無(wú)法滿(mǎn)足要求，或者即使可以實(shí)現，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(huì )遇到不小的困難。在裸機上直接開(kāi)發(fā)運行前后臺系統的開(kāi)發(fā)、維護和擴展都很困難，而且這樣的系統本質(zhì)上是一個(gè)程序超循環(huán)，根本無(wú)法保證測控系統的實(shí)時(shí)性要求。
萬(wàn)能材料試驗機測控系統不但要求系統能夠及時(shí)響應隨機發(fā)生的外部事件，對其進(jìn)行快速處理，還需要同時(shí)執行多個(gè)任務(wù)，并對每個(gè)任務(wù)實(shí)時(shí)響應。如果使用嵌入式系統技術(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(wèn)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(shí)操作系統μC／OS-Ⅱ的高精度萬(wàn)能材料試驗機測控系統的實(shí)現。

1 系統工作原理
試驗機利用控制器，先經(jīng)交流伺服單元控制電機運轉，再經(jīng)精密減速器減速后，通過(guò)反齒隙游移螺帽由電機帶動(dòng)雙螺旋絲杠副，驅動(dòng)動(dòng)橫梁上下移動(dòng)，從而實(shí)現對試樣的加載過(guò)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(shí)，由于試驗機的負荷傳感器與試樣失去平衡，電橋產(chǎn)生一個(gè)弱小的不平衡電壓輸出。該電壓在一定范圍內與作用力的大小呈線(xiàn)性正比例關(guān)系。然而試樣在負荷作用下引起的變形量則通過(guò)電子引伸計獲得。負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，送給控制器數據采集輸入端進(jìn)行數據處理，得到力和變形量值，同時(shí)繪制出力和變形等特征曲線(xiàn)。此外，動(dòng)橫梁的位移則通過(guò)安裝在電機轉軸上的光電編碼器數字測量獲得。