基于HCS08的數控工作臺控制系統設計與建模
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UML[1]是一種可用于大型系統建模的統一建模語(yǔ)言, 它不僅支持面向對象的分析和設計, 還支持軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程,利用不同的模型來(lái)描述一個(gè)應用系統在不同生命周期中的各種靜態(tài)結構方面和動(dòng)態(tài)行為方面的特征, 為任何具有靜態(tài)結構和動(dòng)態(tài)行為的系統建模，同時(shí)提供模型擴展和管理等方面的支持。
本文針對數控工作臺的功能特點(diǎn)，以自主開(kāi)發(fā)的基于HCS08運動(dòng)控制系統為平臺，并以UML為工具，設計相應的軟件，滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要。
1 數控工作臺控制原理
工作臺運動(dòng)系統主要由手柄、載物臺等運動(dòng)機構組成。系統以Freescale HCS08型單片機為核心的運動(dòng)控制器作為下位機，通過(guò)控制伺服電機驅動(dòng)器來(lái)實(shí)現對載物臺上下、左右、前后運動(dòng)的控制，以PC作為上位機來(lái)實(shí)現調速、自動(dòng)校零、自動(dòng)找零、位置顯示等。
上下位機通過(guò)串口進(jìn)行數據傳輸。工作臺工作時(shí)，用戶(hù)將測量工件（如絲桿）放在載物臺上，通過(guò)操作手柄讓載物臺走到測量范圍內，通過(guò)手柄的高低速按鍵控制電機的高速或低速運動(dòng)，方便測量時(shí)的粗調和微調。
2 數控工作臺功能分析
本文的主要任務(wù)是根據用戶(hù)對系統功能需求進(jìn)行分析，通過(guò)對整個(gè)系統框架進(jìn)行構造和實(shí)現下位機軟件設計與建模。下位機是整個(gè)系統的中間層，主要功能是根據接收的數據和指令控制工作臺運動(dòng)。通過(guò)上位機界面可以設定各軸的速度和電機轉動(dòng)方向，以及實(shí)時(shí)位置顯示、零點(diǎn)位置顯示等，具體可為自動(dòng)找零、校零、手動(dòng)操作、伺服報警信號等。
對于下位機，參與者包括用戶(hù)、上位機、限位開(kāi)關(guān)、手柄、伺服電機。用戶(hù)除了可以通過(guò)上位機軟件顯示零點(diǎn)位置、實(shí)時(shí)位置之外，還可以通過(guò)調速界面調整伺服電機轉速和方向，故下位機的用戶(hù)用例為手柄控制。上位機和下位機的連接是系統的關(guān)鍵部分，是整個(gè)系統正常運轉的通道。伺服電機是動(dòng)作的執行者，根據下位機的指令進(jìn)行動(dòng)作，其用例主要是高低速度控制。限位開(kāi)關(guān)的用例主要包括I/O信號、限位、故障報警。
根據上面的用例分析，使用UML構造下位機的用例圖[6]，如圖1所示。
3 下位機軟件結構
3.1下位機軟件狀態(tài)模型
通過(guò)對數控工作臺下位機用例圖的分析可以將下位機軟件按狀態(tài)分為幾個(gè)模塊：自動(dòng)找零點(diǎn)狀態(tài)、手動(dòng)控制狀態(tài)、校零狀態(tài)、故障狀態(tài)等。采用UML狀態(tài)圖可以將參與交互的模塊及模塊之間的消息交互表示清楚，可以比較直觀(guān)、高效地建立軟件的狀態(tài)模型。建模如圖2所示。
系統進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)首先進(jìn)入自動(dòng)找零狀態(tài)。在自動(dòng)找零狀態(tài)下,下位機主程序讀取Flash存儲[3]的信息，對3個(gè)軸的電機按照先Z軸找零,再X軸、Y軸同時(shí)找零的順序發(fā)脈沖，使工作臺運動(dòng)到工作起點(diǎn)位置。
一旦自動(dòng)找零完成之后，系統狀態(tài)就會(huì )自動(dòng)轉移到手動(dòng)控制狀態(tài)中去。例如通過(guò)手柄控制讓電機走到某個(gè)位置，同時(shí)通過(guò)手柄上的高低速切換按鍵讓工作臺實(shí)現高或低速運動(dòng)。
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