嵌入式電鐓智能控制設計

　　氣門(mén)是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的重要零部件，是控制氣缸吸入混合氣或排出廢氣的閥門(mén)，形狀呈菌形、平項，頭部外緣做成圓錐面與氣門(mén)座相配合。氣門(mén)質(zhì)量的好壞直接影響著(zhù)發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力和油耗。隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展，對氣門(mén)品種和數量的需求愈來(lái)愈多，同時(shí)對質(zhì)量要求也越來(lái)越高。

　　目前氣門(mén)的生產(chǎn)毛坯成型工藝主要有兩種：擠壓成型法和電熱鐓粗法。對比擠壓成型法，電熱鐓粗法投資少，節能高效，是國內氣門(mén)毛坯的主要生產(chǎn)方式，如圖1所示為氣門(mén)棒料、氣門(mén)鐓件和氣門(mén)半成品。電熱鐓粗工藝是利用工件本身的電阻，在通以低電壓大電流同時(shí)對其施加外力，當工件被加熱到塑性變形溫度時(shí)逐漸被鐓粗的過(guò)程。

　　2 嵌入式智能電鐓控制系統的設計

　　2．1 電鐓控制系統結構

　　電鐓機控制系統主要是實(shí)現電熱鐓粗工作過(guò)程中電流、壓力和上下料的控制。嵌入式智能電鐓機控制系統的硬件設計主要采用以ARM7微處理器為核心的硬件平臺，系統結構如圖2所示。

　　控制器根據預設參數，通過(guò)總線(xiàn)驅動(dòng)D／A控制鐓粗頂鍛壓力、鐓粗電流、砧子回退的速度。位移和溫度等參數由傳感器讀取，經(jīng)過(guò)比較計算之后再經(jīng)總線(xiàn)輸出，實(shí)現閉環(huán)控制。自動(dòng)上下料機械手的控制使用光電隔離分隔電磁閥與核心板電信號，提高抗干擾能力；鐓粗過(guò)程中的狀態(tài)和參數分別通過(guò)信號指示燈和LCD屏監控顯示；同時(shí)LCD觸摸屏還具有參數輸入和調試控制功能。

　　2．2 電鐓系統控制流程

　　電鐓工藝是根據朔性力學(xué)和傳熱學(xué)原理，利用工件本身的電阻，通過(guò)控制加載在工件上的電流和壓力，使工件通電發(fā)熱，當工件被加熱到塑性變形溫度時(shí)逐漸被鐓粗成型。在嵌入式智能電鐓機上，還設計有自動(dòng)上下料機械手，實(shí)現電鐓過(guò)程的連續自動(dòng)生產(chǎn)。設計中，將電鐓控制過(guò)程分為：上料，預熱，上料復位，熱鐓，上料準備，熱鐓結束，熱鐓復位，下料等過(guò)程。

　　在這些過(guò)程中，動(dòng)作之間的協(xié)調配合不但可以提高生產(chǎn)效率，而且還可以提高加工質(zhì)量。采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，可以大大優(yōu)化工作過(guò)程中各動(dòng)作的協(xié)調配合。μC／OS-II是一種可剝奪內核的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，具有良好的實(shí)時(shí)性能和多任務(wù)功能，結構小巧、執行效率高、占用空間小。在μC／OS-Ⅱ操作系統上，將控制流程中的一些加工步驟并行觸發(fā)，使加工流程更加緊湊高效，有助于提高電鐓生產(chǎn)效率。

　　2．3 核心控制電路

　　核心控制電路是嵌入式硬件的最小系統，存儲操作系統、應用軟件及提供硬件運行平臺。在核心控制系統中主要是采用ARM微處理器作為主控制器，電鐓機的控制軟件和工藝參數文件保存在2MB的NorFlash中，控制程序在8MB的SDRAM中執行。RS232通信接口用于PC機下載程序和反饋硬件平臺的調試信息。JTAG是微處理器配置的調試接口，可以使用仿真器通過(guò)JTAG接口對硬件平臺進(jìn)行仿真調試；同時(shí)，JTAG接口還可以實(shí)現Nor Flash程序固化功能。微處理器芯片已經(jīng)提供了LCD控制器，因此不需要外接控制器，使用方便。數據總線(xiàn)輸出壓力、速度、電壓等數據信號量，要經(jīng)過(guò)總線(xiàn)驅動(dòng)器保證數據的傳輸無(wú)誤。AD輸入經(jīng)電平轉換后直接輸入到處理器上。

　　2．4 基于μC／OS—II的控制系統設計

　　嵌入式智能電鐓控制系統在ARM7內核的S3C4480微處理器上移植了μC／OS-II，并開(kāi)發(fā)了電鐓控制系統應用程序。整個(gè)控制系統分為6個(gè)任務(wù)：上料，下料，鐓粗缸，砧子缸，變壓器，人機界面。各任務(wù)優(yōu)先級從高到低如下分配：砧子缸8，鐓粗缸12，變壓器14，上料16，下料20，人機界面24。任務(wù)間通過(guò)預先創(chuàng )建的信號量進(jìn)行任務(wù)切換。為了保證控制位移的實(shí)時(shí)采集，位移傳感器信號以中斷方式輸入。

　　人機界面在移植到S3C4480的μC／GUI基礎上設計。由于S3C4480有LCD控制器，所以在移植μC／GUI時(shí)，只需要移植μC／GUI驅動(dòng)層9個(gè)函數。

　　LCD_L0_Init()； 初始化顯示屏并清屏；

　　LCD_L0_Rinit()； 重新初始化顯示屏，不清屏；

　　LCD_L0_Off()； 關(guān)閉LCD；

　　LCD_L0_On()； 開(kāi)啟LCD；

　　LCD_L0_DrawBitmap()；畫(huà)位圖；

　　LCD_L0_DrawHLine()；繪水平線(xiàn)；

　　LCD_L0_DrawVLine()；繪垂直線(xiàn)；

　　LCD_L0_FillRect()； 矩形填充框：

　　LCD_L0_XorPixel； 反轉一個(gè)像素點(diǎn)：

　　移植完成以后，就可以直接在μC／GUI應用層上設計人機界面。通過(guò)其提供的窗口管理控件，為電鐓控制系統設計了主界面、參數設置界面、調試界面等窗口。在各窗口下，根據功能設置的不同，分別創(chuàng )建了l～4個(gè)子窗口。重繪函數通過(guò)LCD觸摸屏或者時(shí)鐘信號激活，發(fā)送信號量后，由系統調度刷新LCD顯示屏。人機界面簡(jiǎn)單方便，操作設計人性化。