UCOS-II在基于C8051f060的壓裝監測設備數據采集系統應用

　　摘要：本文主要設計了一個(gè)用在壓裝監測設備上的嵌入式實(shí)時(shí)數據采集系統。該數據采集系統采用單片機C8051f060作為主控芯片，并在上面移植了UCOS-II實(shí)時(shí)操作系統。C8051f060集成了許多該采集系統的功能模塊，使得該系統外圍驅動(dòng)設備很簡(jiǎn)單，由于引入了UCOS-II實(shí)時(shí)操作系統，在程序的編寫(xiě)調試和功能模塊的擴展都得到大大簡(jiǎn)化。系統采用多任務(wù)并行的運行方式，使得采集和發(fā)送數據具有很好的實(shí)時(shí)性，從而保證整個(gè)壓裝監測設備能穩定地運行，并大大提高壓裝零件判斷的準確率。

　　引言

　　隨著(zhù)經(jīng)濟和社會(huì )的發(fā)展，我國的工業(yè)水平和信息技術(shù)水平也得到了飛速發(fā)展。其中工業(yè)中最為常見(jiàn)的零部件組裝和裝備壓裝監測設備也得到了不斷的改進(jìn)。壓裝的過(guò)程其實(shí)就是按規定的技術(shù)要求將零部件進(jìn)行組培和連接，使之成為半成品或者成品的工藝過(guò)程^[1]。如圖1所示，就是將兩個(gè)零部件進(jìn)行過(guò)盈無(wú)鍵組裝配合，使之牢固結合在一起。工業(yè)中很多機械設備都是通過(guò)這種壓裝方式組合到一起的，包括火車(chē)輪對、軸承、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機、變速器、底盤(pán)等關(guān)鍵部件^[2]。壓裝的質(zhì)量決定了以后產(chǎn)品的使用質(zhì)量和人民的生命財產(chǎn)都息息相關(guān)。我們知道壓裝質(zhì)量的評判標準，主要是根據壓裝過(guò)程中壓力和位移的變化曲線(xiàn)來(lái)確定的^[3]。而壓力位移曲線(xiàn)的獲取這就需要由良好的運行穩定的數據采集系統來(lái)提供?；诖?，本文提出一種基于UCOS-II的數據采集系統，在保證實(shí)時(shí)準確的數據的基礎上，使整個(gè)壓裝監測設備能準確地實(shí)時(shí)監測壓裝曲線(xiàn)^[4]，自動(dòng)判斷壓裝結果，并將結果進(jìn)行存儲和統計。

　　1 壓裝監測設備系統總述

　　如圖2所示，該壓裝監測系統主要由兩部分組成，第一部分是由主控芯片S3C2440構成核心控制和數據處理單元^[5];它實(shí)現壓力位移的數據曲線(xiàn)圖繪制、數據的分析處理、數據的存儲以及人機交互相關(guān)功能的實(shí)現^[6]。第二部分是由C8051f060作為控制單元的數據采集系統，主要的任務(wù)是數據實(shí)時(shí)采集、數據發(fā)送、指令的接收以及PLC控制。系統的大概工作流程如下：首先通過(guò)人機交互S3C2440發(fā)送指令給C8051f060，C8051f060處理指令之后通過(guò)PROFIBUS總線(xiàn)實(shí)現對PLC的開(kāi)始或停止等相關(guān)操作，當接收到開(kāi)始指令時(shí)，C8051f060會(huì )同時(shí)采集壓裝過(guò)程的位移和壓力數據，并將這些數據實(shí)時(shí)發(fā)送給S3C2440，最后S3C2440會(huì )對這些數據進(jìn)行曲線(xiàn)圖繪制、結果判定等操作。

　　2 壓裝數據采集系統

　　本文的重點(diǎn)是對壓裝設備的采集系統進(jìn)行論述。根據上面的系統總述，我們知道該數據采集系統必須達到以下方面的要求。第一，ADC的選擇，ADC必須是精度足夠高，由于同時(shí)采集壓力和位移數據，并且采集的數據量很大，所以必須選擇多通道的高速高精度AD轉換器^[7]。第二，數據傳輸能力，由于設備壓裝一次所需要的時(shí)間很短，為了保證采集之后的數據能迅速并實(shí)時(shí)地在A(yíng)RM上繪制并判斷，所以數據傳輸必須采用高速的傳輸協(xié)議。第三，I/O口的數量，由于該數據采集系統除了采集數據之外，它還得實(shí)現對PLC的控制，所以在除去其它包括存儲芯片I/O，采集I/O，數據傳輸I/O等I/O口之外，必須還得留有多余的I/O口對PLC進(jìn)去控制，所以I/O口數量要求比較多。

　　2.1 數據采集系統硬件設計

　　鑒于以上要求，我們選取C8051f060作為該數據采集系統的控制芯片^[8]。C8051f060是完全集成的混合信號片上系統型MCU，里面具有兩個(gè)16位精度1Msps最高轉換速度的AD轉換器，轉換數據直接存儲到RAM中，不需額外軟件開(kāi)銷(xiāo)，可同時(shí)使用的硬件SMBus，高速SPI及兩個(gè)UART串行端口，具有 59 個(gè)數字 I/O 引腳^[9]。其中串口和SPI口都可直接和ARM連接無(wú)需其它驅動(dòng)電路。傳感器方面，該系統采用壓力傳感器C9B，位移傳感器PY1，然后對其產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行濾波放大送到單片機的AD采集端。

　　2.2 數據采集系統軟件設計

　　由于該數據采集系統是以8為單片機為控制控制芯片，它得同時(shí)處理數據采集轉換、SPI數據傳輸、串口接收、PLC控制等多個(gè)任務(wù)^[10]。而且對于壓裝系統來(lái)說(shuō)，由于機器壓裝一次速度很快，并且所采集的數據量也很大，所采集及傳輸必須具有很高的實(shí)時(shí)性。如果用傳統的單片機編寫(xiě)程序模式，它的程序規模會(huì )很大，系統調試復雜，特別在這種需要運行多個(gè)并行任務(wù)的情況，就顯得有些力不從心，更主要的是系統的穩定性和實(shí)時(shí)性很難得到保障。