基于SEP3203拉力試驗機嵌入式測控系統(tǒng)設計

摘要：針對材料試驗機測控系統(tǒng)要求精度高，實時性好的特性，提出一種基于32位的ARM微處理器SEP3203和實時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的電子萬能試驗機測控系統(tǒng)開發(fā)方案。其中，觸摸屏與LCD合為一體，采用AC97+UCB1400的工作方式來完成圖形用戶界面的設計；利用24位的CS5530芯片來完成數(shù)據(jù)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(tǒng)，完成軟件的結構化設計，通過移植μC／GUI，實現(xiàn)控制器的人機接口功能。
關鍵詞：萬能試驗機；ARM微處理器；μC／OS-Ⅱ；CS5530；SEP3203

0 引言
萬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。隨著國際化的不斷深入，國內外材料試驗機的發(fā)展主要呈現(xiàn)出計算機化、數(shù)據(jù)處理全面化、控制精確化、全面化的特點。
當前萬能材料試驗機測控系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的復雜性，要在盡可能小的空間中集成數(shù)據(jù)采集、處理，人機界面，串行通信等多個功能。傳統(tǒng)的單片機由于功能單一，往往無法滿足要求，或者即使可以實現(xiàn)，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，都會遇到不小的困難。在裸機上直接開發(fā)運行前后臺系統(tǒng)的開發(fā)、維護和擴展都很困難，而且這樣的系統(tǒng)本質上是一個程序超循環(huán)，根本無法保證測控系統(tǒng)的實時性要求。
萬能材料試驗機測控系統(tǒng)不但要求系統(tǒng)能夠及時響應隨機發(fā)生的外部事件，對其進行快速處理，還需要同時執(zhí)行多個任務，并對每個任務實時響應。如果使用嵌入式系統(tǒng)技術，則可以使用單片嵌入式CPU，集成多種功能，逐步解決存在的問題。
本文就是基于這樣的背景，提出一種基于SEP3203處理器和實時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的高精度萬能材料試驗機測控系統(tǒng)的實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)工作原理
試驗機利用控制器，先經交流伺服單元控制電機運轉，再經精密減速器減速后，通過反齒隙游移螺帽由電機帶動雙螺旋絲杠副，驅動動橫梁上下移動，從而實現(xiàn)對試樣的加載過程，完成試樣的拉伸、壓縮等力學性能試驗。它的工作原理如圖1所示。在做拉力試驗或者其他試驗時，由于試驗機的負荷傳感器與試樣失去平衡，電橋產生一個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性正比例關系。然而試樣在負荷作用下引起的變形量則通過電子引伸計獲得。負荷傳感器和電子引伸計輸出的小信號都經測量單元放大處理后，送給控制器數(shù)據(jù)采集輸入端進行數(shù)據(jù)處理，得到力和變形量值，同時繪制出力和變形等特征曲線。此外，動橫梁的位移則通過安裝在電機轉軸上的光電編碼器數(shù)字測量獲得。