UCOS-II在基于C8051f060的壓裝監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用

　　摘要：本文主要設(shè)計(jì)了一個(gè)用在壓裝監(jiān)測設(shè)備上的嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用單片機(jī)C8051f060作為主控芯片，并在上面移植了UCOS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。C8051f060集成了許多該采集系統(tǒng)的功能模塊，使得該系統(tǒng)外圍驅(qū)動設(shè)備很簡單，由于引入了UCOS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在程序的編寫調(diào)試和功能模塊的擴(kuò)展都得到大大簡化。系統(tǒng)采用多任務(wù)并行的運(yùn)行方式，使得采集和發(fā)送數(shù)據(jù)具有很好的實(shí)時(shí)性，從而保證整個(gè)壓裝監(jiān)測設(shè)備能穩(wěn)定地運(yùn)行，并大大提高壓裝零件判斷的準(zhǔn)確率。

　　引言

　　隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(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)中最為常見的零部件組裝和裝備壓裝監(jiān)測設(shè)備也得到了不斷的改進(jìn)。壓裝的過程其實(shí)就是按規(guī)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程^[1]。如圖1所示，就是將兩個(gè)零部件進(jìn)行過盈無鍵組裝配合，使之牢固結(jié)合在一起。工業(yè)中很多機(jī)械設(shè)備都是通過這種壓裝方式組合到一起的，包括火車輪對、軸承、汽車發(fā)動機(jī)、變速器、底盤等關(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(cái)產(chǎn)都息息相關(guān)。我們知道壓裝質(zhì)量的評判標(biāo)準(zhǔn)，主要是根據(jù)壓裝過程中壓力和位移的變化曲線來確定的^[3]。而壓力位移曲線的獲取這就需要由良好的運(yùn)行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來提供?；诖耍疚奶岢鲆环N基于UCOS-II的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在保證實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使整個(gè)壓裝監(jiān)測設(shè)備能準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)監(jiān)測壓裝曲線^[4]，自動判斷壓裝結(jié)果，并將結(jié)果進(jìn)行存儲和統(tǒng)計(jì)。

　　1 壓裝監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)總述

　　如圖2所示，該壓裝監(jiān)測系統(tǒng)主要由兩部分組成，第一部分是由主控芯片S3C2440構(gòu)成核心控制和數(shù)據(jù)處理單元^[5];它實(shí)現(xiàn)壓力位移的數(shù)據(jù)曲線圖繪制、數(shù)據(jù)的分析處理、數(shù)據(jù)的存儲以及人機(jī)交互相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)^[6]。第二部分是由C8051f060作為控制單元的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要的任務(wù)是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送、指令的接收以及PLC控制。系統(tǒng)的大概工作流程如下：首先通過人機(jī)交互S3C2440發(fā)送指令給C8051f060，C8051f060處理指令之后通過PROFIBUS總線實(shí)現(xiàn)對PLC的開始或停止等相關(guān)操作，當(dāng)接收到開始指令時(shí)，C8051f060會同時(shí)采集壓裝過程的位移和壓力數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給S3C2440，最后S3C2440會對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線圖繪制、結(jié)果判定等操作。

　　2 壓裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　本文的重點(diǎn)是對壓裝設(shè)備的采集系統(tǒng)進(jìn)行論述。根據(jù)上面的系統(tǒng)總述，我們知道該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須達(dá)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(shù)據(jù)，并且采集的數(shù)據(jù)量很大，所以必須選擇多通道的高速高精度AD轉(zhuǎn)換器^[7]。第二，數(shù)據(jù)傳輸能力，由于設(shè)備壓裝一次所需要的時(shí)間很短，為了保證采集之后的數(shù)據(jù)能迅速并實(shí)時(shí)地在ARM上繪制并判斷，所以數(shù)據(jù)傳輸必須采用高速的傳輸協(xié)議。第三，I/O口的數(shù)量，由于該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)除了采集數(shù)據(jù)之外，它還得實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)量要求比較多。

　　2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　鑒于以上要求，我們選取C8051f060作為該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制芯片^[8]。C8051f060是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，里面具有兩個(gè)16位精度1Msps最高轉(zhuǎn)換速度的AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)直接存儲到RAM中，不需額外軟件開銷，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(shù)字 I/O 引腳^[9]。其中串口和SPI口都可直接和ARM連接無需其它驅(qū)動電路。傳感器方面，該系統(tǒng)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(jī)的AD采集端。

　　2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　由于該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以8為單片機(jī)為控制控制芯片，它得同時(shí)處理數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換、SPI數(shù)據(jù)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(tǒng)來說，由于機(jī)器壓裝一次速度很快，并且所采集的數(shù)據(jù)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(tǒng)的單片機(jī)編寫程序模式，它的程序規(guī)模會很大，系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜，特別在這種需要運(yùn)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(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性很難得到保障。