嵌入式杯突試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3．1 杯突值測(cè)量電路
沖頭壓入試樣的深度即試樣的杯突值是通過(guò)固定在沖頭上的光柵位移傳感器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)光柵尺)來(lái)測(cè)量的。光柵尺是一種利用光柵的光學(xué)原理工作的測(cè)量反饋裝置，其輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，具有測(cè)量范圍大、精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。
光柵尺信號(hào)的采集一般分為濾波整形、鑒相、倍頻、計(jì)數(shù)等幾個(gè)步驟。本系統(tǒng)將光柵尺輸出的相位相差90°的A，B正交編碼脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離、電平轉(zhuǎn)換及濾波整形后送入LS7266R1芯片，LS7266R1通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線將計(jì)數(shù)結(jié)果送給嵌入式微處理器進(jìn)行處理。
LS7266R1是美國(guó)LSI公司開(kāi)發(fā)的24位雙軸正交信號(hào)鑒相芯片，該芯片將倍頻、細(xì)分、鑒相、計(jì)數(shù)集成到一起，不僅具有良好的抗干擾能力和較高的測(cè)量精度，而且也大大簡(jiǎn)化了光柵尺傳感器接口電路的設(shè)計(jì)。芯片內(nèi)部含有2個(gè)正交信號(hào)鑒相模塊(X和Y)，每個(gè)正交信號(hào)鑒相模塊內(nèi)都包含了各自的寄存器，可以同時(shí)對(duì)兩組正交信號(hào)進(jìn)行處理，本系統(tǒng)中只需對(duì)一組正交信號(hào)進(jìn)行處理。另外，通過(guò)對(duì)LS7266R1的計(jì)數(shù)模式寄存器(CMR)的設(shè)置將計(jì)數(shù)模式設(shè)置為四倍頻正交模式以提高計(jì)數(shù)精度。
3．2 壓力測(cè)量電路
本系統(tǒng)采用中航第十一研究所的DaCY420壓力變送器來(lái)測(cè)量被測(cè)試樣的夾緊力和沖壓力值，兩個(gè)變送器的量程分別為0～2．5 MPa和0～10 MPa，輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號(hào)。S3C2440內(nèi)部集成的ADC只有10位的分辨率，轉(zhuǎn)換精度不足，為此本系統(tǒng)使用了TI(德州儀器)公司的4通道12位的ADS7842作為A／D轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器能在2 mW的功耗下以200kHz的采樣率同時(shí)進(jìn)行4通道信號(hào)采樣，本系統(tǒng)使用其中的兩個(gè)通道。由于壓力變送器輸出的是電流信號(hào)，需要轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)才能被ADS7842測(cè)量，此處使用電流轉(zhuǎn)電壓芯片RCV420將4～20 mA電流轉(zhuǎn)換為0～5 V電壓后接入ADS7842。ADS7842接口電路如圖2所示，GPG13用于通道選擇，低電平時(shí)選擇AIN0，高電平時(shí)選擇AIN1。BUSY作為轉(zhuǎn)換完成的標(biāo)志位，輸出高電平表示A／D轉(zhuǎn)換完成。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/148449.htm
3．3 電平轉(zhuǎn)換電路
本系統(tǒng)使用的LS7266R1和ADS7842工作電壓都是5 V，并且LS7266R1數(shù)字量輸出高電平為4．5～5 V，ADS7842數(shù)字量輸出高電平為3．5～5 V，二者都超過(guò)了S3C2440系統(tǒng)總線的工作電壓3．3 V，因此它們要和S3C2440進(jìn)行數(shù)據(jù)通信就必須完成電平轉(zhuǎn)換。
本系統(tǒng)采用74LVC16245A完成數(shù)據(jù)總線的電平轉(zhuǎn)換，使用74LVC4245A完成片選線以及讀寫(xiě)信號(hào)線的電平轉(zhuǎn)換。74LVC16245A是TI公司的一種16位雙向總線轉(zhuǎn)換器，能夠滿足3～5 V的數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入／輸出，轉(zhuǎn)換的方向可由方向控制引腳(DIR)控制。
74LVC4245A是一個(gè)8位雙電源供電的雙向收發(fā)器，本系統(tǒng)中芯片的VCCA端采用5 V供電，VCCB端采用3．3 V供電，將方向控制引腳(DIR)置為低電平，從而完成3．3～5 V的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換。
3．4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路
試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程是由微處理器通過(guò)6個(gè)開(kāi)關(guān)量來(lái)控制與試驗(yàn)機(jī)機(jī)械裝置相連的繼電器開(kāi)關(guān)通斷來(lái)完成的。這6個(gè)開(kāi)關(guān)量分別是：夾緊油泵工作；夾緊電機(jī)工作；沖壓電機(jī)工作；沖壓油泵工作；夾緊換向閥換向；沖壓換向閥換向。由于微處理器的GPIO口的輸出電壓遠(yuǎn)小于繼電器工作電壓，無(wú)法直接通過(guò)GPIO口驅(qū)動(dòng)繼電器，因此本系統(tǒng)增加了繼電器驅(qū)動(dòng)電路來(lái)完成電壓的轉(zhuǎn)換，并且使用光耦將輸入和輸出隔離，使輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件部分主要有底層驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)以及上層應(yīng)用程序，它們共同構(gòu)成了嵌入式杯突試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。其中選用2．6內(nèi)核的Linux作為操作系統(tǒng)，并根據(jù)開(kāi)發(fā)板的硬件情況和系統(tǒng)需求進(jìn)行了必要的裁剪以增強(qiáng)系統(tǒng)的專(zhuān)用性。下面主要介紹驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。
4．1 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)涉及的驅(qū)動(dòng)程序主要有：
(1)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)程序，主要包括LS7266R1芯片的初始化和數(shù)據(jù)讀取，LS7266R1芯片的初始化和數(shù)據(jù)讀取程序的流程如圖3和圖4所示。
評(píng)論