嵌入式電鐓智能控制設(shè)計(jì)

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

　　目前氣門的生產(chǎn)毛坯成型工藝主要有兩種：擠壓成型法和電熱鐓粗法。對(duì)比擠壓成型法，電熱鐓粗法投資少，節(jié)能高效，是國(guó)內(nèi)氣門毛坯的主要生產(chǎn)方式，如圖1所示為氣門棒料、氣門鐓件和氣門半成品。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(duì)其施加外力，當(dāng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2．1 電鐓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　電鐓機(jī)控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)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(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要采用以ARM7微處理器為核心的硬件平臺(tái)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　控制器根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)，通過(guò)總線驅(qū)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(shù)由傳感器讀取，經(jīng)過(guò)比較計(jì)算之后再經(jīng)總線輸出，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。自動(dòng)上下料機(jī)械手的控制使用光電隔離分隔電磁閥與核心板電信號(hào)，提高抗干擾能力；鐓粗過(guò)程中的狀態(tài)和參數(shù)分別通過(guò)信號(hào)指示燈和LCD屏監(jiān)控顯示；同時(shí)LCD觸摸屏還具有參數(shù)輸入和調(diào)試控制功能。

　　2．2 電鐓系統(tǒng)控制流程

　　電鐓工藝是根據(jù)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(dāng)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(jī)上，還設(shè)計(jì)有自動(dòng)上下料機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)電鐓過(guò)程的連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)。設(shè)計(jì)中，將電鐓控制過(guò)程分為：上料，預(yù)熱，上料復(fù)位，熱鐓，上料準(zhǔn)備，熱鐓結(jié)束，熱鐓復(fù)位，下料等過(guò)程。

　　在這些過(guò)程中，動(dòng)作之間的協(xié)調(diào)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(tǒng)，可以大大優(yōu)化工作過(guò)程中各動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合。μC／OS-II是一種可剝奪內(nèi)核的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，具有良好的實(shí)時(shí)性能和多任務(wù)功能，結(jié)構(gòu)小巧、執(zhí)行效率高、占用空間小。在μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)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(tǒng)，存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及提供硬件運(yùn)行平臺(tái)。在核心控制系統(tǒng)中主要是采用ARM微處理器作為主控制器，電鐓機(jī)的控制軟件和工藝參數(shù)文件保存在2MB的NorFlash中，控制程序在8MB的SDRAM中執(zhí)行。RS232通信接口用于PC機(jī)下載程序和反饋硬件平臺(tái)的調(diào)試信息。JTAG是微處理器配置的調(diào)試接口，可以使用仿真器通過(guò)JTAG接口對(duì)硬件平臺(tái)進(jìn)行仿真調(diào)試；同時(shí)，JTAG接口還可以實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)總線輸出壓力、速度、電壓等數(shù)據(jù)信號(hào)量，要經(jīng)過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器保證數(shù)據(jù)的傳輸無(wú)誤。AD輸入經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后直接輸入到處理器上。

　　2．4 基于μC／OS—II的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　嵌入式智能電鐓控制系統(tǒng)在ARM7內(nèi)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(tǒng)應(yīng)用程序。整個(gè)控制系統(tǒng)分為6個(gè)任務(wù)：上料，下料，鐓粗缸，砧子缸，變壓器，人機(jī)界面。各任務(wù)優(yōu)先級(jí)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(jī)界面24。任務(wù)間通過(guò)預(yù)先創(chuàng)建的信號(hào)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(hào)以中斷方式輸入。

　　人機(jī)界面在移植到S3C4480的μC／GUI基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)。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(qū)動(dòng)層9個(gè)函數(shù)。

　　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()；畫位圖；

　　LCD_L0_DrawHLine()；繪水平線；

　　LCD_L0_DrawVLine()；繪垂直線；

　　LCD_L0_FillRect()； 矩形填充框：

　　LCD_L0_XorPixel； 反轉(zhuǎn)一個(gè)像素點(diǎn)：

　　移植完成以后，就可以直接在μC／GUI應(yīng)用層上設(shè)計(jì)人機(jī)界面。通過(guò)其提供的窗口管理控件，為電鐓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了主界面、參數(shù)設(shè)置界面、調(diào)試界面等窗口。在各窗口下，根據(jù)功能設(shè)置的不同，分別創(chuàng)建了l～4個(gè)子窗口。重繪函數(shù)通過(guò)LCD觸摸屏或者時(shí)鐘信號(hào)激活，發(fā)送信號(hào)量后，由系統(tǒng)調(diào)度刷新LCD顯示屏。人機(jī)界面簡(jiǎn)單方便，操作設(shè)計(jì)人性化。