基于嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

1引言

    目前，嵌入式技術(shù)已成為通訊、控制和消費(fèi)類產(chǎn)品的發(fā)展方向，嵌入式系統(tǒng)i -:要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它的開發(fā)應(yīng)用已被列入國(guó)家重點(diǎn)科技發(fā)展計(jì)劃，以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)而得到口益)、一泛的應(yīng)用，已成為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的一種趨勢(shì)。

    運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)，是綜合應(yīng)用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)控制等相關(guān)技術(shù)，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置. l‘電機(jī)的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成相應(yīng)的動(dòng)作。嵌入式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器把計(jì)算機(jī)嵌入到運(yùn)動(dòng)控制器，1‘，能夠獨(dú)立運(yùn)行，它與計(jì)算機(jī)之間的通信采用了可靠的總線連接方式(采用針式連接器)，更加適合工業(yè)應(yīng)用。

    2系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

    嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器i -:要包括兩個(gè)部分:嵌入式CPU   I-:板和運(yùn)動(dòng)控制模塊。運(yùn)動(dòng)控制模塊可采用固高科技有限公司的高性能運(yùn)動(dòng)控制板卡，在高性能運(yùn)動(dòng)模塊的基礎(chǔ)上，對(duì)嵌入式處理器部分有嚴(yán)格的要求，例如: 對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的，1‘斷響應(yīng)時(shí)間;具有功能較強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能;可擴(kuò)展生長(zhǎng)的處理器結(jié)構(gòu)，能迅速地開發(fā)出滿足各種應(yīng)用性能的嵌入式微處理器;功耗很低
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 因此選用了ICOP-6070嵌入式i -:板作為系統(tǒng)核心，具體接口見圖1。除了核心控制模塊外，就是運(yùn)動(dòng)控制模塊，它是具體動(dòng)作的執(zhí)行者。嵌入式PC104  I-:機(jī)板通過(guò)插件直接插裝在運(yùn)動(dòng)控制卡上，運(yùn)控卡上有兩個(gè)DB62插座，連接到端子板上，再由端子板給出控制電機(jī)信號(hào)。由于運(yùn)動(dòng)控制器和計(jì)算機(jī)模塊之間分別采用插針式的連接.相互獨(dú)立.運(yùn)動(dòng)控制器和PC板都



3軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

    工業(yè)嵌入式系統(tǒng)的i -:要指標(biāo)是:實(shí)時(shí)性、高效率、安全穩(wěn)定性與可靠性以及結(jié)構(gòu)緊湊、易于剪裁、良好的開放性?？晒┣度胧綉?yīng)用的圖形操作系統(tǒng)有多種，比如Windows CE,PaIm OS等，而Palm OS一般只應(yīng)用在手持設(shè)備上。適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用(過(guò)程)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，目前有Windows CE和Linux等兒種。

    WinCE是微軟開發(fā)的多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，模塊化及可伸縮性、實(shí)時(shí)性能好，通信能力強(qiáng)大，支持很多種嵌入式 CPU(包括X86,arm等)。選擇Windows CE.net嵌入式操作系統(tǒng)，作為本嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的操作平臺(tái)，最I(lǐng)-:要考慮Windows操作簡(jiǎn)單實(shí)用，多任務(wù)的操作，功能的強(qiáng)大，性能的穩(wěn)定，最I(lǐng)-:要是Win-doves程序移植方便，熟悉Windows程序開發(fā)的人員，能夠迅速掌握Windows CE .net程序的開發(fā)，同時(shí)減少程序開發(fā)人員的難度。

    3.1操作系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

    為了能夠能在Windows CE .net操作系統(tǒng)，必須定制一個(gè)Windows CE .net操作系統(tǒng)平臺(tái)，平臺(tái)的生成可以使用Windows CE .net的工具Platform Builder 4.2 0其生成平臺(tái)I-:要步驟如下:

    (1)將Windows CE .net 4.2的操作平臺(tái)裝入PC機(jī)。

  (5)完成了嵌入式平臺(tái)的工程，可以將NK.bin下載到I-:板運(yùn)行，也以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載到嵌入式I-:板上運(yùn)行。[!--empirenews.page--]

    3.2嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)程序

    在使用運(yùn)動(dòng)控制器之前，必須先安裝運(yùn)動(dòng)控制器的驅(qū)動(dòng)程序，這樣才可以正確使用運(yùn)動(dòng)控制器，加入此驅(qū)動(dòng)程序的步驟如下:

    (1)將運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)程序文件GooGolDriver.dll拷貝到平臺(tái)的Release目錄下。

    (2)在平臺(tái)編輯環(huán)境，}‘打開工程，}‘ proj ect.reg文件，將如下文本內(nèi)容復(fù)制到此文件，}‘。
      [HKEY LOCAL,_MACHINEDriversBuiltInGooGolDriver


  (4)至此，嵌入式系統(tǒng)的SDI安裝完畢，eMbeddedVisual C++可以在此SDI的基礎(chǔ)下開發(fā)程序。

    本軟件最I(lǐng)-.要的功能通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)指令的調(diào)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)控制器的使用，滿足具體的應(yīng)用，1‘的控制過(guò)程。

    工業(yè)控制軟件是工控系統(tǒng)用于控制工業(yè)生產(chǎn)的軟件部分，其安全性和可靠性的要求是非常高了。本控制軟件除了具有工業(yè)控制軟件的基本特點(diǎn)之外，還需有具有以下特點(diǎn):系統(tǒng)軟件的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作特性;控制軟件實(shí)時(shí)性;控制軟件操作的實(shí)用性、簡(jiǎn)單性; 根據(jù)工業(yè)控制軟件特點(diǎn)，因此本軟件，}‘沒(méi)有豐富的圖形顯小界面，I-.要從功能實(shí)現(xiàn)、軟件穩(wěn)定性、控制的實(shí)時(shí)性、軟件操作簡(jiǎn)單上編寫。以能夠完好的達(dá)到功能演小為目的編寫此程序。

    在對(duì)嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器操作之前，先必須初始化嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器;為了更好的反應(yīng)當(dāng)前加工狀態(tài)，須要實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前加工機(jī)床的實(shí)際位置，根據(jù)此位置信息，把實(shí)際的加工情況用簡(jiǎn)單的三維圖形顯小出來(lái)。

    5小結(jié)

    傳統(tǒng)基于PC的運(yùn)動(dòng)控制器，采用軟件實(shí)現(xiàn)的控制方法，無(wú)論性能如何提高，也不能勝任越來(lái)越高的高速高精度要求。嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的研究是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，為了確保性能的穩(wěn)定和可靠性，必須對(duì)軟硬件的設(shè)計(jì)有一個(gè)全面地認(rèn)識(shí)。本文提出的PC 104設(shè)計(jì)方案解決了目前市場(chǎng)對(duì)嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的強(qiáng)大需求。本文的研究?jī)?nèi)容將對(duì)今后的研究工作起到一定的指導(dǎo)作用。

    6結(jié)束語(yǔ)

    本系統(tǒng)是固高科技有限公司目前在嵌入式運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域開發(fā)出的一套功能強(qiáng)、性能穩(wěn)定、體積小、價(jià)格低、適合工業(yè)控制的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，是在傳統(tǒng)PC-Based運(yùn)動(dòng)控制器基礎(chǔ)上的重要?jiǎng)?chuàng)新。本文的創(chuàng)新在于:目前對(duì)嵌入式控制器的應(yīng)用介紹得較多，沒(méi)能夠?qū)诵牡难邪l(fā)技術(shù)進(jìn)行研究;另外本文對(duì)嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)平臺(tái)Windows CE的研究，使得客戶現(xiàn)有的Windows下編譯的應(yīng)用軟件，可以很方便的移植到CE下使用，減少開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，快速見效益。