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基于单片机的金属零部件加工测控系统的设计与研究

摘要：本文对金属零部件加工的单片机测控技术的有关方面进

行了深入的研究，将arm单片机技术与金属零部件检测技术相结合

开展了相应的实践研究，提出了一套完整的软硬件解决方案。

关键词：零部件加工单片机测控技术

引言

金属零部件的加工在机械制造业中占有重要地位，通过对加工

工件或加工过程参数的测量，运用测量数据对加工过程进行控制，

可以很好地解决加工工件质量一致性和增效降本问题。机械加工过

程测控技术就是运用对工件或过程的测量数据，控制加工过程，以

保证加工过程的稳定和可靠。测控技术的应用已成为机械制造业中

金属加工提升产品品质，增效降本的有效途径[1]。

1金属零部件加工测控系统总体构成

金属零部件加工测控系统包括实现试验要求的机械台架、驱动

执行部件、各类传感器、下位机以及相关的计算机硬件系统，如图

1所示。

在零部件试验参数中，被加工的零部件转速、产生的应力、温

度、振动量、噪音等物理量都是测控系统的主要数据采集处理的对

象。金属零部件加工测控系统应能将试验数据以及分析结果以一定

的形式显示出来，以供测试者判断产品运行中的状态情况，或根据

输出数据及结果作进一步处理。

2加工测控系统的硬件设计

本系统的硬件结构大致可划分为三部分：上位机数据处理及显

示部分、下位机信号调理、数据采集部分、上下位机之间的通讯部

分。上位机为普通的计算机，它通过usb接口与下位机相连。下位

机则是以arm为核心器件的数据采集卡。通讯部分则为通用串行总

线（usb）接口。下位机测试设备从功能角度可以分为六个模块：

主控模块、信号采集模块、输出执行单元、人机交互单元、通讯模

块等组成[2]。金属零部件加工测控系统硬件结构如图2所示。

数据采集卡是试验系统中的关键部分，它是连接传感器与计算

机的桥梁，是信号调理的关键部分，它决定了采集信号是否能够完

整再现汽车零部件在试验中的实际状态，是获取正确试验结果的基

础。我们采用上下位机模式的测控系统，即数据采集卡在pc机外

部，通过标准通信端口usb与pc机相联。采用这种方案不仅避免

了pc机内部的噪声，而且具有体积小、控制简单、接口方便、实

时性好、抗干扰能力强等诸多优势[3]。

主控模块是该下位机部分的核心，主要负责测试现场信号的采

集、调理，进行简单的分析与处理，同时能接收上位机发出的控制

信号，进行智能控制，实现人机接口，以及实现lcd显示工况进程

等。主控芯片采用三星公司arm内核芯片s3c2440，arm微处理

器是32位嵌入式risc微处理器，低功耗、高性能、低成本。该控

制器还具有强大的信号处理功能，能够实现程序控制等多种复杂的

控制功能。

输出控制模块即系统的输出控制信号装置，包括开关量控制信

号和模拟量控制信号，开关量控制信号需要光电隔离及电平转换，

而模拟量控制信号则需d/a转换、隔离放大、功率驱动等处理。

人机接口模块负责各种工作参数的输入，以及设置运行状态的

切换。

显示模块负责当前设置和工作状态的显示。

通讯模块是上位机与下位机联系的一个桥梁，它通过usb把下

位机采集到的数据传输到pc机上，并传输来自上位机的控制信号。

3加工测控系统的软件设计

金属零部件加工测控系统软件主要包括两部分，一部分是上位

机软件的编写，另一部分是下位机软件的编写。

3.1pc机操作系统的选择

基于金属零部件加工测控系统要求实时处理数据的功能，

windowsxp所具有的基于消息驱动、基于抢占式的多任务内核，可

固化、可剪裁、具有高稳定性和可靠性、多线程等特点，能够保证

系统在任务不堪重载的情况下具有较好的实时性，完全能够满足测

控系统的实时性要求。

3.2下位机软件的选择

c语言是一门比较常用的、灵活的中级语言，即可以对硬件进行

很好的操作，同时又具有很高的编程灵活性和可移植性，下位机软

件主要是初始化arm单片机及其外围资源，实现硬件电路的驱动程

序的编写（如usb、键盘、lcd、数据采集等），最终为应用程序层

提供一个良好的、透明的硬件层接口，方便应用程序的调用[4]。

4结论

本文对金属零部件加工的单片机测控技术的有关方面进行了深

入的研究，将arm单片机技术与金属零部件检测技术相结合开展了

相应的实践研究，通过研