嵌入式系统控制设计思想在材料试验机中的应用

    本文研究重点阐述和讨论了如何将嵌入式系统设计思想应用到材料试验机中，以发挥其多方面的优势。

    1 嵌入式系统控制在电子蠕变及持久强度试验机中的应用

    电子蠕变及持久强度试验机是测定金属材料电子特性的重要设备，广泛应用于电子、运输、冶金、化工及能源开发、新型材料、国防科技、科研院所等国民经济的各个领域和部门。 本系统由 N 台蠕变及持久强度试验机，N 台 MR13 温度控制仪表，1 台实时监测机（研华 IPC610 工业控制机，配置研华 PCL－818LS数据采集卡），1 台数据处理机（联想天麟 3210 计算机，配置 1台佳能喷墨打印机）以及相应的软件系统组成。其中 MR13 温度控制仪完成对温度的控制及采集； 实时监测机完成对 MR13 的参数设定、试验数据的实时采集、监测及存贮；数据处理机完成对试验数据的分析与处理。 实时监测机与数据处理机之间用以太网连接，与 MR13 之间用 RS－485 连接，整个系统组成情况如图 1 所示。

    系统主要实现蠕变及持久强度试验机温度、 蠕变量的自动测量与采集，对每台试验机制数据进行实时显示、报警，并按一定的时间间隔进行存贮。 但是， 这样的实际方案有一些不足之处：①系统总体控制效率低。 本系统的开发涉及到数据采集与通讯、数据库管理、图形绘制、网络等技术，用 PLC 实现降低了其他部分的响应性能。 ②硬件设计复杂。 控制、驱动电路一体化设计，增加了设计难度，也不利于信号间的抗干扰隔离。 ③系统可靠性较低。 该系统需要在较恶劣的工作环境下运行，必须考虑并解决好系统的抗干扰性问题。④不利于扩展改进。这样的谁及一旦成形，如需进行三维运动控制时，即需要在此基础上再添加另外一些电路控制功能， 将导致大部分的硬件及软件工作都需要重新开始。 综上所述，这样的设计方案不符合现代工业控制用户对速度、 可靠性及可扩展性等的要求， 不利于通过对系统中的软、硬件的重用来加快创新开发过程。

    应用嵌入式控制系统设计方法， 实现电子蠕变材料试验机的蠕变及持久力性能测定。

    嵌入式控制系统主要完成的工作是通过控制机电伺服及传感器电测，驱动电机的正转、反转、停止、减速、加速来控制拉伸力大小，并保持恒定。 嵌入式控制系统实现的主要功能与技术指标如下：

    1）控制系统的硬件系统以 ARM 内核处理器为核心，通过增加存储器接口、I／O 接口、人机交互接口、网络接口、其它通讯接口等 开 发 控 制 器 的 硬 件 电 路 板 。 硬 件 电 路 板 设 计 采 用 基 于ARM7TDMI 内核的高性能 32 位 RISC 结构的 AT91M40800 微处理器，该处理器具有高性能、低功耗、低成本、低开发难度等一系列优点，可满足一般测控系统的各种需求，功能简单易用。 电路板采用双面板形式可形成稳定的硬件设计， 可大大降低开发成本。 板上将处理器的所有引脚引出，可以根据各种试验机的实际需求灵活地裁减或扩展各种接口。 板上集成一定数量的 SRAM，保证用户代码可以获得最高的性能。一定数量 Flash ROM 用来满足试验数据存储的需求。 板上预留了 JTAG 端口，通过 Aba-tron 公司的 BDI 在线仿真器和 IAR 公司的集成开发环境 Em-bedded Workbench for ARM 可以实现各种程序的在线调试。 板上提供 2 个串口以完成通信功能，板上还提供 A／D、D／A变换器及开关量接口，满足测控系统的需求。 板上还扩展 10 M以太网接口。 为控制器提供了网络化的硬件基础。 此外，板上还集成液晶及行列式键盘接口， 可以很方便地为嵌入式应用系统提供友好的用户交互方式。