工程機械中嵌入式控制器的應用研究

摘要：嵌入控制器依靠其小面積、高性能等優點而廣泛應用于多個領域，為工廠自動化、數控機床等方面發展提供了許多便捷。本文提出了一種嵌入式控制器應用于工程機械控制系統的方案，用S3C4480X芯片來代替處理器的位置，同時嵌入US-Ⅱ操作系統、PWM方式，通過對系統結構和控制器工作原理的研究來完成兩者的契合，設計硬軟件來完成工程機械控制系統功能的提升，加快工業自動化生產速度。

關鍵詞：控制系統；嵌入式控制器；機械；ARM

嵌入式控制器廣泛運用于工業生產、智能交通等領域，設備利用狹小的空間即可完成自動運行和控制工作。我們設計了一類以S3C44BOX芯片、UC/0S-Ⅱ操作系統為主要設備的工程機械控制系統，開啟了智能化工程機械的發展局面，為工業生產和機械操作提供了廣闊的平臺。

1、工程機械中控制系統的結構

運用于工程機械中的控制系統充分利用了自動控制、應用計算機、微電子等技術來完成性能提升。我們提出一類使用嵌入式控制器的設計方案，按照結構體系和模塊具體情況來設計結構，如圖1所示為控制系統的總體結構框圖。

我們使用ARM結構的處理器，只要借助外圍電路功能就能適用于不同行業，以ARM9系列、StrongARM為代表的處理器應用廣泛，通過和人機操作界面、無線遙控的聯系來完成多項控制。

2、控制器的工作原理

我們選取了ARM7系列的微處理器，利用其低功耗、高性能的優點來提升系統操作性，同時使用SAMSUNG公司推出的S3C4480X芯片，如圖2所示為控制器的工作原理圖。

型號為S3C44BOX的芯片運用于大型機械工程控制系統中具有諸多優勢，不僅節省了投入成本，還能提供適合機械控制的最大性能，它所集成的8KB Cache作用強大，通過12C控制器、串口、A/D轉換接口、看門狗定時器等模塊來完成指令執行任務，高性能靜態CMOS技術的嵌入降低了設備耗電量。

3、硬軟件設計

3.1 通信和調試接口

通信和調試接口涉及多種類型，以JTAG、RS-232C為主的接口實現了信息的互通。RS-232c接口廣泛用于系統硬軟件設計中，能處理加工過程中產生的數據信息，JTAG接口能完成在線編寫程序的工作，同時能操作系統交叉調試流程，而USB接口的任務是和移動設備完成對接，測量速度的工作則分配到PWM輸出電路中。芯片S3C44BOX中含有關于TTAG的信號，因此能配合JTAG調試器操作通信活動。

3.2 人機交互模塊

人機交互模塊利用控制方式指示、xY軸坐標值、參數值等來完成信息顯示工作，我們選擇了LCD液晶顯示器來實現圖像和文字的共同呈現，滿足可操作性和可理解性雙重要求，而液晶控制系統本身已經存在于S3C4480X芯片中，降低了針對外圍設備的設計難度，一般來說利用顯示器和控制信號線的連接作用即可，用戶通過鍵盤將信息輸入到顯示器中。

3.3 系統的A/D轉換電路

模擬傳感器會將工程機械的電壓、油量、溫度等參數實時、動態的傳輸給操作人員，而A/D轉換方式承擔著轉換信號的任務，將模擬信號轉換成系統可識別的數字信號，S3C44BOX芯片附帶TA/D轉換方式，能迅速采集關于阻尼式傳感器的信號，在傳輸過程中給予相應處理。通過放大電路、Vout引腳輸出來完成轉換工作，同時保持適宜的輸入電壓最大值。

3.4 電機驅動控制模塊

PWM在芯片中的嵌入使得脈沖寬度調制方式得到有效利用，而為了提高工程控制系統的可行性，我們利用兩個交流伺服電機來完成位置控制工作，在功能和電源模塊的引導下選擇具體配置，一般來說使用電壓為24V的蓄電池，滿足工程機械系統運行的要求，而芯片供應電壓一般為2.5V。

3.5 操作系統的移植

使用uC/OS-Ⅱ系統來完成軟件設計，移植到工程機械控制系統中，使得代碼滿足相關運行條件。首先使用#define來處理宏和常量值問題，使其和編譯器的數據類型形成契合，同時開始編寫系統函數，幫助處理器能按照函數流程執行任務。移植還應該滿足擁有相應數據硬件堆棧的要求，同時要讓進入、退出的臨界區代碼都符合c調的條件，此時ARM處理器內置的C編譯器能及時將有效的代碼輸入進去，定時中斷源的嵌入是為了完成硬件中斷的工作，這是和處理器之間達成的協議之一。

4、總結

嵌入式工程機械控制系統運用于許多行業，為了滿足工業生產和發展的要求，我們提出以S3C44BBOX芯片為控制器的設計方案，利用方便、簡潔的LCD顯示器來完成人機交互工作，電機控制利用PWM方式得以快速完成，