基于LM3S9B96嵌入式平臺的車間信息化智能終端設(shè)計

【摘要】早期的DNC技術(shù)主要用于解決通訊問題，隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的提升，對網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在對生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)的采集。本文設(shè)計了用于生產(chǎn)現(xiàn)場的智能終端，用于解決生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。首先選取了系統(tǒng)的硬件平臺，完成了系統(tǒng)的硬件架構(gòu)設(shè)計；隨后對系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)報文格式做出了嚴(yán)格定義；最后完成了系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計，并實現(xiàn)了數(shù)控程序傳輸模塊和模擬數(shù)據(jù)采集模塊。

【關(guān)鍵詞】DNCLM3S9B96智能終端通信協(xié)議

近年來網(wǎng)絡(luò)DNC技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用和推廣，大幅度的提升了工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平。早期的DNC技術(shù)主要用于解決通訊問題，實現(xiàn)計算機和機床之間加工程序、機床參數(shù)及刀具參數(shù)的雙向傳輸，也同時實現(xiàn)了程序的集中管理。但現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理，需要管理者及時正確把握生產(chǎn)動態(tài)，實時掌握現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況（主要包括機床歷史操作信息、歷史加工信息、報警信息和機床實時狀態(tài)數(shù)據(jù)等），合理安排生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，推進企業(yè)的生產(chǎn)信息化和管理的人性化，這些新需求都體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)DNC中的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)和統(tǒng)計分析系統(tǒng)中，本文設(shè)計的車間信息化智能終端就用于車間現(xiàn)場的監(jiān)控系統(tǒng)中[1][5][6]。

一、硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件平臺選取德州儀器（TI）公司基于Cortex-M3的LM3S9B96微控制器。本系統(tǒng)中，處理器的三個串口，分別與數(shù)控機床、刷卡機和掃描儀通信；以太網(wǎng)接口與服務(wù)器通信；flash用于臨時存取從服務(wù)器下載的數(shù)控程序；若智能終端與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)故障，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)臨時存于SD卡，智能終端的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示[2]：

二、軟件設(shè)計

智能終端的程序包括bootloader程序、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序三個部分。

本系統(tǒng)中采用的是uC/OS-II操作系統(tǒng)，系統(tǒng)加載后，程序的執(zhí)行過程為：程序啟動，讀取系統(tǒng)配置文件，定義數(shù)據(jù)的出入口地址，為數(shù)據(jù)分配堆棧和內(nèi)存，設(shè)置中段向量地址和初始控制字，完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的加載，初始化IO設(shè)備及看門狗，啟動看門狗電路，讀取校時采樣時鐘，設(shè)置通信使能通道。

智能終端應(yīng)用程序，主要完成數(shù)控程序的雙向傳輸、機床工作狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測和傳輸、智能終端錄入信息的傳輸，其數(shù)據(jù)流如圖2所示。智能終端在同一時間內(nèi)需要完成多個任務(wù)，多任務(wù)的調(diào)度采用優(yōu)先級的方式，與機床通信相關(guān)的任務(wù)優(yōu)先級高，其次為人機交互任務(wù)，最低為機床工作狀態(tài)信息采集[4]。

數(shù)控程序傳輸設(shè)計原理是，由數(shù)控機床向智能終端發(fā)送預(yù)先定義的專用程序，也就是“偽”數(shù)控程序，智能終端在接收到這個“偽”數(shù)控程序后，根據(jù)預(yù)先定義的規(guī)則，分析收到的程序，從而判斷數(shù)控機床的目的，自動啟動各種操作。其數(shù)據(jù)處理流程框圖如圖3所示[3]。

LM3S9B96芯片提供了16路ADC，該模塊含有一個可編程的序列發(fā)生器，它在無需控制器干涉的情況下對多個模擬輸入源進行采樣，每個采樣序列均可由軟件配置輸入源、觸發(fā)事件、中斷的產(chǎn)生和序列優(yōu)先級。在本系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流傳感器、電壓傳感器模擬量信號各占一個輸入通道，每個通道各采集1000個點取均值進行數(shù)據(jù)存儲，模擬量數(shù)據(jù)采集流程如圖4所示[4]。

三、總結(jié)

針對網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文設(shè)計了一個用于生產(chǎn)現(xiàn)場的智能終端，它主要用于解決數(shù)控程序的傳輸、機床工作狀態(tài)監(jiān)控及實時數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)信息的錄入。本文完成了系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)設(shè)計，對通信報文做出了嚴(yán)格的約定和定義，并實現(xiàn)了數(shù)控程序傳輸模塊和模擬數(shù)據(jù)采集模塊。

參考文獻(xiàn)

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