基于at91sam9261的嵌入式水晶磨削控制系统的研究与开发

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1、中文摘要摘要将嵌入式技术融入到数控系统中产生的嵌入式数控系统与传统数控相比，体积小、实时性好、适应性强，且成本较低，市场需求广泛，在工业控制领域发展前景广阔，是未来数字制造发展方向之一。目前水晶饰品加工行业普遍采用PLC和单片机作为生产设备控制系统，此类控制系统存在生产效率低、成本高及扩展性差等缺点。本课题针对此现状研究开发了一种基于ARM片上系统AT91SAM9261和lxC／OS．II实时操作系统的嵌入式水晶磨削数控系统。本文通过对水晶饰品成形原理的深入研究确立了其加工工艺流程，在此基础上建立了系统总体需求分析和总体设计方案，包括总体硬件设计和总体软

2、件设计两方面。系统选用基于ARM9体系架构的片上系统AT91SAM9261作为硬件开发平台，并围绕其阐述了系统总体硬件模块架构；软件平台采用了pC／OS．II嵌入式实时操作系统，整体软件架构采用分层设计，自下而上分为启动引导层、p,C／OS．II操作系统层以及应用程序层。本文对控制系统主要硬件模块电路进行了详细设计，包括电源电路、SDRAM和DataFlash存储器接口电路、键盘和LCD人机交互模块接口电路、步进输出电路、I／O开关量接口电路、JTAG调试接口和RS232通信串口电路。本文在深入研究步进电机工作原理的基础上建立了AT91SAM9261的步

3、进电机控制脉冲发生机制。深入分析比较了直线加减速曲线、指数型加减速曲线及七段S型加减速曲线运动控制算法的优劣之处，根据运动控制需求本系统选择了S型曲线作为理论控制算法。针对传统七段S型曲线存在的算法复杂难于实现等缺陷，本文将其算法改进为五段并研究了改进后的S型加减速曲线离散化处理过程及其算法的代码实现。同时，本系统设计研究了基于此改进后的S型曲线加减速的实时运动控制方案，能够针对由不同运动参数构成的各种实时运动环境选择相应的最佳运动路线。本文详细论述了控制系统软件开发平台的搭建过程并基于此平台开发了水晶磨削的控制应用程序。软件平台的搭建主要包括AT91S

4、AM9261启动引导程序的设计和pC／OS．II实时操作系统的移植配置；应用程序开发采用模块化设计，将控制系统划分为多个功能模块并通过设计相应的pC／OS．II任务来实现。最后，作为系统产品化的重要环节，本文介绍了系统的人机界面设计并对系统进行了调试改进，在保证系统可靠稳定运行的前提下进一步提高了产品质量。本课题研究开发的嵌入式水晶磨削控制系统实现了水晶饰品的生产加工控制，且成本低、效率高、柔性好，扩展方便，能够在各种运动条件下稳定运行，重庆大学硕士学位论文—————————————————————————————————————————————————

5、———————一显著改善了水晶饰品的加工生产现状，市场需求和应用前景广阔。关键词：AT91SAM9261，嵌入式数控系统，水晶磨削，“C／OS．II，运动控制IIABSTRACTTheembeddedNCsystemisthecombinationofNCsystemandembeddedtechnology．Withitssmallersize，beRerreal-timeperformance，morerobustadaptatlonandlowercost，theembeddedNCsystemhasalargemarketdemandandVas

6、tdevelopingprospectinindustrialcontrolfieldaswellasbecomesoneofthetendenciesforthefut_urenumericalmanufacturing．Atpresent，thecrystal-jewelrymanufacturerscommonlyadaptPLCormonolithicprocessorasthecontrolsystemwhichhasmanyd陷讪ackssuchaslowefficiency,highcostandpoorexpansibility．Aimi

7、ngatsolvingtheseissues．thissubjectresearchesanddevelopsanembeddedcrystalgrindingNCsystembasedontheARMchipAT91SAM9261and“C／OS·IIreal-timeoperatingsystem．Throughdelvingintotheprincipleofcrystaljewelryforming，thispaperdetell疵esthegrindingprocesstowhichtheoveralldemandanalysisandgene

8、ralschemerefer．Thegeneralschemeincludesh