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1、第27卷第6期杭州电子科技大学学报Vol.27,No.62007年12月JournalofHangzhouDianziUniversityDec.2007基于实时嵌入式操作系统的测功机系统的开发吴新华,曾虹,张翔(杭州电子科技大学计算机应用技术研究所,浙江杭州310018)摘要:基于实时嵌入式操作系统CLINUX结合CYPRESS公司最新的8位微控制器设计开发了测功机数字控制系统。采用了较为先进的计算机测控技术,以软件方法代替以往需要复杂硬件电路才能实现的功能,能够对测功机的各项参数的实时检测。介绍了该系统的硬件总体结构设计,以及实时多任务软件程序设计。关键词:
2、测功机;数据采集;单片机;信号处理中图分类号:TP274+.2文献标识码:A文章编号:1001-9146(2007)06-0059-050引言[1]测功机是用于测量各种动力机械的测试设备,通过对电压、电流、转矩、转速、功率因数和传输效率等的测量与计算,检测动力机械性能的各项指标。在国外,各行业已经基本实现了对测功机的自动控[2]制,并取得了良好的经济效益。国内起步较晚,但近年来也在测功机的智能控制方面取得了不少成绩。传统的模拟控制器在实时性、可扩展性、人机交互和智能化等方面存在局限性,较难保证系统的可靠运行,不能很好满足工业自动化控制不断发展的要求。集微处理器技术
3、、智能控制于一体的数字控制器在工业控制领域已成为发展主流。本文主要介绍了基于实时嵌入式操作系统结合PSOC单片机的测功机系统软硬件体系结构的设计开发。1系统简介1.1原理介绍测功机是根据作用力与反作用力平衡原理设计的。当被测电机带着测功机的转子一起旋转时,会给测功机加入直流励磁电压,测功机转子旋转且切割磁力线产生电枢电流,电枢电流和磁通相互作用产生制动扭矩,同时测功机定子受到一个相反方向的扭矩作用,在测功机传感器轴上产生压应力,将电阻应变片粘贴在传感器轴产生最大压应力的方向上,再将应变片接入一定的桥式电路,就能将压应力的变化转化为电压信号,从而测量出扭矩的大小。收稿日期:2007
4、-06-18基金项目:浙江省科技厅重点项目(D50001)作者简介:吴新华(1975-),男,江西莲花人,在读研究生,计算机应用.60杭州电子科技大学学报2007年电机转速的测量使用光电式转速传感器。在电机轴上装一个边缘有N个均匀分布锯齿的圆盘,使光线投射到光敏管上。当电机转动一周,就得到N个脉冲信号,测量脉冲信号的频率或周期,就可得到电机的转速。利用单片机和光电式传感器相配合,使得电机转速的测量简便、抗干扰能力强。1.2系统模块划分测功机系统根据不同分工可以划分为3个模块,分别是上位机数据处理模块、USB数据通信模块和下位机数据
5、采集模块,如图1所示。上位机负责人机交互,根据用户命令以执行相应的操作,并对下位机采集得到的数据进行分析、处理、显示;USB模块负责上位机和下位机的数据交换;下位机数据采集模块负责对被测对象进行信号调理和模数转换,并将采集好的数据通过USB接口上传到上位机。2系统的硬件设计2.1上位机硬件体系结构[3]上位机采用ARM9+CLinux模式,32位ARM嵌入式处理器具有高性能、低功耗的特性,已被广泛应用于消费电子产品、无线通信和网络通信等领域。CLinux是专门为无内存管理单元的处理器设计的嵌入式操作系统,支持ARM、Motorola等微处理器。本系统上图1测功机系统的层次结
6、构位机模块采用了ARM9系列嵌入式CPU芯片S3C2440A,主频为400MHz,它带有64MBNandFlash、64MBSDRAM等主要芯片和一些外围扩展电器,两个USBHOST接口,上位机正是通过USB接口和下位机进行通迅(数据采集和程序控制等)。上位机硬件组成如图2所示。图2上位机硬件框图2.2下位机硬件体系结构下位机硬件以CY8C24794处理器芯片为核心。CY8C24794使用了强大的4MIPS的8位哈佛结构的微处理器内核,处理器的主频高达24MHz,同时片上还集成了许多标准模块,包括兼容USB2.0的USB通信模块、异步串行通信模块UART、8~32位定时器、14位
7、A/D转换模块和9位D/A转换模块、脉宽调制模块;片内拥有16kB的FLASH、1kB的SRAM。这些片上资源为测功机的下位机的开发提供了方便条件。下位机硬件组成与上位机模块如图3所示。(1)模拟信号调理模块主要用来调理测功机扭矩和电压、电流信号。传感器是数据采样的最基本元件,能对扭矩、电压、电流等不同参数进行采取;但传感器产生的信号一般比较微弱,不能直接进行采第6期吴新华等:基于实时嵌入式操作系统的测功机系统的开发61图3
