嵌入式杯突試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3．1 杯突值測量電路
沖頭壓入試樣的深度即試樣的杯突值是通過固定在沖頭上的光柵位移傳感器(以下簡稱光柵尺)來測量的。光柵尺是一種利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置，其輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，具有測量范圍大、精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。
光柵尺信號(hào)的采集一般分為濾波整形、鑒相、倍頻、計(jì)數(shù)等幾個(gè)步驟。本系統(tǒng)將光柵尺輸出的相位相差90°的A，B正交編碼脈沖信號(hào)經(jīng)過光電耦合器隔離、電平轉(zhuǎn)換及濾波整形后送入LS7266R1芯片，LS7266R1通過8位數(shù)據(jù)總線將計(jì)數(shù)結(jié)果送給嵌入式微處理器進(jìn)行處理。
LS7266R1是美國LSI公司開發(fā)的24位雙軸正交信號(hào)鑒相芯片，該芯片將倍頻、細(xì)分、鑒相、計(jì)數(shù)集成到一起，不僅具有良好的抗干擾能力和較高的測量精度，而且也大大簡化了光柵尺傳感器接口電路的設(shè)計(jì)。芯片內(nèi)部含有2個(gè)正交信號(hào)鑒相模塊(X和Y)，每個(gè)正交信號(hào)鑒相模塊內(nèi)都包含了各自的寄存器，可以同時(shí)對(duì)兩組正交信號(hào)進(jìn)行處理，本系統(tǒng)中只需對(duì)一組正交信號(hào)進(jìn)行處理。另外，通過對(duì)LS7266R1的計(jì)數(shù)模式寄存器(CMR)的設(shè)置將計(jì)數(shù)模式設(shè)置為四倍頻正交模式以提高計(jì)數(shù)精度。
3．2 壓力測量電路
本系統(tǒng)采用中航第十一研究所的DaCY420壓力變送器來測量被測試樣的夾緊力和沖壓力值，兩個(gè)變送器的量程分別為0～2．5 MPa和0～10 MPa，輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號(hào)。S3C2440內(nèi)部集成的ADC只有10位的分辨率，轉(zhuǎn)換精度不足，為此本系統(tǒng)使用了TI(德州儀器)公司的4通道12位的ADS7842作為A／D轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器能在2 mW的功耗下以200kHz的采樣率同時(shí)進(jìn)行4通道信號(hào)采樣，本系統(tǒng)使用其中的兩個(gè)通道。由于壓力變送器輸出的是電流信號(hào)，需要轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)才能被ADS7842測量，此處使用電流轉(zhuǎn)電壓芯片RCV420將4～20 mA電流轉(zhuǎn)換為0～5 V電壓后接入ADS7842。ADS7842接口電路如圖2所示，GPG13用于通道選擇，低電平時(shí)選擇AIN0，高電平時(shí)選擇AIN1。BUSY作為轉(zhuǎn)換完成的標(biāo)志位，輸出高電平表示A／D轉(zhuǎn)換完成。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/148449.htm
3．3 電平轉(zhuǎn)換電路
本系統(tǒng)使用的LS7266R1和ADS7842工作電壓都是5 V，并且LS7266R1數(shù)字量輸出高電平為4．5～5 V，ADS7842數(shù)字量輸出高電平為3．5～5 V，二者都超過了S3C2440系統(tǒng)總線的工作電壓3．3 V，因此它們要和S3C2440進(jìn)行數(shù)據(jù)通信就必須完成電平轉(zhuǎn)換。
本系統(tǒng)采用74LVC16245A完成數(shù)據(jù)總線的電平轉(zhuǎn)換，使用74LVC4245A完成片選線以及讀寫信號(hào)線的電平轉(zhuǎn)換。74LVC16245A是TI公司的一種16位雙向總線轉(zhuǎn)換器，能夠滿足3～5 V的數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入／輸出，轉(zhuǎn)換的方向可由方向控制引腳(DIR)控制。
74LVC4245A是一個(gè)8位雙電源供電的雙向收發(fā)器，本系統(tǒng)中芯片的VCCA端采用5 V供電，VCCB端采用3．3 V供電，將方向控制引腳(DIR)置為低電平，從而完成3．3～5 V的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換。
3．4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路
試驗(yàn)的整個(gè)過程是由微處理器通過6個(gè)開關(guān)量來控制與試驗(yàn)機(jī)機(jī)械裝置相連的繼電器開關(guān)通斷來完成的。這6個(gè)開關(guān)量分別是：夾緊油泵工作；夾緊電機(jī)工作；沖壓電機(jī)工作；沖壓油泵工作；夾緊換向閥換向；沖壓換向閥換向。由于微處理器的GPIO口的輸出電壓遠(yuǎn)小于繼電器工作電壓，無法直接通過GPIO口驅(qū)動(dòng)繼電器，因此本系統(tǒng)增加了繼電器驅(qū)動(dòng)電路來完成電壓的轉(zhuǎn)換，并且使用光耦將輸入和輸出隔離，使輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件部分主要有底層驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)以及上層應(yīng)用程序，它們共同構(gòu)成了嵌入式杯突試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)。其中選用2．6內(nèi)核的Linux作為操作系統(tǒng)，并根據(jù)開發(fā)板的硬件情況和系統(tǒng)需求進(jìn)行了必要的裁剪以增強(qiáng)系統(tǒng)的專用性。下面主要介紹驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。
4．1 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)涉及的驅(qū)動(dòng)程序主要有：
(1)計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)程序，主要包括LS7266R1芯片的初始化和數(shù)據(jù)讀取，LS7266R1芯片的初始化和數(shù)據(jù)讀取程序的流程如圖3和圖4所示。
評(píng)論