嵌入式電鐓智能控制設(shè)計

　　氣門是汽車發(fā)動機(jī)的重要零部件，是控制氣缸吸入混合氣或排出廢氣的閥門，形狀呈菌形、平項，頭部外緣做成圓錐面與氣門座相配合。氣門質(zhì)量的好壞直接影響著發(fā)動機(jī)的動力和油耗。隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，對氣門品種和數(shù)量的需求愈來愈多，同時對質(zhì)量要求也越來越高。

　　目前氣門的生產(chǎn)毛坯成型工藝主要有兩種：擠壓成型法和電熱鐓粗法。對比擠壓成型法，電熱鐓粗法投資少，節(jié)能高效，是國內(nèi)氣門毛坯的主要生產(chǎn)方式，如圖1所示為氣門棒料、氣門鐓件和氣門半成品。電熱鐓粗工藝是利用工件本身的電阻，在通以低電壓大電流同時對其施加外力，當(dāng)工件被加熱到塑性變形溫度時逐漸被鐓粗的過程。

　　2 嵌入式智能電鐓控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　2．1 電鐓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　電鐓機(jī)控制系統(tǒng)主要是實現(xiàn)電熱鐓粗工作過程中電流、壓力和上下料的控制。嵌入式智能電鐓機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要采用以ARM7微處理器為核心的硬件平臺，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　控制器根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)，通過總線驅(qū)動D／A控制鐓粗頂鍛壓力、鐓粗電流、砧子回退的速度。位移和溫度等參數(shù)由傳感器讀取，經(jīng)過比較計算之后再經(jīng)總線輸出，實現(xiàn)閉環(huán)控制。自動上下料機(jī)械手的控制使用光電隔離分隔電磁閥與核心板電信號，提高抗干擾能力；鐓粗過程中的狀態(tài)和參數(shù)分別通過信號指示燈和LCD屏監(jiān)控顯示；同時LCD觸摸屏還具有參數(shù)輸入和調(diào)試控制功能。

　　2．2 電鐓系統(tǒng)控制流程

　　電鐓工藝是根據(jù)朔性力學(xué)和傳熱學(xué)原理，利用工件本身的電阻，通過控制加載在工件上的電流和壓力，使工件通電發(fā)熱，當(dāng)工件被加熱到塑性變形溫度時逐漸被鐓粗成型。在嵌入式智能電鐓機(jī)上，還設(shè)計有自動上下料機(jī)械手，實現(xiàn)電鐓過程的連續(xù)自動生產(chǎn)。設(shè)計中，將電鐓控制過程分為：上料，預(yù)熱，上料復(fù)位，熱鐓，上料準(zhǔn)備，熱鐓結(jié)束，熱鐓復(fù)位，下料等過程。

　　在這些過程中，動作之間的協(xié)調(diào)配合不但可以提高生產(chǎn)效率，而且還可以提高加工質(zhì)量。采用嵌入式實時操作系統(tǒng)，可以大大優(yōu)化工作過程中各動作的協(xié)調(diào)配合。μC／OS-II是一種可剝奪內(nèi)核的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，具有良好的實時性能和多任務(wù)功能，結(jié)構(gòu)小巧、執(zhí)行效率高、占用空間小。在μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)上，將控制流程中的一些加工步驟并行觸發(fā)，使加工流程更加緊湊高效，有助于提高電鐓生產(chǎn)效率。

　　2．3 核心控制電路

　　核心控制電路是嵌入式硬件的最小系統(tǒng)，存儲操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及提供硬件運行平臺。在核心控制系統(tǒng)中主要是采用ARM微處理器作為主控制器，電鐓機(jī)的控制軟件和工藝參數(shù)文件保存在2MB的NorFlash中，控制程序在8MB的SDRAM中執(zhí)行。RS232通信接口用于PC機(jī)下載程序和反饋硬件平臺的調(diào)試信息。JTAG是微處理器配置的調(diào)試接口，可以使用仿真器通過JTAG接口對硬件平臺進(jìn)行仿真調(diào)試；同時，JTAG接口還可以實現(xiàn)Nor Flash程序固化功能。微處理器芯片已經(jīng)提供了LCD控制器，因此不需要外接控制器，使用方便。數(shù)據(jù)總線輸出壓力、速度、電壓等數(shù)據(jù)信號量，要經(jīng)過總線驅(qū)動器保證數(shù)據(jù)的傳輸無誤。AD輸入經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后直接輸入到處理器上。

　　2．4 基于μC／OS—II的控制系統(tǒng)設(shè)計

　　嵌入式智能電鐓控制系統(tǒng)在ARM7內(nèi)核的S3C4480微處理器上移植了μC／OS-II，并開發(fā)了電鐓控制系統(tǒng)應(yīng)用程序。整個控制系統(tǒng)分為6個任務(wù)：上料，下料，鐓粗缸，砧子缸，變壓器，人機(jī)界面。各任務(wù)優(yōu)先級從高到低如下分配：砧子缸8，鐓粗缸12，變壓器14，上料16，下料20，人機(jī)界面24。任務(wù)間通過預(yù)先創(chuàng)建的信號量進(jìn)行任務(wù)切換。為了保證控制位移的實時采集，位移傳感器信號以中斷方式輸入。

　　人機(jī)界面在移植到S3C4480的μC／GUI基礎(chǔ)上設(shè)計。由于S3C4480有LCD控制器，所以在移植μC／GUI時，只需要移植μC／GUI驅(qū)動層9個函數(shù)。

　　LCD_L0_Init()； 初始化顯示屏并清屏；

　　LCD_L0_Rinit()； 重新初始化顯示屏，不清屏；

　　LCD_L0_Off()； 關(guān)閉LCD；

　　LCD_L0_On()； 開啟LCD；

　　LCD_L0_DrawBitmap()；畫位圖；

　　LCD_L0_DrawHLine()；繪水平線；

　　LCD_L0_DrawVLine()；繪垂直線；

　　LCD_L0_FillRect()； 矩形填充框：

　　LCD_L0_XorPixel； 反轉(zhuǎn)一個像素點：

　　移植完成以后，就可以直接在μC／GUI應(yīng)用層上設(shè)計人機(jī)界面。通過其提供的窗口管理控件，為電鐓控制系統(tǒng)設(shè)計了主界面、參數(shù)設(shè)置界面、調(diào)試界面等窗口。在各窗口下，根據(jù)功能設(shè)置的不同，分別創(chuàng)建了l～4個子窗口。重繪函數(shù)通過LCD觸摸屏或者時鐘信號激活，發(fā)送信號量后，由系統(tǒng)調(diào)度刷新LCD顯示屏。人機(jī)界面簡單方便，操作設(shè)計人性化。