嵌入式万能材料试验机测控系统技术方案

本发明专利技术涉及一种嵌入式万能材料试验机测控系统，包括主控制板，电机控制板，伺服控制器，液晶显示器，键盘，力传感器和光栅编码器；电机控制板通过２６针数据线与主控制板的电机接口连接，电机控制板通过伺服控制器接口与伺服控制器连接；伺服控制器通过控制线与交流伺服电机连接，伺服控制器通过串口线与主控制板的串口连接。本发明专利技术的优点：采用ＣＰＬＤ（ＸＣ９５７２）采集位移脉冲信号，ＣＰＬＤ采集位移信号具有频率高、实时相位判断和灵活性大的点；根据具体的应用需求，既大幅度提高了计数精度，又减轻了主处理器的运算负荷。

【技术实现步骤摘要】
嵌入式万能材料试验机测控系统
本专利技术涉及材料试验机测控系统
，具体地说，是一种嵌入式万 能材料试验机测控系统。
技术介绍
按控制方法来分，国内外生产的材料试验机主要包括机械式、液压式 和电子式。现在机械式材料试验机的生产，几乎处于停滞状态。国外只有少 数厂家仍在生产，产品也越来越少。电子式材料试验机是近年来发展较快的 一种材料试验机。电子式材料试验机可细分为两类嵌入式和微电脑式。嵌 入式材料试验机，其控制系统核心为单片机或微控制器，可用于一些相对简 单、数据量较小的应用。由于PC机的普及和应用，微电脑式材料试验机也得 到了很大的发展，由于PC机功能强大，便于开发强大的系统，可用于控制复 杂、数据量大的应用。目前，国内的电子式材料试验机，多为微电脑型。液压式试验机对试样的拉伸速度是由测力计外面的手轮控制的，由于无 法直接显示拉伸速度，加上国家标准里面给出的拉伸速度范围比较大及个人 操作习惯的不同，所以测出的性能指标往往差别较大。液压式万能试验机是利用油压原理加荷，在测力计外壳内装有活塞式高 压油泵，由电动机带动向油缸加油，油缸带动移动横梁上升、下降，完成试 样的拉伸、压縮、弯曲等力学性能试验，所有油压系统，全由测力计外面手 轮控制。试验机的试验速率，靠送、回两油阀来控制。在试验过程中，测力 指针随着负荷的增加或减少而相应的转动，材料的力学指标是通过指针法读出来的，由于液压系统惯性及测力机构本身惯性的影响，故而测出来的力学 指标比材料的实际指标要高一些。电子式试验机的拉伸速度是在计算机里面的控制软件中直接设定的，一 旦设定好后，即按照设定好的条件进行试验，无人为因素的影响，故测出的 性能指标比较稳定。电子式万能试验机是一种先进的用户极易操作的精密万能试验机，它利 用计算机或微控制器经调速系统控制伺服电机转动，经减速系统减速后带动 移动横梁上升、下降，完成试样的拉伸、压縮、弯曲等力学性能试验。在试 验过程中，材料的力学指标是通过显示器显示出来的，由于试验机系统的惯 性很小，基本上可以忽略不计。所以测出来的力学指标和材料的实际指标要 更接近。但是，目前国内大多数材料试验机控制器都是基于单片机开发的。由于单片机运算速度较慢、片内资源(如，RAM和ROM)较少，在很大程序上限制 了材料试验机控制器的功能和性能。而且，单片机的软件开发一般都是前后 台系统，这在一定程度上也限制了单片机控制器的性能。随着技术的发展，对材料试验机的各个方面都有了新的要求。当前万能 材料试验机测控系统的开发具有一定的复杂性，在裸机上直接开发运行前后 台系统的开发，维护和扩展都很困难。而且这样的系统本质上是一个程序超 循环，根本无法保证测控系统实时性要求。万能材料试验机测控系统，不但 要求系统能够及时响应随机发生的外部事件，对其快速处理，通常由于其功 能不断完善，还需要同时执行多个任务，并对每个任务实时响应。这样的应 用，采用嵌入式实时操作系统作为应用软件的设计平台和运行平台，以及选 用功能强大的微控制器如ARM7，无疑是一个很好的选择。本系统开发基于ARM7微控制器和UC/OS实时操作系统。在硬件设计上， 充分考虑材料试验机的通用性要求，模块化设计可适应不同的加载标准。在 软件设计上，综合考虑嵌入式操作的实时性能和本系统的硬件资源，做到运 行效率和系统吞吐量的有机统一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种嵌入式万能材料试验 机测控系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种嵌入式万能材料试验机测控系统，包括主控制板，电机控制板，伺 服控制器，液晶显示器，键盘，力传感器和光栅编码器；其特征在于，电机 控制板通过26针数据线与主控制板的电机接口连接，电机控制板通过伺服控 制器接口与伺服控制器连接；伺服控制器通过控制线与交流伺服电机连接， 伺服控制器通过串口线与主控制板的串口连接； -所述的CPLD是指复杂可编程逻辑控制器；所述的SPI是指同步串行通信；所述的PWM是指脉宽调制器；所述的中央处理器为ARM中央处理器；所述的主控制板，包括中央处理器，力传感器，AD转换单元，CPLD光栅 编码器计数单元以及光栅；电机接口与中央处理器相连，中央处理器通过SPI 与AD转换单元相连，AD转换单元通过屏蔽线与力传感器连接；中央处理器通 过SPI与实时时钟单元相连；中央处理器通过总线与液晶接口与打印机接口 相连；中央处理器通过8位数据线与CPLD光栅编码器计数单元相连，CPLD光栅编码器计数单元通过屏蔽线与光栅连接;中央处理器通过I2C串行总线与 键盘单元连接，键盘单元通过数据线与键盘连接；主控制板设有液晶接口， 打印机接口以及串口，液晶接口与液晶显示器相连，打印机接口与打印机相 连，串口与微机相连；主控制板设有电源；所述的CPLD光栅编码器计数单元，包括逻辑核心、光栅接口、 4M有源晶 振、光栅清零信号线、计数器状态指示线；逻辑核心通过总线、清零信号线 和计数器状态指示线与中央处理器连接；逻辑核心通过数据线与光栅接口连 接；光栅编码器计数单元通过光栅接口与光栅相连；4M有源晶振与逻辑核心 相连；所述的电机控制板采用模块化的设计，在主控制板上预先定义好电机控 制所需资源，包括三路控制10输出口， 一个脉宽调制接口， 一个用于与DA 通信的SPI总线， 一个光栅编码器接口、 一个串口、以及电源接口；依据预 先定义的资源，为不同类型的电机控制设计不同的电机控制板；包括采用伺 服电机的电机控制板和采用变频电机的电机控制板；所述的伺服电机的电机控制板，包括三路10输出控制信号，控制信号为 ServON伺服使能信号，ZER0SPD零速箝&信号，CM0D模式切换信号； 一路脉 宽调制信号输出PLUS和SIGN作为伺服电机位置和速度信号； 一个电机光栅 编码器信号调理接收单元，将伺服电机控制器输入的差分反馈脉冲信号通过 芯片AM26LS32调理并输出； 一个用于速度控制的DA输出；所述的三路10输出控制信号，由中央处理器提供，通过伺服电机控制板 上的伺服控制器接口与伺服控制器连接；所述的脉宽调制信号输出，由中央处理器的脉宽调制器提供，通过伺服 电机控制板上的伺服控制器接口与伺服控制器连接；所述的电机光栅编码器接口，由伺服控制器提供，通过伺服控制器接口 连接到伺服控制板上的差分脉冲调理芯片，经差分脉冲调理芯片处理后，通 过数据线与主控制板CPLD光栅编码器计数单元接口连接；所述的DA为IO位DA芯片，通过SPI与ARM中央处理器连接，通过伺服 控制器接口与伺服控制器连接；所述的变频电机的电机控制板，包括三路IO输出控制信号，控制信号为 正转，反转，停止信号； 一个电机光栅编码器接口，接收材料试验机丝杆上 的光栅编码器信号； 一个用于速度控制的DA输出； 一个485串口用于更改或 获取伺服控制器配置与参数；所述的三路10输出控制信号，由中央处理器提供，通过变频电机控制板 上的变频器接口与EV300变频器控制端连接；所述的电机光栅编码器接口，连接材料试验机丝杆上的光栅编码器，通 过数据线与主控制板CPLD光栅编码器计数单元接口 3连接；所述的DA为10位DA芯片，通过SPI与中央处理器连接，通过变频器接 口与变频器控制端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式万能材料试验机测控系统，包括主控制板，电机控制板，伺服控制器，液晶显示器，键盘，力传感器和光栅编码器，其特征在于，电机控制板通过２６针数据线与主控制板的电机接口连接，电机控制板通过伺服控制器接口与伺服控制器连接；伺服控制器通过控制线与交流伺服电机连接，伺服控制器通过串口线与主控制板的串口连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易建军，张云锐，陈昌明，丁玉洁，薄伟，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]