0 导言
全能资料实验机是测定资料机械功用的底子设备之一，首要用刁难金属、橡胶、塑料、陶瓷和水泥等资料的拉伸、紧缩、曲折和剪切等机械功用的实验，可完结对资料的强度、塑性、弹性及耐性的检测。跟着国际化的不断深入，国内外资料实验机的开展首要呈现出计算机化、数据处理全面化、操控准确化、全面化的特色。
当时全能资料实验机测控体系的开发具有必定的复杂性，要在尽或许小的空间中集成数据收集、处理，人机界面，串行通讯等多个功用。传统的单片机因为功用单一，往往无法满足要求，或许即便能够完结，也需求运用很多的MCU协同作业，在信号衔接、编程和削减体积方面，都会遇到不小的困难。在裸机上直接开发作业前后台体系的开发、保护和扩展都很困难，并且这样的体系本质上是一个程序超循环，底子无法保证测控体系的实时性要求。
全能资料实验机测控体系不光要求体系能够及时呼应随机发生的外部事情，对其进行快速处理，还需求一起履行多个使命，并对每个使命实时呼应。假如运用嵌入式体系技能，则能够运用单片嵌入式CPU，集成多种功用，逐渐处理存在的问题。
本文便是根据这样的布景，提出一种根据SEP3203处理器和实时操作体系μC／OS-Ⅱ的高精度全能资料实验机测控体系的完结。
1 体系作业原理
实验机运用操控器，先经沟通伺服单元操控电机作业，再经精细减速器减速后，经过反齿隙迟疑螺帽由电机带动双螺旋丝杠副，驱动动横梁上下移动，然后完结对试样的加载进程，完结试样的拉伸、紧缩等力学功用实验。它的作业原理如图1所示。在做拉力实验或许其他实验时，因为实验机的负荷传感器与试样失去平衡，电桥发生一个微小的不平衡电压输出。该电压在必定规模内与效果力的巨细呈线性正比例联系。但是试样在负荷效果下引起的变形量则经过电子引伸计取得。负荷传感器和电子引伸计输出的小信号都经丈量单元扩大处理后，送给操控器数据收集输入端进行数据处理，得到力和变形量值，一起制作出力和变形等特征曲线。此外，动横梁的位移则经过安装在电机转轴上的光电编码器数字丈量取得。
2 测控体系硬件规划
根据实验机的功用要求和作业原理，该体系硬件体系结构如图2所示。
2．1 中心板和电源模块
中心板上的处理器选用东南大学博芯公司的SEP3203。SEP3203处理器内嵌了英国ARM公司供给的ARM7TDMI处理器内核，内嵌20 KB片上零等候静态存储器；集成了支撑是非、灰度、五颜六色的LCD操控器；支撑用于衔接触摸屏通讯的SPI协议。一个通道实时时钟模块，85个通用I／O口和18个外部中止源。
中心板中存储器部分包含8 MB SDRAM和2 MBNOR FLASH。经过扩展插座引进中心板所用到的RESET和WAKEUP功用引脚；经过扩展插座将22位地址线和32位数据线以及未用的操控信号扩展到母板。
该体系要求多路电源供电，如ARM中心板需求3．3 V和5 V两路电源；在体系的外围部件中，LCD操控模块需求5 V电源供电；A／D转化模块需求6 V电源一起供电；伺服驱动器则需求12 V电源供电，所以应该对输入电源进行相应的稳压、分路等规划。
2．2 外围通用接口模块
实验机操控器的外围通用接口模块首要包含通用I／O口、USB接口、JTAG调试口等。在实验机体系中，操控器除了要与上基层通讯外，首要还涉及到传感器丈量参数的数据收集和伺服操控信号的输出等。一起，开关量也是测控现场最简略且运用较频频的信号之一，如实验机动横梁的限位开关、液晶显现操控和指示灯的亮灭等。规划中选用SEP3203的通用I／口来完结这些信号的输入／输出。
SEP3203供给了85个通用I／O口和18个外部中止源，无需扩展I／O口。运用端口功用时首先在程序里把引脚功用形式界说好，行将每个端口装备为输入形式、输出形式或中止功用形式，每个复用引脚都有对应的寄存器位来挑选实际运用的功用形式。该规划中，I／O通道运用双向缓冲器材74LVCH162245A，以增强总线驱动才能。
此外，体系中还添加了2个USB接口，用于测验成果的输出或作为备用接口。
2．3 信号收集模块
信号收集模块包含多通道力值收集模块和多通道变形信号收集模块。
力值和变形是体系所收集的最首要信号。传感器的电压信号输入到模／数转化器CS5530中，CS5530的差动输入端能够直接丈量来自传感器的毫伏信号，这简化了与外围电路的衔接。可编程增益扩大器能使扩大倍数从1～32进行设定，大大提高了体系的动态特性。多级程控数字滤波器可使数据输出速率得到挑选，规模为7．5 Hz～3．84 kHz，方便了与外设的衔接。别的，CS5530内部有一个完好的自校对体系，能够进行自校准和体系校准，然后可消除A／D自身的零点增益和漂移差错，以及体系通道的失谐和增益差错。此外，由线性稳压元件7806供给作业电压，以保证信号收集精度。
2．4 人机交互模块
为了使全能实验机测控体系具有更好的人机交互界面，便于用户调试与操作，需求给其装备显现设备，如LCD液晶显现屏以及信号灯提示等。别的．要进行人机交互，还得有输入设备，运用户能够对ARM主操控器宣布指令或输入必要的操控参数等，该体系选用触摸屏输入。
根据体系的实际需求，液晶显现模块选用240×320是非4级灰度显现屏，兼容五颜六色7寸64K五颜六色TFT液晶屏，触摸屏与LCD合为一体。触摸屏选用AC97+UCB1400作业方式。UCB1400的小体积与低电压（3．3 V）特性使其成为新一代PDA运用产品的抱负挑选。它集成了先进的音频编解码、触摸屏操控器以及电源办理等功用，并以规范、当即可用的产品形状供给客户化功用。UCB1400操控器作为液晶显现屏与ARM的接口，用来直接驱动液晶操控字符、汉字以及图形的显现。凭仗UCB1400，能够直接运用SEP3203的I／O口模仿液晶的读／写和操控时序，使得ARM对液晶的操作实际上变为ARM对液晶显现操控器UCB1400的操作，然后简化了接口电路的硬件衔接和软件编程。
3 测控体系软件规划
μC／OS-Ⅱ是为嵌入式运用而规划的彻底可剥离的实时操作体系，能够办理64个使命，其间留给用户的运用程序最多可有56个使命。这种RTOS运用软件的开发进程为：
（1）根据体系规划方案，清晰运用软件的功用；
（2）结合RTOS的并发特性（或准并发特性），对运用软件要完结的功用进行巨细恰当的区分，也便是把运用软件的功用依照必定的准则区分为若干个使命模块；
（3）对各个使命间的通讯和时延进行细心的承认。
在μC／OS-Ⅱ中，每个使命都是一个无限的循环，都或许处于以下5种状况：休眠态、安排妥当态、作业态、挂起态和被中止态。使命状况之间的转化如图3所示。
3．1 测控体系软件模块剖析
在该体系中，首要完结的功用是测验数据（包含力值、位移值）的收集、测验数据在LCD上面的显现、伺电机的操控、人机交互以及数据通讯等。因为力值和位移值是实验机体系的2项要害数据，将直接表征被测验件的力学功用，对收集的实时性和精度要求都很高，所以就需求在测验进程中接连地将实时力值和位移值传递给主操控器。主操控器将凭仗所获取的力值和位移值来确认当时测验状况，确认操控操作。如图4、图5所示。
依上所述，将体系区分为若干使命模块，将实时性要求高的使命，分配给高优先级；将实时性要求低的使命，分配给低优先级。该体系使命的详细区分见表1。
表中，SysTaskstart的使命首要是完结体系硬件的初始化、用户装备初始化、图形界面GUI的初始化及其他使命的创立等作业。主测验使命TaskTest是整个资料实验机测控体系的中心。该使命用来完结资料实验机的测验逻辑，实时读取力传感器和位移传感器的数值，判别测验状况，根据不同的状况履行相应的操控操作，以完结测验，最终保存测验成果。
3．2 人机交互界面规划
人机界面是嵌入式体系的重要组成部分，它能够让用户方便地输入参数，履行操作，并及时呈现出必要的信息提示用户。用户在测验资料时，需求频频地向操控器宣布不同的操作指令或更改体系参数，因而友爱的人机交互界面是必需的。该体系选用μC／GUI来进行人机界面的规划。μC／GUI是一个源代码敞开的GUI，能够完结Windows风格的图形界面，微型是它的最大特色，一起它占用很小的体系资源，易于移植，功用强大；能够作业在μC／OS-Ⅱ操作体系中；选用了100％的ANSIC编写，能够运用于任何LCD和CPU中；加上其源代码敞开的特色，运用起来十分灵敏。
4 结语
该全能资料实验机测控体系，以SEP3203微处理器和μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作体系为根底，具有精度高，实时性好，界面友爱等特色，其模块化规划便于往后对毛病的查找和体系的改造晋级。
