基于dsp的裝模高度監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

基于dsp的裝模高度監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

0dsp控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的模型調(diào)整是由人工完成的。調(diào)整過(guò)程需要很長(zhǎng)時(shí)間。同一時(shí)期的模型質(zhì)量不同于批積量，這不僅影響了生產(chǎn)效率，也影響了產(chǎn)品質(zhì)量。它增加了產(chǎn)量。文獻(xiàn)采用了基于PIC16F877A單片機(jī)的裝模高度控制器系統(tǒng),由于單片機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,精度很難提高,計(jì)算速度也跟不上調(diào)模的要求,因此無(wú)法完全滿足系統(tǒng)要求.針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題,本文提出了一種以DSP為核心的控制系統(tǒng),利用DSP強(qiáng)大的處理數(shù)據(jù)能力,通過(guò)采集沖床裝模高度,將設(shè)定高度與采集高度進(jìn)行比較,控制單相交流電機(jī),再由電機(jī)帶動(dòng)蝸桿來(lái)調(diào)整實(shí)際的裝模高度,避免了常規(guī)人工調(diào)整方法因不準(zhǔn)確與誤操作對(duì)模具和零件的損壞,有效地保證了沖床制件的質(zhì)量.同時(shí),該系統(tǒng)采用串口通信方式可實(shí)現(xiàn)DSP系統(tǒng)與上位機(jī)的通信,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控.該監(jiān)控系統(tǒng)很好地解決了實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低了生產(chǎn)成本.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)沖床裝模的高度指模具閉合后的高度,也就是沖床在下死點(diǎn)時(shí)滑塊底面和工作臺(tái)面的距離,如圖1所示,H為裝模高度,裝模高度因模具不同而不同.本文以C型雙曲軸沖床為例,其最大裝模高度是450mm,滑塊調(diào)整量是200mm,閉合高度為250～450mm.裝模高度是可以調(diào)節(jié)的,通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整裝模高度.如圖2所示,整個(gè)控制系統(tǒng)采用的是閉環(huán)系統(tǒng),它是由給定輸入、控制器、執(zhí)行部分和位移傳感器的反饋部分組成并通過(guò)設(shè)定高度輸入,由控制器判斷啟動(dòng)執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整,反饋元件位移傳感器測(cè)量實(shí)際位移量并再一次與設(shè)定高度值進(jìn)行比較調(diào)整的一個(gè)閉環(huán)過(guò)程,直到達(dá)到調(diào)整的高度值為止.以DSP為核心的控制系統(tǒng)分為4個(gè)部分,如圖3所示,分別是數(shù)據(jù)采集部分、電機(jī)控制部分、顯示部分和與上位機(jī)通信部分.(1)本文選用TMS320F2812作為主處理器的控制系統(tǒng),TMS320F2812是美國(guó)TI公司推出的32位定點(diǎn)DSP芯片,該芯片既具有數(shù)字信號(hào)處理能力,又有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能,特別適用于有大批量數(shù)據(jù)的測(cè)控領(lǐng)域.根據(jù)沖床調(diào)模的實(shí)際要求,TMS320F2812能夠完全滿足精度和快速性要求.(2)傳感器選用FWD-L系列磁致伸縮位移傳感器,該傳感器是非接觸式,具有高分辨率、高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性、響應(yīng)時(shí)間快和工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn).該傳感器提供多種輸出模式,包括模擬量的電壓和電流,數(shù)字量的RS485等,數(shù)字量輸出信號(hào)可以提供多個(gè)位置和速度輸出,安裝方式采用連接件形式置于滑塊的外部.(3)與上位機(jī)通訊部分采用RS-232串行通訊設(shè)計(jì),最常用的是基于MAX232芯片的電平轉(zhuǎn)換電路,但是由于MAX232為5V供電,本系統(tǒng)采用3.3V供電的MAX3232芯片,因此不需要額外的電平轉(zhuǎn)換電路,可以與F2812共用3.3V電源,F2812上的管腳SCITXDA與SCIRXDA是為SCI串口服務(wù)的,將數(shù)據(jù)經(jīng)MAX3232轉(zhuǎn)換電平后直接送入PC機(jī).(4)TLV5617是一款串行通信的D/A轉(zhuǎn)換芯片.F2812通過(guò)串口MCLKXA、MFSXA和MDXA將數(shù)據(jù)傳送給TLV5617,再由TLV5617完成D/A轉(zhuǎn)換.MCLKXA為T(mén)LV5617提供時(shí)鐘信號(hào),MFSXA與TLV5617的片選端相連,MDXA向TLV5617串行輸出16位的數(shù)據(jù).(5)A/D轉(zhuǎn)換模塊的選擇.TMS320F2812芯片內(nèi)部集成了16路12位A/D轉(zhuǎn)換模塊,可配置成兩個(gè)獨(dú)立的8通道模塊,也可以級(jí)聯(lián)構(gòu)成一個(gè)16通道模塊,模擬量信號(hào)采樣輸入范圍是0～3V,ADC時(shí)鐘可以配置為25MHz,控制板上的AD采樣接口接收來(lái)自位移傳感器的模擬量信號(hào),然后導(dǎo)入DSP的ADC模塊.16個(gè)結(jié)果寄存器存放ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果,轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量表示為:數(shù)字量=4095×輸入模擬量?ADCLO3=4095×輸入模擬量-ADCLΟ32系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)裝模高度控制系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集部分、鍵盤(pán)輸入和LCD液晶顯示部分、DSP與上位機(jī)通信部分、數(shù)據(jù)處理部分和執(zhí)行部分組成.DSP的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程.系統(tǒng)初始化和數(shù)據(jù)采集部分采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),可提高程序代碼效率,節(jié)省CPU時(shí)間.其他部分采用C語(yǔ)言編程,以增強(qiáng)程序的可讀性,便于調(diào)試.系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境采用TI公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS2.21,即CodeComposerStudioVersion2.21,它是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試接口的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境.2.1提取中斷及控制裝置設(shè)計(jì)如圖4所示,沖床裝模高度監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)后首先對(duì)DSP進(jìn)行初始化,系統(tǒng)初始化主要是對(duì)TMS320F2812本身及其片內(nèi)和片外各種外設(shè)、接口、標(biāo)志等狀態(tài)進(jìn)行初始化,具體包括關(guān)閉可屏蔽中斷,清除中斷標(biāo)志;初始化裝模高度;初始化ADC、GPIO、SCI、外部中斷、定時(shí)器等片內(nèi)外設(shè);初始化LED顯示器;設(shè)置EEPROM讀寫(xiě)保護(hù)方式和獲取存儲(chǔ)首地址;啟動(dòng)計(jì)時(shí)定時(shí),打開(kāi)中斷.然后,讀取鍵盤(pán)輸入設(shè)定高度數(shù)據(jù),將設(shè)定高度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于片內(nèi)寄存器,調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序采集裝模高度數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)獲得的信息進(jìn)行比較處理啟動(dòng)裝模高度調(diào)整電機(jī).經(jīng)調(diào)整直到測(cè)量高度達(dá)到輸入設(shè)置要求的高度,系統(tǒng)停止裝模高度調(diào)整工作過(guò)程,機(jī)器被切換進(jìn)入正常的工作狀態(tài),且保持并顯示最終的裝模高度值.2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域中,常常利用簡(jiǎn)便易用的串行通信方式作為上位機(jī)與DSP的數(shù)據(jù)交換手段,在裝模高度監(jiān)控系統(tǒng)中采用串行通信方式將數(shù)據(jù)采集和電機(jī)控制裝模高度等信息實(shí)時(shí)上傳給PC機(jī).TMS320F2812支持異步外設(shè)之間的RS232串行通信,內(nèi)部有專門(mén)的串行通信模塊,具有以下特點(diǎn):發(fā)送和接收均有雙緩沖器;可編程的64k種不同的波特率;可編程的1～8位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度;奇偶校驗(yàn)、過(guò)載、幀錯(cuò)誤和間斷監(jiān)測(cè)共4個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)標(biāo)志;空閑線和地址位兩種喚醒多處理器方式;半雙工或者全雙工操作;可工作于中斷或者查詢方式,具有獨(dú)立的接收和發(fā)送中斷使能位.設(shè)計(jì)TMS320F2812串行通信軟件可采用查詢和中斷兩種方式,本設(shè)計(jì)中采用中斷方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送.TMS320F2812的2個(gè)SCI總共包括26個(gè)寄存器,其中控制寄存器有SCICCR、SCIPRI、SCICTL1和SCICTL2;設(shè)置波特率的寄存器有SCIHBAUD和SCILBAUD;狀態(tài)寄存器有SCIRXST;緩沖寄存器有SCIRXEMU、SCIRXBUF和SCITXBUF,另外還有TMS320F2812的SCI獨(dú)有的FIFO寄存器SCIFFTX、SCIFFRX和SCIFFCT.通過(guò)設(shè)置模塊的控制寄存器來(lái)設(shè)置通信方式,TMS320F2812串口通信通信流程圖如圖5所示