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基于ARM及嵌入式Linux的线切割数控系统原型

作　者: 邵昌旭
导　师: 赵万生
学　校: 上海交通大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 电火花线切割数控系统嵌入式系统 ARM Linux
分类号: TG484
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 57次
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内容摘要

线切割加工属于特种加工中电火花加工范畴,被广泛应用于模具制造、难切削材料加工以及精密零件加工等领域。国内线切割数控领域长期停滞于早期的数控系统框架,在图形界面、网络技术等方面的性能已经远不能满足现代数控系统的要求。开发出低成本、高效率的开放式线切割数控系统具有十分重要的意义。本文介绍了一种嵌入式往复走丝线切割数控系统原型。通过移植Linux2.6内核、驱动程序及文件系统到ARM开发板,搭建了嵌入式Linux的开发环境,并以此为基础设计了开放式线切割数控系统。硬件上,以ARM11(S3C6410)开发板作为上位机,负责进行人机交互以及处理运算;以MCU作为下位机,负责控制步进电机等底层设备。并且引入了汽车工业中的CAN-Bus作为系统总线,实现了上位机与下位机的稳定通信。软件上,在Ubuntu操作系统上使用Qt跨平台开发工具,开发了针对ARM嵌入式平台的高度图形化的系统界面,配合触摸屏操作,确保了良好的用户体验;采用了可重构的系统功能模块架构,以共享内存和消息队列等机制进行通信,对软件系统的接口和数据进行了统一的管理;移植了RS274解释器和高效的插补算法实现了对数控代码的解释和插补工作,并且完善了数控系统的其它各项基本功能。将远程监控的概念运用到了数控系统中,尝试使用Android移动终端,通过网络监视和控制数控系统的运行过程,并取得了初步的成果。最后,完成了嵌入式线切割数控系统的原型,实现了代码解释、直线和圆弧插补、短路自动回退等功能。建立了模拟的调试环境进行系统软件测试,并成功地利用CAN总线与下位机通信,以发送脉冲数据控制步进电机运行。测试结果表明:基于ARM及嵌入式Linux的线切割数控系统的可行性,并实现了预期的数控功能。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-21
  1.1 引言  11
  1.2 课题研究背景  11-18
    1.2.1 线切割技术现状  11-14
    1.2.2 数控系统发展现状  14-16
    1.2.3 嵌入式系统发展现状  16-18
  1.3 课题研究的意义  18-19
  1.4 主要研究内容  19-21
第二章线切割数控系统设计  21-38
  2.1 线切割加工简介  21-22
  2.2 线切割数控系统方案选择  22-27
    2.2.1 处理器平台的选择  23-24
    2.2.2 软件系统平台的选择  24
    2.2.3 线切割数控系统硬件体系设计  24-26
    2.2.4 线切割数控系统软件体系结构  26-27
  2.3 可重构的系统模块  27-29
    2.3.1 可重构概念的提出  27-28
    2.3.2 可重构系统模块设计  28-29
    2.3.3 可重构系统对于嵌入式的意义  29
  2.4 数控系统通信机制设计  29-31
    2.4.1 共享内存和消息队列运行原理  29-30
    2.4.2 共享内存和消息队列的优势  30-31
  2.5 数控系统的总线布局  31-37
    2.5.1 CAN 总线简介  31
    2.5.2 上位机的CAN 模块扩展  31-34
    2.5.3 下位机的CAN 模块扩展  34-37
  2.6 本章小结  37-38
第三章开发环境搭建  38-47
  3.1 系统LINUX 内核的裁剪和移植  38-40
  3.2 根文件系统的装载  40-42
  3.3 交叉编译环境的搭建  42-43
  3.4 开发工具的选择（QT）  43-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章数控系统功能的具体实现  47-61
  4.1 界面功能设计  47-53
    4.1.1 界面的特点  48-49
    4.1.2 界面功能介绍  49-53
  4.2 图形文件读入模块  53-55
  4.3 数控代码解释器  55-56
  4.4 数控系统轨迹插补器  56-58
  4.5 在线帮助功能  58-60
    4.5.1 在线帮助模块的开发  58-59
    4.5.2 在线帮助服务器的搭建  59-60
  4.6 本章小结  60-61
第五章基于ANDROID 的远程监控系统  61-74
  5.1 数控系统远程监控介绍  61-62
  5.2 ANDROID 开发环境配置  62-65
    5.2.1 Android 简介  62
    5.2.2 Android 开发环境配置  62-65
  5.3 远程数控系统界面功能设计  65-67
    5.3.1 客户端界面功能设计  65-66
    5.3.2 服务器端界面功能设计  66-67
  5.4 数控系统远程数据通信模块的设计  67-73
    5.4.1 客户端Socket 套接字实现过程  68-69
    5.4.2 服务器端Socket 套接字实现过程  69-71
    5.4.3 Android 的多线程设计  71-72
    5.4.4 远程监控系统测试  72-73
  5.5 本章小结  73-74
第六章研究总结和展望  74-77
  6.1 研究成果  74-76
  6.2 主要结论  76
  6.3 研究展望  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  81

基于ARM及嵌入式Linux的线切割数控系统原型

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