ERP系统中基于DSP的数控机床实时监测系统设计
基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现
基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现周新淳【摘要】为了提高对实时信号采集的准确性和无偏性,提出一种基于DSP+FPGA 的实时信号采集系统设计方案.系统采用4个换能器基阵并联组成信号采集阵列单元,对采集的原始信号通过模拟信号预处理机进行放大滤波处理,采用TMS32010DSP芯片作为信号处理器核心芯片实现实时信号采集和处理,包括信号频谱分析和目标信息模拟,由DSP控制D/A转换器进行数/模转换,通过FPGA实现数据存储,在PC机上实时显示采样数据和DSP处理结果;通过仿真实验进行性能测试,结果表明,该信号采集系统能有效实现实时信号采集和处理,抗干扰能力较强.%In order to improve the accuracy and bias of real-time signal acquisition,a real-time signal acquisition system based on DSP +-FPGA is proposed.The system adopts 4 transducer array to build parallel array signal acquisition unit,the original signal acquisition amplification filtering through analog signal pretreatment,using TMS32010DSP chip as the core of signal processor chip to realize real-time signal acquisition andprocessing,including the signal spectrum analysis and target information simulation,controlled by DSP D/A converter DAC,through the realization of FPGA data storage,real-time display on the PC and DSP sampling data processing results.The performance of the system is tested by simulation.The results show that the signal acquisition system can effectively realize the real-time signal acquisition and processing,the anti-interference ability is strong.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2017(025)008【总页数】4页(P210-213)【关键词】DSP;FPGA;信号采集;系统设计【作者】周新淳【作者单位】宝鸡文理学院物理与光电技术学院,陕西宝鸡721016【正文语种】中文【中图分类】TN911实时信号采集是实现信号处理和数据分析的第一步，通过对信号发生源的实时信号采集，在军事和民用方面都具有广泛的用途。
基于DSP处理器的嵌入式实时操作系统设计与实现
基于DSP处理器的嵌入式实时操作系统设计与实现嵌入式系统在现代科技中扮演着越来越重要的角色。
而嵌入式实时操作系统则是嵌入式系统的核心之一。
它不仅能够协调和管理系统中各个部件的工作，还可以为系统提供一定的实时性和可靠性保障。
因此，对于一个嵌入式系统设计者来说，实时操作系统的设计与实现无疑是一个必要而且极具挑战性的任务。
基于DSP处理器的嵌入式实时操作系统设计与实现，更是一个既难又重要的课题。
目前，很多先进的嵌入式系统均采用DSP处理器进行实现，其主要原因就在于DSP处理器具备高效、低功耗和高精度等特点。
因此，在该领域内掌握DSP 技术，进一步了解DSP处理器如何运作，并拥有开发基于DSP处理器的实时操作系统的能力，对于嵌入式系统领域的专业人士来说是非常重要的。
那么，什么是嵌入式实时操作系统呢？嵌入式实时操作系统是指一种需要满足实时性要求的嵌入式操作系统。
在实时操作系统中，任务的执行时间至关重要，具备良好的实时性能意味着系统可以对时间敏感的任务快速响应。
所以，在实时操作系统中，任务的调度和执行必须具备实时性。
接下来，我们将深入探讨基于DSP处理器的嵌入式实时操作系统的设计和实现。
一、DSP处理器的介绍DSP处理器（Digital Signal Processor），也称数字信号处理器，主要用于数字信号的处理和分析。
DSP处理器因为其在数字信号处理领域上卓越的性能而被广泛应用于音视频处理、无线通讯、人工智能等领域。
与传统的微处理器不同，DSP 处理器主要用于数字信号的处理，其具有高速运算、多线程、专用指令集等专业化特性，可以做到很高的运算速度和效率。
在嵌入式系统中，随着时代的发展，作为一款高速低功耗的数字信号处理器，DSP处理器的重要性与日俱增。
然而，要实现一款基于DSP处理器的嵌入式系统，并不是一件容易的事情，需要设计者熟练掌握DSP处理器的运行特性和指令集，并将其应用于实时操作系统的设计和实现中。
基于DSP的机床数控系统设计
基于DSP的机床数控系统设计作者：陕西彩虹彩色显象管总厂桑东燕1 引言数控技术作为先进制造技术(如柔性制造技术、计算机集成制造系统)的基础，国家投入了大量的人力、财力进行攻关开发，其关键技术已取得了重大进展，实现了多坐标联动，攻克了交流全数字伺服和主轴驱动技术，“九五”期间实现了数控机床产业化攻关目标，国产数控机床的国内市场占有率达到50%，国产数控系统占国有数控机床配套需求的50%，产值数控化率已达到20%以上。
从最近几次机床展览会上可以看出，针对快速发展中的中国市场，国外众多著名数控系统供应商如法那克、西门子、日本安川、三菱等公司相继推出中低档数控系统。
目前，占据国内数控系统市场主要份额的仍然是经济型数控机床系统。
这类系统大多采用MCS-51系列单片机或与MCS-51系列兼容的单片机，最高时钟频率为12~40MHz，单周期指令执行时间为250ns~1s，限制了经济型数控机床性能的提高，特别是多轴高速联动、螺纹高速切削和高分辨率控制等功能受到限制。
为使机床工作台达到亚微米级的线性运动精度，现代控制技术的引入对处理器有了更高的要求。
精细化的控制单位、以微小程序段连续进给以及大数据量、高精度的补差运算和控制，也要求处理器能对加工指令做出高速度的反映，高速计算出伺服电机的移动量，随后发出控制指令。
用高性能的数字信号处理器(DSP)代替单片机，即可提高机床数控系统的运行速度，使之满足高速和高精度控制的要求。
2 数控系统硬件设计1. DSP数字信号处理器DSP数字信号处理器时钟频率高、处理速度快，是单片机的理想替代品。
TI公司DSP数字信号处理器TMS320F240内部的模数转换模块包括两个独立的采样, 保持电路和两个10位双积分型的转换器，16路模拟输入通道，可同时转换2路信号。
DSP还增加了串, 并口的数量和速度，其处理一条指令的时间提高到几十纳秒，数据吞吐能力达到80MIPS以上，非常适用于大数据量的高速数据采集系统和实时控制系统，并能对A/D转换的结果进行FFT分析、小波分析等。
数控机床状态监控系统(文献综述)
文献综述-—机床状态监控系统的设计1．前言为了使数控机床加工过程安全、可靠、高效、高质量地进行，对加工设备进行状态监测就变得非常重要.本文分析了数控机床状态监测的主要内容，论述了设备状态监测系统的基本组成和状态监测系统实现的关键技术，并针对数控机床的加工过程，总结数控机床状态监测系统的工作流程和系统实现的具体结构。
2．主题目前，国内大多数机床监控系统属于专用系统，其开放性较差，已不能满足当今制造业的发展需求，属于工厂内部典型的“自动化孤岛"。
而计算机软件技术及工业控制网络技术的发展,使得工厂自动化设备的互联成为可能。
机床信息采集与监测技术研究已经得到许多科技工作者的高度重视。
数控机床多用PLC控制，同时计算机网络是快捷、高效、广普的信息传递媒介。
PC-PLC网络因而成为数控机床数据采集与监控的主要研究方向。
但是一方面由于数控机床的封闭性，实际应用中很难直接从PLC读取机床的各种信息;另一方面，一些数控机床厂商如SIEMENS，FANUC 等开发有针对自己机床数据采集与监测的软件,但是大多价格昂贵[1～5].随着技术的进步，制造业设备的复杂程度和智能化程度不断提高，然而复杂设备因其结构的复杂性,而使其在提高功能或性能时，给系统的可靠性、安全性、可用性、经济性等方面带来了一系列难题，系统发生故障或失效的潜在可能性也越来越大［6]。
对设备自动化加工过程进行状态监测的主要目的就是要保证加工系统的安全运行，合理并优化使用自动化设备，避免设备故障，保证加工工件质量，减少额外的辅助工作时间,提高生产效率和设备利用率。
同时，设备的状态监测也是对设备进行故障诊断的基础［7］。
数控机床状态监测是指对数控机床加工过程中的某些工作状态数据进行数据采集和处理，通过将实际特征参数与正常值进行比较，从而掌握数控机床的实际工作状态，了解设备工作是否正常合理，同时为故障诊断和预测提供依据。
主要包括机床状态监测、刀具状态监测、加工过程监测和加工工件质量监测等4个方面。
数控机床状态监控系统设计
毕业设计(论文)题系目别数控机床状态监控系统设计机械工程系专业班级机械工程及其自动化07K3 班学生姓名指导教师二○一一年六月数控机床状态监控系统设计摘要为了使数控机床加工过程安全、可靠、高效、高质量地进行，对加工设备进行状态监测就变得非常重要。
本文分析了数控机床状态监测的主要内容，介绍了应用AT89C51 单片机测量数控车床切削力和切削温度的方法，论述了设备状态监测系统的基本组成和状态监测系统实现的关键技术，并针对数控机床的加工过程，给出了数控机床状态监测系统实现的具体结构和系统的工作流程。
重点阐述了单片机实现连续自动采样、A/D 转换的方法。
给出了单片机测控系统的原理、结构及进行数据采集的部分程序。
系统的结构主要包括单片机、传感器、滤波装置、放大电路、程序存储器、静态数据存储器、A/D 转换芯片、I/O 接口的扩展以及键盘和LED 显示器接口。
系统工作的流程图主要包括总体流程图、A/D 转换流程图以及LED 显示器流程图。
关键词：AT89C51 单片机；数控机床；状态监控；传感器ICNC MACHINE TOOL CONDITIONMONITORING SYSTEM DESIGNAbstractCNC machining process in order to make safe, reliable, efficient and quality manner, the processing equipment condition monitoring becomes very important. This article describes the application of CNC lathes AT89C51 microcontroller measuring cutting forces and cutting temperature method, analysis of CNC machine tool condition monitoring of main content, discusses the basic equipment condition monitoring systems and condition monitoring system composed of key technologies, and for CNC machine tools process, gives CNC machine condition monitoring systems to achieve the specific structure and system workflow. SCM focuses on the continuous automatic sampling, A / D conversion method. Shows the principle of single-chip control system, structure and data collection part of the program.Structure of the system including the microcontroller, sensors, filtering device, amplifier, program memory, static memory, A / D conversion chip, I / O interface expansion and keyboard and LED display interface.Work flow system include the overall flow, A / D converter and LED displays flow chart flow chart.Keywords: AT89C51 microcontroller ;CNC machine; condition monitoring ;sensorsII华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 数控机床状态监控系统研究背景 (1)1.2 国内外数控机床状态监控系统的研究现状 (2)1.3 本课题所做的主要工作 (4)2．总体设计 (5)2.1 系统的工作原理 (5)2.2 系统的主要结构 (5)2.3 切削力的计算 (6)3.硬件设计 (10)3.1 系统硬件选型 (10)3.1.1 单片机选型 (10)3.1.2 单片机内存扩展选型 (13)3.1.3A/D 转换器选型 (16)3.1.4 显示器选型 (18)3.1.5 传感器选型 (19)3.1.6 通讯模块选型 (20)3.2.7 放大器电路设计 (24)3.1.7 其他元器件的选型 (25)4.软件设计 (29)4.1 系统的主流程图设计 (29)4.2 A/D 转换流程图设计 (29)4.3 LED 显示器流程图设计 (31)5.总结 (33)参考文献 (34)附录A 数控机床状态监控系统总电路原理图 (35)致谢 (36)华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）1.绪论1.1 数控机床状态监控系统研究背景机床产业为国民经济发展的基础，同时也是装备制造业的重要部分。
基于DSP的机电作动器控制与状态监控系统设计
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald41飞机作动系统逐步由传统的液压作动方式向电力作动方式转变[1-2]。
为了提高电力作动系统的可靠性，国内外许多先进飞机采用多舵面，多余度的控制方式[3-4]，这一趋势导致机电作动器控制数量的增加。
同时，现代先进飞机对安全性能要求的提高，对机电作动器可靠性的要求也不断提高。
对多个机电作动器的有效控制以及状态的实时监控显得尤为重要。
传统的检测方式包括定期检测和巡回检测等，难以满足系统安全性的要求[5]，为了提高工作效率、运行可靠性，设计了一种既能满足多个机电作动器的控制需求又能对其运行状态在线监控与分析的系统。
1 总体介绍机电作动系统中的机电作动器通过CAN总线进行通信，从而实现各个机电作动器的协调控制，由于每个机电作动器采用相似结构，所以多机电作动系统的硬件设计主要是单个机电作动器的硬件设计。
单个机电作动器的控制系统由控制器、光电隔离电路、驱动电路、电机、传动装置以及传感器组成。
控制器采用TMS320F28335控制芯片。
2 系统硬件设计机电作动器是由控制器，驱动电路、电机以及传动装置构成[6]，系统的硬件设计主要包括电源电路，数据采集电路，以及通信电路，从而实现对多机电作动系统的控制以及对其状态的监控。
2.1 电源电路在机电作动系统中，D SP的I/O口供电电压为+3.3 V，内核供电电压为+1.9 V，外围电路的供电电压是+5 V，驱动电路中的IGB T 管则需要+15 V的供电电压，所以电源电路需要提供的直流电压有+15 V，+5 V，+3.3 V，+1.9 V。
将电网中的交流电通过整流、滤波、稳压电路转换成直流电，提供+15 V，+5 V电压。
采用T P S73H D301芯片，它是一个双通道电压输出变换器，输入电压为+5 V，输出电压分别是+3.3 V和+1.9 V，满足了系统要求。
2.2 数据采集电路F 28335上集成16通道的A DC模块，实现对系统中电流电压等信息的采集。
基于DSP的现场总线控制系统系列
0 基于DSP的现场总线控制系统现场仪表的设计摘要当今世界已进入信息时代，信息技术成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术;仪器仪表是对物质世界的信息进行测量与控制的基础手段和设备，是信息产业的源头和组成部分。
现代仪器仪表的发展水平是国家科技水平和综合国力的重要体现，仪器仪表的制造水平反映出国家的文明程度。
为工业自动化技术工具的自动化仪表与控制装置，在高新技术的推动下，正跨入真正的数字化、智能化、网络化的时代。
近年来，各种高新技术迅猛发展，特别是微电子、微机械、新材料和新工艺的发展，及计算机、通信技术的广泛应用，正在彻底改变着自动化仪表的本质及其工作原理，进而实现传统仪表不可能完成的全新更佳功能，智能仪表也随之产生。
智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用。
本文首先介绍了工业仪表的发展概况及其智能化的特点，随后对仪表的硬件设计进行了详细介绍，包括主板和I/0板两部分，具体设计主要包括电源电路、EEPROM电路、通信电路、模拟量、频率量和数字量接口电路等。
由于TMS320F2812的主频达到150MHZ,所以必须考虑电路的高速设计以及模拟和数字混合设计问题，从而根据不同环境及不同客户要求可以实现不同类型的仪表，也使仪表具有更好的应用前景和发展空间。
第一章绪论近几年来，随着社会科技的进步，工业仪表在现实生活中发挥着越来越重要的作用，而仪表的硬件依托也产生了质的飞跃，由传统的单片机发展到了功能更为强大的DSP，随之而来的技术革新也倍受人们的关注。
1.1工业仪表概述当今世界己进入信息时代，信息技术成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术;仪器仪表是对物质世界的信息进行测量与控制的基础手段和设备，是信息产业的源头和组成部分。
现代仪器仪表在当今社会的重要作用怎样评估都不为过。
在工业生产中，仪器仪表是“倍增器”。
基于DSP56F805的数控机床伺服系统监控的设计
基于DSP56F805的数控机床伺服系统监控的设计张世磊 许镇琳天津大学电气与自动化工程学院,天津 300072摘要:针对数控机床伺服系统,设计和研究了监测的方法;并结合新型DSP56F805实现了对系统变量监测和实时控制的功能。
关键词:监控;通讯协议;伺服中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1001-2265(2003)12-0077-02Design and research of monitor -testing control in the machine tools servo systemZH ANG Shilei XU ZhenlinA bstract :This paper introduces method of the monitor -testing control in the machine tools Servo System .It realizes real -time monitoringand control based on the DSP56F805.Key words :monitor -testing control ;communication protocol ;serve图1 RS -232接口示意图1 引言目前,利用数字信号处理器(DSP )控制的数控机床伺服系统可以获得高精度和高可靠性。
实时可靠的上位机监测和简单、灵活、方便的操作控制成为随后需要解决的问题。
为此,本文基于新一代DSP —DSP56F805设计了通讯系统协议,实现了DSP 与用于数控机床的永磁同步电动机伺服系统的通讯。
2 芯片DSP56F805及SCI 功能简介DSP56F805是Motorola 公司设计的专用于电机控制的DSP 芯片,它提供了两个有力的软件开发工具:一个是Codewarrior 集成开发环境,它是一个可靠的用于交叉汇编、交叉C 编译、链接和调试的开发工具;另外一个是软件开发工具Embedded SDK ,它提供了各种外设模块的驱动程序和接口。
基于DSP／BIOS的疲劳驾驶实时监测系统的设计
基 于 Ｄ Ｐ ＢＯ Ｓ ／ Ｉ Ｓ的疲 劳 驾驶 实 时监 测 系统 的设 计
张松林 ， 郭 静
（ 河南机 电高等专科学校 ， 河南 新 乡 ４ ３０ ） ５ ０ ０ 摘要 ：疲劳驾驶 引起 的交通事故在交通事故总数中 占了很大 的比重。文 中提 出利用 Ｄ Ｐ构建 疲劳驾驶 实时监测 Ｓ 系统。 利用 Ｔ ３ ０ Ｍ ４ ＭＳ２ Ｄ ６ ２的实时操作 系统 内核 Ｄ Ｐ ＢＯ ， Ｓ ／ Ｉ Ｓ 借助 Ｐ Ｒ Ｌ Ｓ方 法实现疲 劳程度监测 ， Ｅ ＣＯ 预防和减少 交 通事故的发 生。同时利 用接 口技 术， 实现 Ｐ ｃ与 Ｄ Ｐ的通讯 联系与实时数据交换。 Ｓ
关键词 ： Ｓ ／ Ｉ Ｓ 疲劳驾驶； Ｅ Ｃ Ｏ Ｄ Ｐ ＢＯ ； ＰＲ ＬＳ 中圈分类 号：Ｐ ９ ． Ｔ ３ １４ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０８— ０ ３ ２ １ ）２－ ０４一 ３ １０ ２ ９ （０ １０ ０ ２ ｏ
Ｉ 引 言
随着科学技术发展 ， 汽车在不断普及， 随之而来 的交通 事故也 越来 越多 ， 路 交通 事 故 的发 生极 大 地 道
・ 稿 日期 ：０ ０ １．９ 收 ２ １ ．】１ 作者简介 ： 张松林（ ９ ２ ） 男 ． １８ ・ ， 河南周 口人 ， 助教 。 工程硕士， 主要从事模式识别研 究。
张松林等 ： 基于 Ｄ Ｐ ＢＯ Ｓ ／ Ｉ Ｓ的疲劳驾驶实时监 测系统的设 计
Ｒ ＷＩ 通 Ｒ 用 高级趟 长指 令 字体 系 结 构 ， 有 ６ 具 ４个 ３ ２位通 用 寄 建 了 Ｐ Ｄ和 Ｓ 模块 ， 过 新 建 的 Ｐ Ｄ对象 周 期 的 存器 ， ８个 独 立 计 算 的 功 能 单 元 ， 作 主 频 最 高 达 调用 Ｓ 对 象 的 中断 函 数 来 完成 我 们 设 定 的计 数 器 工 ＷＩ
基于DSP实验箱显示／控制模块的应用系统设计
基于DSP实验箱显示／控制模块的应用系统设计在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的旗手。
宁波大学也十分重视DSP芯片技术的教学与研究，但开设DSP芯片技术课程的时间很短，仅两三年的时间，2004年底才引进了ICETEK-VC5416-USB／PP-EDU型DSP教学实验系统。
而我们现有的实验内容仅仅是一些验证性的实验，每个实验项目都是局限于对实验箱中某一单一功能进行的，缺乏针对性，更不适合宁波大学特色办学--短学期的教学，这些问题对正常教学工作的开展造成了很大不利，不能锻炼学生的系统设计能力。
因此，迫切要求开发出适合于短学期教学的实验项目。
目前音乐播放系统(mp3)正由单一的播放功能逐步向集录音、收音、视屏播放等功能于一体的方向发展，对处理芯片的要求日益提高。
DSP芯片体积小、功耗低、处理速度快，非常适合新的音乐播放系统的应用。
本课题组成员针对我校开设的专业课《DSP芯片技术应用》及《DSP芯片应用系统设计》两门课程的特点及TMS320C54X系列DSP芯片的应用场合，努力探索了一套适合于培养学生软硬件系统设计能力的实验方案，从而提高学生解决实际应用问题的能力，并设计开发了基于DSP教学实验箱的音乐播放应用系统，本文主要介绍了该系统的设计过程和测试结果。
2 系统设计2.1 系统设计思路一款普通的播放器主要有以下几个部分：数据端口、内存、微处理器、数字信号处理器、显示屏、播放控制、音频端口、放大器、电源等。
DSP的实验箱的显示／控制模块主要由以下几部分组成：液晶显示、键盘输人、音频输出、电机转动等。
可以将液晶显示部分来代替LCD显示控制器，而键盘可以充当音乐播放器的按键，音频输出则相当于音乐的产生，而电机转动则是模仿一个安全的音乐播放系统，他设置了门禁限制，只有输入正确密码才能进入，进入系统或退出系统时，电机逆向转动或正向转动。
系统框图如图1所示。
数控机床状态数据实时采集与监视系统的研究开发
南京航空航天大学硕士学位论文数控机床状态数据实时采集与监视系统的研究开发姓名：肖士利申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：叶文华20080501南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 生产现场信息的实时采集、传输、处理和分析是现代制造企业进行快速决策与响应的基础。
随着制造自动化和企业信息化的发展，企业对自动采集制造信息的需求越来越强烈，但常常因数控机床的多样性、异构性以及数控系统不开放，使得企业难以实时采集数控机床的现场数据。
因此，研究数控机床状态数据的采集具有重要的现实意义。
论文首先从信息采集的角度分析了数控机床的机床本体、PLC和CNC之间关系，研究了基于数控机床标准通信接口、基于机床PLC、基于机床电气电路三种数据采集方法的实现技术与优缺点。
然后，详细研究了一种基于机床电气电路进行机床数据采集的实现技术——基于外接PLC的采集方法，分析了该方法的实现过程，研究了可从不同OPC服务器读取数据的通用OPC客户端。
在此基础上，设计了具有基于数控机床串口和基于外接PLC两种采集功能的机床数据采集与监视系统（NC-SCADA）总体结构，研究了系统实现的若干关键技术，开发与实现了NC-SCADA系统，并在马钢车轮公司的数控生产线上得到成功应用。
该系统具有通用、可扩展和可重用的特点。
最后，对全文进行总结，并对进一步工作进行了展望。
关键词：数控机床，数据实时采集，OPC，电气电路，宏指令，可编程逻辑控制器数控机床状态数据实时采集与监视系统的研究开发 ABSTRACTThe real-time acquisition, transmission, processing a nd analysis of shopfloor field data are the foundation of rapid decision-making and response in modern manufacturing enterprises. With the development of manufacture automation and enterprise information, the requirement of automatically collecting production information becomes more and more intense for enterprises. However, the variety, heterogeneity and the closed CNC system of NC machine tools make it difficult for enterprises to automatically collect information at manufacturing spots. Therefore, it will be very meaningful to study the data acquisition of NC machine tool.In this paper, the relations between main body, PLC and CNC of NC machine tool in the perspective of i n formation collecting are analyzed, and the realization technology and the advantages and disadvantages of the three collecting methods are researched, which are basing on standard communication interface、PLC、electrical circuit of NC machine tools. Then one realization technology, the method based on external PLC, which is based on the electrical circuit of NC machine tools is studied in detail, the process realizing data real-time acquisition of processing states of NC machine tools by this technique is analyzed, and general OPC client reading data from different OPC server is researched.Basing on this research, the general structure of Data Real-Time Acquisition and Supervision System of NC Machine Tool(NC-SCADA) is designed in this paper, which has two collecting function including the methods based on RS232 serial and external PLC. Several key techniques in realizing the s ystem are studied, and the NC-SCADA system is developed, which was applied successfully on the production line in Wheel and Tyre Plant of Maanshan Iron & Steel Co. Ltd. This system has characteristics of universality, expansibility and reusability.Finally, the whole paper is summed up and further work is looked forwared as well.Key Words:NC machine tool, Data Real-Time Acquisition, OPC, Electrical Circuit, Macroinstruction, PLC南京航空航天大学硕士学位论文 图 清 单图1.1 集中采集集中控制方式 (3)图1.2 分布采集集中控制方式 (3)图2.1 数控系统的组成 (9)图2.2 PLC、CNC和数控机床本体间的信号关系 (12)图2.3 PLC输入信号图示 (16)图2.4 PLC输出信号图示 (16)图2.5 直流输入信号典型电路 (18)图2.6 直流输出信号接口 (18)图2.7 负载为指示灯的信号输出电路 (19)图2.8 负载为继电器线圈的信号输出电路 (19)图2.9 NC-SCADA系统的总体设计 (22)图3.1 主轴正转控制梯形图 (28)图3.2 中间电路 (29)图3.3 主轴电机 (29)图3.4 润滑系统电气控制原理图 (30)图3.5 润滑系统的的PLC控制梯形图 (31)图3.6 OPC接口访问方式 (33)图3.7 服务器、组、对象三者之间的关系 (34)图3.8 OPC连接图 (35)图3.9 SQL Server 2000和Oracle数据库写入数据性能比较 (37)图3.10 三种方法的性能特性比较 (39)图4.1 基于外接PLC的数据采集方法的总体结构图 (45)图4.2 PLC的现场组态 (46)图4.3 DI16数字输入模块地址 (46)图4.4 数控机床继电器接线原理图 (47)图4.5 OPC服务器内部结构图 (48)图4.6 OPC服务器Item对象与数据源的关联 (49)图4.7 本地PC机和远程PC机之间的客户端和服务器基于COM的连接 (51)图4.8 客户端程序工作流程 (52)数控机床状态数据实时采集与监视系统的研究开发 图5.1 NC-SCADA系统的软件功能模型图 (56)图5.2 串口采集流程图 (58)图5.3 OPC服务器列表 (59)图5.4 通过连接点连一个接收器过程 (60)图5.5 订阅式采集流程 (61)图5.6 数据实时采集与监视系统的线程框架图 (64)图5.7 机床的日生产运作情况 (65)图5.8 OEE查询 (65)图5.9 机床电气柜的继电器线路图 (67)图5.10 设备引脚配置 (68)图5.11 系统的运行图 (69)南京航空航天大学硕士学位论文 表 清 单 表2.1 三种采集方法的优缺点 (21)表3.1 三菱系统地址变量 (25)表3.2 各信号组合对应的设备状态 (41)表3.3 六大损失的简单说明及其与OEE的关系 (43)表5.1 机床信号－继电器－PLC DI16地址三者之间的对应关系 (67)数控机床状态数据实时采集与监视系统的研究开发 注 释 表 １．缩写词 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition监视控制和数据采集系统DNC Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control直接数控或分布式数控NC Numerical Control 数字控制CNC Computer Numerical Control 计算机数字控制MES Manufacturing Executing System 制造执行系统OPC OLE for Process Control 过程控制对象链接和嵌入MRP Material Requirement Planning 物料需求计划MRPII Manufacturing Resource Planning 制造资源计划MAP Manufacturing Automation Protocol 制造自动化协议CAN Controller Area Network 控制器局域网LAN Local Area Network 局域网TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol传输控制协议/互联网协议OSI Open System Interconnect 开放互连系统ISO International Organization for Standardization国际标准化组织PLC Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器PMC Programmable Machine Controller 可编程机床控制器API Application Programming Interface 应用程序编程接口ODBC Open Database Connectivity 开放数据库互连MDI Manual Data Input 人工数据输入RV Receiver 信号接收器DV Driver 信号驱动器DSP Digital Signal Processing 数字信号处理BCD Binary Coded Decimal 二进码十进数HMI Human Machine Interface 人机接口承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
基于DSP的实时跟踪系统的软件优化策略
2007 年 1 月 重庆大学学报 ( 自然科学版 )Jan . 200 7*第 30 卷第 1 期J o u r na l o f Chongq i n g U n i v ers i ty( N at u r a l S c ien c e Ed i t i o n)V o.l 30 N o . 1文章编号: 1 000-582X ( 2007 ) 01 -00 93-04基于 D S P 的实时跟踪系统的软件优化策略陈 欣 1, 周继光2, 何 伟2, 张 玲2( 1. 北京航空航天大学 计算机学院; 北京 10 00 83; 2. 重庆大学 通信工程学院, 重庆 4 000 30 )摘 要: 由于 T M S 320C 6000 系列 D S P 具有独特的超长指令字 ( V L I W ) 结构, 芯片硬件功能能否充分发挥很大程度上依赖于软件的执行效率. 因此, 在用 D SP 进行实时跟踪系统的设计时, 软件的执行效 率将直接影响系统的实时性. 笔者深入研究了基于 D S P 的视频跟踪系统中软件优化的方法, 包括编译 器选项的设定、DSP 关键字和内联函数的使用、数据打包处理以及软件流水技术. 利用这些方法对系统 的软件进行优化, 解决了系统在处理过程中实时性差的问题, 从而提高了整个系统的稳定性.关键词: 实时; 效率; 优化; 软件流水; 内联函数 中图分类号: T P3 11. 5文献标识码: A在视频跟踪系统的设计中, 要使系统具有良好的实时性, 则要求系统能够对采集的数据进行及时处理, 而数字信号处理器 ( D S P )以其优越的性能成为此类设 计的首选. T I 公司的 T M S 320C 6000 ( 以下简称 C 6 000 ) 系列 D SP 是目前数字信号处理器中最常用的产品, 其独特的超长指令字 ( V L I W ) 结构 [ 1]决定了芯片的硬件 功能能否充分发挥在很大程度上取决于软件的执行效 率, 因此软件的优化就显得非常必要.1 D S P 软件的开发流程C o d e Co mposer S tud io ( CCS ) 是 T I 公司推出的一 个集成性D S P 软 件开发 工具. 在 一个开 放式的 插件 ( p l u g - i n) [ 2]结构下, CCS 内部集成了如代码生成器、软 件模拟器 ( S i m u lator)等软件工具, 开发者可以对软件进 行编辑、编译、调试、代码性能测试和项目管理等工作.代码产生工具构成了 CCS 集成开 发环境的基础 部件. 在编写和调试 D S P 软件时, 为了使其效率最高, 应该对软件进行分阶段编写和调试. 首先, 根据算法编 写 C 程序, 并在 CCS 环境下检验其正确性. 其次, 利用 各种优化方法对所编写的 C 程序进行优化. 最后, 如 果在优化过程中遇到某些程序段不能被优化, 而这些 程序段又对整个软件的性能造成很大影响, 那么就把 它们改写成线性汇编程序, 再用汇编优化器对其进行 优化. 软件的开发流程如图 1 所示.图 1 D S P 软件开发流程2 软件的优化策略对于 C 6 000 系列 D SP 来说, C 代码的效率是手工 编写汇编代码的 70% ~ 8 0% [ 3], 具体到某个特定算 法, C 代码的效率就与它的实现方法、算法类型、使用* 收稿日期: 200 6 - 11 - 05作者简介: 陈欣 ( 19 81- ) , 男, 北京航空航天大学硕士研究生, 主要从事数字图像处理研究.E -m a i:l rich a rd - ch e n - 22@ 1 63. com.94 重庆大学学报(自然科学版) 2 007 年的优化方法和变量类型等有直接的关系. 由于C6000系列的D S P主要用于高速实时系统, 所以优化的过程其实是通过提高硬件资源的并行利用率, 来提高程序的运行速度, 以减少程序运行的周期数.2. 1 编译器选项的合理使用C6000的C /C+ + 编译器支持标准C 语言, 并做了补充和扩展. 程序的优化需要开发者利用编译器反馈回来的信息不断修改源程序, 编译器再根据其所编程序内提供的信息和指定的编译选项来进行优化, 这是一个交互的过程. 编译器提供了大量的编译选项, 供开发者在编译时选择使用. 其中有部分选项是直接控制编译器优化过程的, 它们会直接影响代码的优化性能.下面列举几个直接影响软件优化性能的编译器选项:1)- o3 使程序得到最高程度的优化, 有了此选项, 编译器将执行各种优化循环的方法;2)–o i n使用- o3的时候, 编译器会将函数自动展开, 这样会增加代码的尺寸, –o i n选项将限制代码的尺寸, 即对函数展开的程度予以限制, 但保留- o3选项的其他优化功能;3)–pm 在程序级将代码优化, 它容许编译器对整个项目的所有源程序联合观测;4)–m sn 限制代码尺寸, 它将在性能优化和代码尺寸之间作折中选择;5)–g 使能符号调试和汇编源语句调试;6)–s 要求内部对照C 源程序和汇编语句. 与- g选项一样将增加代码尺寸, 降低执行速度;7)–k 有了它, 编译器将保留编译过程中的. as m文件, 用户可以根据需要查看. as m中的信息.用户可以根据需要在CCS的Bu il d o p t i o n s中自行设置编译选项, 如图2所示. 其中上述前3个选项是用于性能优化的, 而后面几个除- k 外, 在优化性能的重要场合尽量避免使用, 因为它们将限制代码优化. 在使用- o3选项进行优化编译时, 应尽量联合使用- p m 选项. 因为- pm 是程序级优化, 在程序级优化中, 所图 2 编译器选项的设置有源文件都被编译到一个中间文件里, 编译器在编译的时候可以从整个程序的角度来观察, 有利于总体性能的优化. 2. 2 D S P关键字的使用为了使代码效率最高, 编译器将尽量安排指令并行执行. 但并非所有的指令都可以并行执行, 只有2条指令的执行顺序不相关时, 编译器才安排它们并行执行. 如果编译器不能确定2条指令的顺序相关性, 它将采取保守的做法, 把它们安排为顺序执行, 这样就降低了代码的效率. 鉴于此, 在优化的过程中, 将顺序不相关的指令用一个关键字restrict来标识, 告知编译器它们是独立的, 可以并行执行. 如:V o id su b ( ch ar * restr i c t sub, ch ar * restrict x, ch a r* restrict y){i n t,i n;f o r( i= 0; i< n; i+ + )sub[ i] = x[ i] - y[ i];}其中* x和* y用关键字restrict标识, 告诉编译器它们是独立的, * su b也不会指向它们的存储区域, 因此可以同时进行多个数据的读取和求差, 不会因为指针的相关性而产生混乱.2. 3 内联函数的使用C6000编译器提供了许多内联函数( i n tri n s i c s). 用这些内联函数来替代复杂的C 程序, 可以使其执行效率大大提高. 内联函数是直接与汇编指令映射的在线函数, 在函数名前加一个”_ 特别标注, 其使用方法与函数调用类似, 可以使用C 程序中的变量. 有些汇编指令的功能用C语言直接实现并不容易, 但这些汇编指令都有对应的内联函数, 每一个内联函数的功能与对应的汇编指令完全相同.例如: 进行有符号加法[ 4] .1)一般的C 程序:i n t sadd ( in t a, in t b);{ i n t resu l;tresu l t = a+ b;if ( ( ( a ^ b)& 0x80000000) = = 0){if ( ( resu l t ^ a) & 0x80000000)R esu l t= ( a< 0)? 0x80000000 : 0x7f fffff;f}retu r n(resu lt);}2)使用内联函数的程序:i n t a, b , resu l t;resu lt = _s add(a, b);第 3 0 卷第 1 期陈 欣, 等: 基于 D S P 的实 时跟踪系统的软件优化策略953 ) 汇编程序:ADD . L a, b , resu l t.3 个程序对比表明, 单纯用 C 语言写的程序复杂, 执行它需要多个指令周期, 而用内联函数编写的程序 结构简单. 内联函数和汇编指令间的映射关系很明确, 效率高, 因此, 在编写 C 程序的时候应 尽量使用内联 函数, 提高程序的执行效率. 2.4 数据打包处理所谓的数据打包处理是指使用宽长度的存储器访 问短字长的数据. D SP 访问存储器是很耗时的, 这也是 影响系统实时性的一个重要因素. 对系统进行优化, 就 要提高 D S P 的数据处理速率, 因此要求一条存取指令 能够对多个数据进行操作. 比如用整型字 ( 32 位 ) 一次 访问 2 个短整型 ( 16 位 )数据, 或者一次访问 4 个字符 型 ( 8 位 )数据.例如, 在视频跟踪系统中取当前指针处 2 ! 2 区域 的像素值 (每个像素值为 8 位 ), 可以这样做:_a m e m 2 ( & P[ 0 ] ) = _ a m e m 2 _c o n s t ( S r c );_ a m e m 2 ( & P [ 2 ] ) = _ a m e m 2 _ c o n st ( S rc - W i d t h ) ;其中 _a m e mn (* p t r ) 是一类与存储器操作有关的 内联函数, 其中 n 可以是 2, 4 或 8, _ a m e m 2 ( ) 表示有 边界调整的半字 ( 16 位 ) 读取或存储, _ a m e m 4 ( ) 表示 有边界调整的字 ( 32 位 ) 读取或存储, _ a m e m 8 ( ) 表示 有边界调整的双字 ( 6 4位 )读取或存储. _ a m e m 2 _ c o n st ( ) 与 _a m e m 2 ( ) 的区别在于前者只能读取数据, 而后 者既可以读取也可以存储数据.上例中, 利用数据打包处理便可以一次取 2 个像 素点的值, 这样只要对区域内的 4 个点读取 2次即可, 使访问存储器的时间减少了一半. 同样, 若按照字 ( 32 位 ) 存取, 访问内存的时间只有原来的 1 /4.可见, 当要对存储器内连续存储的多个短字长的 数据进行运算时, 可以通过数据打包一次性对多个数 据进行读取或存储, 减少了对内存的访问次数, 提高了 系统的实时性, 这种数据处理方式对视频跟踪系统的 效果有显著改善. 2. 5 软件流水技术除了访问存储器耗时之外, 程序中的循环是影响 系统实时性的另一个因素, 尤其是当循环迭代的次数 很多时, 会使程序的执行效率降低, 所以对循环代码的 优化也是程序优化必不可少的部分. 软件流水技术就 是专门用于优化循环代码的, 它是一种用来设置循环 内指令的运行方式, 使循环的多次迭代能够并行执行 的一种技术.图 3 是用来解释软件流水 技术优化循环 的示意 图 [ 5-6]. 图中 A 、B 、C 、D 和 E 表 示一次迭代中 的各指图 3 软 件流水技术示意图令. 1、2、3、4 和 5 分别代表各次迭代的序号, 同一行中 的指令是同一周期内能够并行执行的指令. 显然, 图中 在同一周期内最多可以执行 5 次迭代的不同指令 ( 中 间阴影部 分 ). 阴影部 分称 为循 环核 ( K erne l ) , 核 内 5 次迭代的不同指令并行执行.值得注意的是, 如果循环次数较多, 则以核方式并 行运行次数就多, 这对程序优化有利. 相反, 如果循环 次数过少, 则软件流水未能建立, 不便用此技术.在优化程序时, 开发者通过对编译器选项进行设置 来告知编译器是否采用软件流水技术, 而不是直接在程 序中完成软件流水的编写. 对于程序优化而言, 我们关 心的是如何改进 C 代码, 使其更方便地使用软件流水技 术. 所以, 在编写 C 程序时, 要考虑 3个方面的问题:1 ) 循环次数循环次数是指程序内循环的执行次数. 循环计数 器用来对每次迭代进行计数, 当循环计数器达到循环 次数时, 循环结束. 软件流水结构必须设定一个安全循 环迭代次数, 以保证软件流水能够顺利进行.2 ) 循环展开循环展开是指把程序中的小循环迭代展开, 以增 加可以并行执行的指令数, 从而改进流水编排. 编译器 只对程序的内部循环执行流水操作, 对于多层的循环 嵌套, 只有最内层的循环可能采用软件流水. 循环展开 可以由编译器自动执行, 也可以由用户自己展开.3 ) 限制条件 当然, 并不是所有的内循环都可以采用流水技术, 下面是软件流水技术对循环的限制:∀ 循环中不能包含函数的调用, 内联函数除外. # 循环中不能有条件中止、跳转等使循环提前结 束的指令.∃ 循环计 数必 须能转 化为递 减计数, 且 到 0 时 终止.%循环体内不能有复杂的条件代码, 且代码的尺 寸不能太大.96 重庆大学学报(自然科学版) 2 007 年3 实验结果分析图4和图5分别表示视频跟踪系统中软件优化前后的热像跟踪效果图. 当实时跟踪系统达到设计要求时, 目标应该被稳定地限定在波门[ 7] 之内(如图5), 而图4所示的效果说明, 由于系统的软件没有进行优化, 致使整个系统的实时性下降, 波门无法稳定地跟随目图 4 软件优化前的跟踪效果图 5 软件优化后的跟踪效果标运动, 从而造成跟踪目标丢失. 当系统软件按照如上方法进行优化之后, 其运行速度大大提高, 从而提高了系统的实时性, 克服了波门滞后于运动目标的缺点. 从实际的跟踪效果来看(图5), 系统不仅可以稳定地跟踪目标, 而且能适应目标的运动变化.4 结语在用TM S320C6000系列D S P进行视频跟踪系统的设计中, 对软件优化方法进行了深入研究, 并对系统软件进行了反复优化测试, 结果表明, 优化后的软件执行速率比优化前提高了10倍以上, 从根本上解决了系统最初在跟踪过程中的实时性差的难题, 整个系统的稳定性也得到很大提高, 实际的跟踪效果表明, 系统完全达到了预期的设计要求.参考文献:[ 1 ]张雄伟, 陈亮, 徐光辉. DSP 芯片的原理与开发应用( 3 版) [ M ].北京: 电子工业出版社, 2 003.[ 2 ]彭启琮, 李玉柏, 管庆. DSP 技术的发展与应用[ M ].北京: 高等教育出版社, 20 02.[ 3 ]李方慧, 王飞, 何佩琨. TM S32 0C6 00 0系列D S Ps 原理与应用( 2 版) [M].北京: 电子工业出版社, 200 3.[ 4 ]彭启琮, 李玉柏. DSP 技术[M] . 成都: 电子科技大学出版社, 1 99 7.[ 5 ]T E XA S I N S TRUM ENTS. TM S32 0C600 0op ti m i z i n g co m p ileru s er&s g u i de[ EB / O L].[ 2 006-12-30 ].h ttp: www. t .i cm /. [ 6 ]T E X A S I N STRUM E NT S. TM S32 0C600 0p r og ra mm er&s gu i de [ EB /OL ]. [ 200 6-12-30 ]. h t tp: / /ww w. seedd s p. co m /. [ 7 ]景晓军, 周贤伟, 付娅丽. 图像处理技术及其应用[M] . 北京: 国防工业出版社, 20 05.M e t hod s of Sof t w a r e Opti m iz a t ion i n R e a l- ti m e T r a c k i n gSyste m Based on DS PCHEN X i n1, ZHO U J i-g ua ng 2, HE W e i2, ZHANG L i n g 2( 1. S c h oo l o f C o m p u t er S c ien c e & En g i n e ering, B eihan g U n i v ers i ty, B eiji n g 100083, Ch i n a;2. C ollege o f C o mm un i cation En g i n e eri n g, C h o n g q i n g U n i versity, C h o n g q i n g 400030, Ch i n a)A b s t ract:T h e D S P( d i g ita l s i g n a l p r ocessor) of T M S320C6000 series, h a s a specia l structu r e V L I W( very l o ng ins t ru c- t i o n w o rd), wh ich m akes th e f un c ti o n s o f h a r dw are d e pend on th e e ff icien c y of soft w are. T h e refore, w h e n D SPs o f t h is series are used to design a rea l-t i m e track i ng syste m, th e execu ti n g e ff icien c y of s o ft w are w ill d i rectly affect the rea l-t i m e speciality of the s y s te m. S e v era lm eth o d s o f o p t i m i z ing s o ft w are b a sed on C6000 D S P s are research e d, i n c lud i n g ch o o- s i n g co mp iler o p t i o ns, use of DS Pk e y w o r d s an d i n t ri n s i c s, d a ta packed and s o ft w are p i pelin i ng. O p t i m i z i ng soft w are o f t h e w h o le syste m by u s i n g t h e se m eth o d s, p r i m ely can s o lve th e p r ob le m o f b a d real-t i m e i n p r o cess i n g. C o n s equ e n t ly, t h e s t ab ility of the w h o le s y s t e m is i m p r oved.K ey w o r d s: real-t i m e; e ff ic i ency; o p t i m i z at i o n; s o ft w are p i pe li n i n g; i n t ri n s i c(编辑姚飞)。
基于DSP的工业缝纫机控制系统设计
基于DSP的工业缝纫机控制系统设计
引言
传统的工业缝纫机，主轴驱动大多采用离合器电机，缝制过程中的动作都靠机械和人工配合完成，存在效率低、体积大、调速范围窄、位置控制难、自动化程度低。
另一方面，传统的工业缝纫机，由于主轴驱动靠离合器电机，通电后不管机器是否正处于缝制状态，电机都一直在高速运转耗电，不能实现有缝制动作时机器运转，没有缝制动作时机器停止，从而造成了大量电能浪费。
近年来德国杜克普(DURKOOP)，日本重机(JUKI)，日本兄弟(BROTHER)
等国外公司，相继推出了缝纫机电脑控制系统，实现了缝制动作的自动化，大大提高了工作效率，降低了能耗，深受市场欢迎，但其价格一直居高不下，国内一般企业很难承受。
为此开发低能耗、高可靠性，能实现较宽的调速范围、精确快速的位置控制并且价格低廉的高速工业缝纫机控制系统，替代进口，将会具有很好的市场前景。
系统设计
系统设计完成的是整体电控缝纫机的总体技术方案，它是完成电控缝纫机设计的最关键的一个步骤，该电控系统主要包括控制器、驱动器、电机、编码器、传感器、电磁铁等几个部分，系统框图如图1所示。
控制器
图1的控制器作为工业缝纫机控制系统的核心，一方面产生伺服电机驱动信号，送给驱动器控制缝纫机完成定针位，并完成各种不同线迹的控制功能，另一方面产生开关信号给功率开关电路，完成缝纫机的剪线、拨线、前后加。
基于DSP的嵌入式实时操作系统的研究
ｋ啪ｃｌ ３． 卢Ｃ，ＯＳ－ＩＩ
ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｍｍ ｔ淞ｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，
ｉｎｔｅｒｔａｓｋ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｉｍｃ ｍａ｜Ｉａｇｅｍｅｎｔ，ｉｎｔｅｍｌｐｔｓ Ｍａｎａｇｃｍｅｎｔ．
４． Ｔｏ ｐｏｒｔ ｐＣ／ＯＳ－ＩＩ ｓｙｓｔｅｍ ｋｅｍｅｌｔｏ １ＭＳ３２０ｃ５４０２ ＤＳＰ，ｐａｎｓ ｏｆ∥Ｃ／ＯＳ—ＩＩ
ｆｏｕｎｃｔｉｏｎ．
５． Ｅｘｐａｎｄ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｏｍｅ ｆｏｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ肛Ｃ，ＯＳ－ｌＩ．Ｔｈｅ ｄｒｉＶｅｒ ｏｆ ｔｈｅ
ｐｅＴｉｐｈｅｒａｌ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｒｃ ｐｒｏ罟即ｍｍｅｄ，ｗｈｉｃｈ印ｅｅｃｈ ｅｎｃｏｄｃｒ ｉｓ ｒｃａｌｉｚｃｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ；
ＤｓＫ（ＤＳＰ Ｓｔａｒｔｅｒ尉ｔ）开发板和Ｃｃｓ汹ｄｅ ｃｏｍｐｏｓｅｒ ｓｔｕｄｉｏ）２．０集成开发环境，成功
地移植了Ⅳｃ／Ｏｓ－Ⅱ内核，最后对ＦＣ／Ｏｓ．Ⅱ傲了一些的扩展和改进。 具体内容安排如下： 第一章介绍了嵌入式实时操作系统的历史发展，未来前景及在国内的现状。
列举了四种常见的嵌入式实时操作系统。 第二章对嵌入式实时操作系统的分类和主要理论知识进行了研究，涉及到任
ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ．
２．Ｔｈｅ ＥＲＴＯＳ’ｓ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔａｉｌｓ ａｒｃ ｉｎｔｆｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔａｓｋ，
ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ，ｒｅｅｎｔｒ姐ｃｙ’ｐｆｉｏｒｊｔｙ，ｍｕｔｕａｌ ｅｘｄｕｓｉｏｎ，ｄｅａｄｌｏｃｋ姐ｄ ｓｏ ｏｎ．
Ｉｌ
第一章绪论
第一章绪论
１．１引言
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统…。 它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式软件三部分组成，用于实现对 其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统的概念出现在２０世纪７０年代。 当时，由于嵌入式软件开发大多数是基于处理器直接编写，不能将系统软件和应 用软件分开处理，它只能应用于某种特定的微处理器，这导致了嵌入式软件开发 周期长，重复劳动严重，可移植性差等不足。随着嵌入式系统中软件比重不断上 升，应用程序越来越大，也越来越复杂，对开发人员、应用程序接口、程序档案 的组织管理成为一个大的难题，可以说传统的开发模式已经严重制约了嵌入式软 件的发展。嵌入式实时操作系统（ＥＲＴＯｓ）的引入相当于引入了一种新的开发与管 理模式。很好的解决了上述问题。
ERP系统中基于DSB的数控机床实时监测系统设计
ERP系统中基于DSB的数控机床实时监测系统设计
杜道山;李从心
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2004(000)011
【摘要】某企业ERP(Enterprise Resource Planning)系统对数控机床监测提出了较高的要求:在数控系统PLC和机床之间截取信号,数据采集量大,更新ERP数据库迅速,实时性能要求高,采集过程中不能影响数控机床的正常工作.这里采用TI公司的TMS320LF2XXXA系列DSP芯片构建数据采集监控系统,信号预处理系统很好地实现了数控系统和数据采集系统的电平匹配和电气隔离,输出系统采用串行通讯和TCP/IP数据传输方式将数据写入ERP系统数据库,在现场取得了良好的效果.【总页数】3页(P124-125,8)
【作者】杜道山;李从心
【作者单位】上海交通大学塑性成形系,上海,200030;上海交通大学塑性成形系,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.ERP系统中基于单片机的数控机床实时监测系统设计 [J], 杜道山;田秀英;李从心
2.基于Android系统的数控机床实时监测研究 [J], 李行;李波;韩燕
3.基于信息熵的数控机床砂轮电动机电流实时监测 [J], 焦阳;李郝林
4.基于视频图像的运动训练中幼儿体质状况实时监测系统设计 [J], 常青
5.基于PLC的数控机床电气自组合机床中的PLC电气控制系统设计和应用 [J], 王丽君
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ERP系统中基于单片机的数控机床实时监测系统设计
文章编号:1001-4934-(2003)06-0014-03ERP 系统中基于单片机的数控机床实时监测系统设计杜道山1,田秀英2,李从心1(11上海交通大学 塑性成形工程系,上海 200030;21南阳石油机械厂 销售部,河南 南阳 473065)摘 要:企业ERP(E nterprise Resource Planning)系统为了对数控机床进行监测,要求在数控系统PLC 和机床之间载取信号,数据采集量大,更新ERP 数据库迅速,实时性能要求高,采集过程中不能影响数控机床的正常工作,这里采用A TMEL 公司的89C51单片机构建数据采集监测系统,信号预处理系统很好地实现了数控系统和数据采集系统的电平匹配和电气隔离,输出系统采用串行通讯和TCP P I P 数据传输方式将数据写入E RP 系统数据库,在现场取得了良好的效果。
关键词:ERP 系统;单片机;数控机床;实时监测系统中图分类号:TP273 文献标识码:BAbstract :In ERP system,NC machines are rea-l time watched on.So lots of signals in NC syste m,espe -cially in PLC,should be rapidly gained.At the same time,the NC machines can run well.Here,89C51made by ATMEL Co.is used to design the monitoring system.In the system,before the signal form the NC system is imported to 89C51,it has been processed in order that it can be received by 80C51,and the processed signal has been already insulated with the signal from the NC system.So,The relation betweenthe NC system and the NC machine is not affected by the monitoring system.Though RS232,RS484serial protocol and TCP P IP protocol,datum gained by 89C51can be send to the database in ERP syste m.The system has been practiced very well.Key words :ERP system;DSP -chip;numerical controlled machine;real time monitoring syste m0 引言企业管理的现代化引发了对ERP(企业资源计划)工程系统的需求,其基本思想是把企业的业务流程看作是一个紧密联接的供应链,并将企业内部划分成几个相互协同作业的支持子系统,如财务、市场营销、生产制造、服务维护、工程技术等[1],其中也提高了对设备管理的要求,诸如设备的工作状态,设备的运行状况,设备的利用效率等,本文就是针对对企业E RP 设备管理系统中数控机床的监测系统作的设计研究。
基于DSP的电气在线监控系统的设计及实现的开题报告
基于DSP的电气在线监控系统的设计及实现的开题报告1.研究背景随着现代工业的发展和能源需求的增加，大型电气设备的使用越来越广泛。
然而，这些设备在长时间工作后容易出现故障，从而导致生产停滞和经济损失。
鉴于这种情况，电气在线监控系统越来越受到广泛关注，因为它可以有效地监测和诊断电气设备的健康状况，及时排除潜在的故障风险，降低生产成本和提高生产效率。
2.研究意义开发基于DSP的电气在线监控系统，可以提高设备的稳定性和可靠性，有效地防止意外故障的发生，减少停机时间和维修费用。
此外，该系统实现可远程监控和无线传输，方便管理监控，并且具备良好的实时性和可视化效果。
3.研究目的本研究的目的是设计一种基于DSP的电气在线监控系统，该系统可以实时监控电气设备的状态，通过相关数据分析和预处理，快速发现问题和异常情况，并做出相应的判断和措施。
此外，系统还应该兼具高效、稳定、可靠、易用等特点。
4.研究内容本研究主要涉及以下内容：（1）基于DSP的数据采集与处理从电气设备中获取关键的运行参数数据，例如电流、电压、温度、振动等，并通过DSP进行实时处理，确保数据的准确性、完整性和稳定性。
（2）算法设计和模型建立根据采集到的实时数据，采用相关算法和方法，建立电气设备的健康状况判定模型，并提供高效的数据处理和诊断功能。
（3）系统框架设计和实现根据需求和功能设计一套完整的电气在线监控系统框架，包括硬件配置和软件功能实现，并且可以实现与其他系统间的无缝集成。
（4）性能评估和数据分析对系统进行全面的测试和评估，测试结果及数据分析，为系统的优化和改进提供参考和支持。
5.预期成果本研究的预期成果包括：（1）一套基于DSP的电气在线监控系统框架。
（2）一套高效、稳定和可靠的数据采集、处理和诊断算法。
（3）一套完整的系统测试和评估文档，评估结果和数据分析。
6.研究方法本研究主要采用如下研究方法：（1）文献调研法，搜集和整理电气在线监控系统相关的文献和资料，进行综述和归纳。
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ERP 系统中基于DSP 的数控机床实时监测系统设计杜道山,李从心(上海交通大学塑性成形系,上海200030)摘要:某企业ERP (Enterprise Resource Plannin g )系统对数控机床监测提出了较高的要求:在数控系统PLC 和机床之间截取信号,数据采集量大,更新ERP 数据库迅速,实时性能要求高,采集过程中不能影响数控机床的正常工作。
这里采用TI 公司的TMS320LF2XXXA 系列DSP 芯片构建数据采集监控系统,信号预处理系统很好地实现了数控系统和数据采集系统的电平匹配和电气隔离,输出系统采用串行通讯和TCP /IP 数据传输方式将数据写入ERP 系统数据库,在现场取得了良好的效果。
关键词:ERP 系统;DSP 芯片;数控机床;实时监测系统中图分类号:TP273 文献标识码: 文章编号:1001-3881(2004)11-124-2Real -time Monitoring S ystem Based on DSP forNumerically Controlled Machine in ERP S ystemDU Dao -shan ,LI Cong -xin(Shanghai JiaoTong University ,Shanghai 200030,China )A bstract :In ERP system ,numerically controlled machines are real -time watched on .So ,lots of signals in NC system ,especially in PLC ,should be rapidly gained .At the same time ,the NC machines can run well .Here ,TMS320LF2XXXA DSP chip made by TI Co .was used to design the monitoring s y stem of numerically controlled machines .In this system ,before the signal from the NC s y stem is imp orted to DSP ,it is processed so it can be received by DSP chip ,and the processed signal is already insulated with the signal from the NC system .So ,the relation between the NC system and the NC machine is not affected by this monitoring system .Through RS232、RS484serial protocol and TCP /IP protocol ,datu m gained by DSP can be sended to the database in ERP s ystem .This s ystem has been practiced very well .Keywords :ERP system ;DSP -chip ;Numerically controlled machine ;Real -time monitorin g s ystem 企业管理的现代化引发了对ERP (企业资源计划)工程系统的需求,其基本思想是把企业的业务流程看作是一个紧密联接的供应链,并将企业内部划分成几个相互协同作业的支持子系统,如财务、市场营销、生产制造、服务维护、工程技术等[1],其中也提高了对设备管理的要求,诸如设备的工作状态,设备的运行状况,设备的利用效率等,这篇文章就是针对企业ER P 设备管理系统中数控机床的监测系统进行的设计研究。
1 数控机床监测系统设计数控机床的组成一般如图1所示[2]。
图1 数控机床组成图其中数控装置就是机床的NC 系统,它和强电装置的连接是通过数控系统控制的可编程控制器(PLC )完成的,PL C 输出例如主轴变速、换向、启动或停止,刀具的选择和更换,工件的加紧或松夹,切削液的开关等信号,经过功率放大就可以直接驱动相应的执行元件,例如接触器、电磁阀等,从而实现数控机床的加工过程。
为了能够远程随时监测机床的工作状态和运行状况,就需要将这些信号采集下来,送到ER P 系统服务器的数据库中去,以备查询和应用,同时采集的过程还要不影响数控机床的正常运行。
基于以上的要求,研究设计了如图2所示的监测系统。
下面分别对系统各个单元特性进行分析。
图2 数控机床监测系统组成图1.1 数据信号输入预处理及电气隔离单元工业控制信号都有一定的标准,一般的电器特性是:把-20～3.2V 作为“0”,而把13～30V 作为“1”,例如HEIDENHAIN TNC351/355等系列数控系统的数字控制信号是0V 或者24V 左右,电流大小为4～9mA ;而后继电路中,作为电压跟随的运算放大器为5V 的COMS 电平,DSP 芯片为3V 的COMS 电平。
所以,这个单元所处理的任务就是使用高阻抗分压以匹配电平,截取信号送入后继的运算放大器,同时尽量减少所截取信号的电流以满足不影响PLC 和机床伺服驱动单元之间正常的信号传递工作,如图3。
运算放大器的正常工作索取的信号电流很小,只需要几十个微安的电流,可以做到不影响数控机床的正常工作。
为减少由于监控数据采集系统故障造成对数控机床的影响,以免造成重大的损失,两部分间的电气隔离必不可少的。
电气的隔离采用运算放大器实现,如图3 信号预处理 和电气隔离图3所示,利用运算放大器是电压型器件并且输入阻抗很高(可以达到1012Ψ)的特点,可以用运算放大器构成电压跟随器来实现,如LM324单端电源运算放大器(图中只显示一路信号)。
1.2 模拟量信号输入以及滤波处理对模拟信号的采集要求是采集系统的输入阻抗越大越能够减少对输入信号的影响,同时也可能要对所采集的信号进行放大处理,所以这里也采用输入阻抗足够大的运算放大器。
如图4所示,由机床传感器输出的模拟量信号经过滤波和增益电阻输入运算放大器,经过运算放大器以后,再次滤波,就可以送入DSP 的A /D 转换模块。
图4 模拟量输入及处理原理图1.3 DSP 信号采集和处理单元由于要采集几百路的信号,同时要使用A /D 转换完成模拟量的采集,这里采用了TI 的TMS320LF2XXXA 系列DSP 控制芯片来完成。
这种芯片采用3.3V 低压电源,功耗小,拥有40MIPS 的指令执行速度,指令执行周期缩短到25ns ,实时采集性能很好,多达41个I /O 端口,使用很简单的电路就可以采集几百路的数据信号,片上16通道10位A /D 转换器,转换时间只有500ns [3～5]。
图5DSP 对信号的采集以及数据发送ERP 服务器原理图在预处理后得到0～5V 的信号进入DSP 之前,要进行电平的转换,把信号转换成DSP 所能够接受的3.3V 电平,利用总线收发器LVC16245就能够实现这种功能,同时也能够解决读取信号的选择问题,DSP的16个I /O 端口作为预处理以后信号的输入口,选择其他的I /O 口作为LVC16245的片选信号,决定读入哪16路的信号。
通过片选扫描,就可以依次读入所有要采集的信号。
在上述处理过的模拟信号也可以直接送入DSP 的A /D 转换模块,如图5所示。
程序方面,例如采用DSP 的PCD ATDIR 以及PE -DATDIR 共16路端口读取数据,将PFDATDIR 作为片选输出端口,用下面的C 语言子程序就可以读出16路数据送入存放数据的数组send _data []。
void r ead _data (unsigned int flag ){unsigned int number ,data _por t ,i ;number =16＊(flag -1)+1;data _port =(＊PCDATDIR )&(0x00ff );data _port +=(((＊PEDATDIR )&(0x00ff ))<<8);for (i =0;i <16;i ++){send _data [i +point ]=(port &0x0001);data _port =(data _port >>1);}}通过下面的片选信号,就可以依次读出各路数据,执行循环,就可以定时读取所有信号,程序编写方面也很简单方便。
While (1){＊PFDATDIR =0xfffe ;read _data (1);＊PFDATDIR =0xfffd ;read _data (2);……}1.4 发送数据到ERP 系统数据库为了使ERP 系统使用者能够监测和查询数控机床的工作状态和运行状况,DSP 采集到数据以后,要把数据送入ERP 系统数据库,可以有两种方案来完成:一种是采用RS232串行通讯协议或者RS485串行通讯协议,将采集的数据送入机床附近的本地机,然后由本地机通过网络送入ERP 服务器数据库;另一种方案在本系统中加入网络通讯协议,通过网络直接送入ERP 系统数据库。
这样,通过网络数据库就可以使企业中各个位置的人员都能够监测和查询机床的工作状态、运行状况,还可以统计机床的利用情况。
2 结论(下转第8页)个截面圆心的三维世界坐标,最后估算出整个圆轴的中心偏移。
2.3 圆度误差非接触检测特点目前的圆度误差非接触检测方法主要是基于计算机视觉技术。
相比传统圆度误差检测技术,圆度误差视觉检测技术还处在初步阶段,应用对象还只限于圆形截面的圆度检测,技术实施还不完善。
而且,通用的圆度检测视觉系统还不存在,都只是对具体应用对象制定具体的视觉系统。
虽然非接触圆度误差检测还不成熟,但是它具有以下优点:(1)视觉检测系统柔性高,可以通过组合不同模块,适应不同的应用;(2)视觉检测速度快,精度高,受环境影响小;(3)视觉检测适合在线100%检测,容易与整个生产系统集成;(4)适用于精密零件的无损检测;(5)视觉检测系统成本低。
3 圆度误差检测的总结与展望在工程生产中,还多采用游标卡尺、千分尺、光学比较仪等测量孔、轴直径的两点法来测量圆度误差。
两点法测圆度不符合圆度的定义,仅为一种近似测量方法。
但因测量简便,所以在生产中比较常用。
在现场使用手工两点法测量圆度误差,受到方法和人为因素的限制,如:人读数误差、人易疲劳等诸多因素,常常会引起测量的人为误差。