基于嵌入式技术的数控雕刻机控制系统研究与开发

论文摘要

数控雕刻机是一类特殊的数控机床,主要用于木工、美工等加工领域。随着社会的进步,数控雕刻技术得到了日益广泛的应用,但是目前国内市场上的雕刻机存在着精度差、功能单一、人机接口不友好等缺点,因此如何研制出性价比高、雕刻品质好、操作人性化以及便于维护的嵌入式数控雕刻机显得尤为重要。本文采用嵌入式数控技术,研究、设计和开发了一套嵌入式数控雕刻机控制系统。首先,对嵌入式数控雕刻机的国内外研究现状以及发展趋势进行了研究,在此基础上阐述了本系统所需基础理论,包括嵌入式系统理论、雕刻插补算法原理以及雕刻机速度控制方法等算法。其次,根据数控雕刻机的性能和功能需求,完成了系统硬件、软件平台的设计和开发。在硬件平台设计上,提出了一种以ARM9为主控芯片、FPGA为协处理器的硬件平台方案,重点进行了USB、网络接口等接口电路设计;在软件系统设计方面,参考目前嵌入式数控雕刻机的主流方案,选用Windows CE作为嵌入式操作系统,依据嵌入式数控雕刻机的性能和功能需求,对操作系统进行了定制、裁剪,开发了操作系统的启动加载程序,完成了定制嵌入式操作系统成功移植到系统硬件平台上。最后根据雕刻机所要求的功能需求,开发和实现了数控雕刻机应用程序。本文所开发的控制系统经过某合作企业装机测试,系统达到了设计需求所提出的技术指标,经过实际切雕加工证明,机床的雕刻精度、加工效率达到了设计要求,并且在系统性价比、操作便捷性等方面较传统产品均有较大的提高。与本控制系统配套的嵌入式数控雕刻机已小批量生产且出口到国外市场。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 数控雕刻机国内外研究现状
• 1.2.2 数控雕刻机发展趋势
• 1.3 主要研究内容及文章结构
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 文章结构
• 第二章 控制系统基础理论
• 2.1 BSP 基础理论
• 2.1.1 BSP 理论概述
• 2.1.2 BootLoader 基础理论
• 2.2 插补原理
• 2.2.1 逐点比较法直线插补原理
• 2.2.2 数字积分法直线插补原理
• 2.3 加减速控制方法
• 2.3.1 直线型加减速控制法
• 2.3.2 S 型加减速控制法
• 2.3.3 指数型加减速控制法
• 2.4 本章小结
• 第三章 控制系统总体设计
• 3.1 嵌入式系统开发的基本流程
• 3.2 控制系统性能需求
• 3.3 控制系统开发流程
• 3.4 控制系统总体方案设计
• 3.4.1 控制系统硬件方案设计
• 3.4.2 控制系统软件平台的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 控制系统硬件设计
• 4.1 控制系统硬件总体架构
• 4.2 电源电路设计
• 4.3 复位电路设计
• 4.4 接口电路设计
• 4.4.1 USB 接口电路设计
• 4.4.2 网络接口电路设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 控制系统软件平台移植
• 5.1 BootLoader 的移植
• 5.1.1 BootLoader 启动流程
• 5.1.2 Bootloader 的第一阶段开发
• 5.1.3 Bootloader 的第二阶段开发
• 5.1.4 BootLoader 配置文件
• 5.1.5 BootLoader 移植
• 5.2 操作系统的定制与移植
• 5.2.1 操作系统定制
• 5.2.2 操作系统的移植
• 5.2.3 LCD 显示修改
• 5.3 本章小结
• 第六章 控制系统应用程序开发
• 6.1 程序总体结构
• 6.2 应用程序主流程
• 6.3 键盘和FPGA 消息接收
• 6.4 数据的读入与输出
• 6.4.1 数据的读入
• 6.4.2 脉冲信息输出
• 6.5 整机加工实验
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果