摘 要：傳統(tǒng)的電液比例控制系統(tǒng)雖然價格低廉，但是其使用性能不高，針對這種情況，本文提出了一種基于ARM的電液比例控制液壓系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用ARM內(nèi)核微控制器LPC2292和電機驅(qū)動芯片LMD18200作為核心的硬件電路，并對 uC/OS-II操作系統(tǒng)在ARM上的移植過程進行簡要說明。

關(guān)鍵詞：ARM 電液比例控制液壓 uC/OS-II

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0065-01

電液比例控制系統(tǒng)具有安裝方便、系統(tǒng)的控制精度高、抗污染能力較強等優(yōu)點，使得該系統(tǒng)在工程機械中倍受親睞，引用領(lǐng)域越來越多。8位和16位的單片機是傳統(tǒng)電液比例控制系統(tǒng)中常用的控制器，這種控制器受到單片機運算和處理數(shù)據(jù)能力低的影響，系統(tǒng)的運算速度、安全性、可靠性都比較差。針對以上缺點，本文選用了飛利浦公司研發(fā)生產(chǎn)的ARM內(nèi)核微處理器LPC2292作為控制器，驅(qū)動器選用了專用的電機芯片LMD18200，操作系統(tǒng)采用了 uC/OS-II，使電液比例控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和運算速率得到顯著的提高。

1 系統(tǒng)的工作原理

電液比例控制系統(tǒng)的工作原理是：系統(tǒng)依據(jù)外界輸入的電信號的強弱，按照比例連續(xù)的控制液壓系統(tǒng)的壓力大小、流量多少以及流動方向等相關(guān)方面的參數(shù)。比例電磁鐵和電液比例閥是構(gòu)成電液比例控制系統(tǒng)的最重要的部件，在比例電磁鐵和電液比例閥的基礎(chǔ)上附加一些輔助執(zhí)行機構(gòu)來構(gòu)成完整的系統(tǒng)。開環(huán)控制是在工程機械中常常采用的控制方法，只將電流采用閉環(huán)系統(tǒng)以達到輸出量穩(wěn)定的效果。人們對電液進行比例控制最常用的技術(shù)是PWM技術(shù)，PWM技術(shù)的實質(zhì)是通過調(diào)節(jié)占空比的方法來達到改變電磁鐵平均電流的目的，這是提高電液比例控制閥靈敏度和減少電磁鐵的死區(qū)比例最有效可行的方法，由于比例電磁鐵和電液比例閥是構(gòu)成電液比例控制系統(tǒng)的最重要的部件，所以也就有效提高了整個電液比例控制系統(tǒng)的靈敏度和控制精度。

2 硬件設(shè)計

為了滿足電液比例控制系統(tǒng)的功能需求，整個系統(tǒng)的控制電路由FLASH、SRAM、模擬輸入裝置、數(shù)字輸入裝置、鍵盤輸入、LCD顯示器、總線、數(shù)字輸出等組成。

2.1 LPC2292介紹

LPC2292的本質(zhì)是一個中央處理器（CPU），它帶有仿真和跟蹤的功能，獨特的加速模式和存儲結(jié)構(gòu)再加上128位寬的接口，使其可以在最大的時鐘速率下可靠穩(wěn)定的運行。LPC2292的GPI0很多，最少有76個，最多的可以擴展到112個GPIO口。由于內(nèi)置的串行通信接口范圍比較寬闊，使LPC2292在通信關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換方面也有很大的應(yīng)用。

2.2 設(shè)計系統(tǒng)存儲器電路

內(nèi)存儲器容量較小是ARM微處理器普遍存在的問題，這就要求用戶在使用ARM微處理器的時候必須對其內(nèi)存容量進行擴大。本文采用一張1MB×16的CMOS多功能FLASH和一張512KM×16的高速CMOS靜態(tài)RAM來對ARM微處理器進行擴展，以達到快速緩存程序數(shù)據(jù)的目的。LPC2292具有外部存儲器接口模塊是LPC2292的一個優(yōu)點，這使人們可以在外部存儲器接口的基礎(chǔ)上，對寄存器組根據(jù)需要進行有效的擴展，擴展數(shù)量一般為4個，設(shè)置每個寄存器的物理空間大小為16MB，這使得程序的調(diào)試和代碼的固化更加的方便。在進行程序的調(diào)試時，可以將LPC2292分配為BANK0地址，以確保以后的異常向量表操作的順利進行。在對FLASH進行代碼固化的時候，將FLASH分配為BANK0，BANK0可以有效的對程序進行引導。本文所采用的都是16位的總線接口，用LPC2292的地址總線A1-A20分別與相應(yīng)的接口相連。

2.3 LPC2292與LMD18200的連接要點

控制電液比例閥的電流大小是電液比例控制的核心內(nèi)容，驅(qū)動電流一般為1 A，必須對LPC2292輸出的信號進行放大，還得巧妙設(shè)計電液比例控制閥的保護電路，以防止過流、欠壓、短路、回流等現(xiàn)象的發(fā)生。本文的PWM驅(qū)動器選用直流電機驅(qū)動芯片LMD18200，LMD18200具有很強的驅(qū)動能力，瞬間的驅(qū)動電流可以達到6 A，正常的工作電流為3 A，還具備溫度報警、過熱與短路保護的功能。單極性驅(qū)動和雙極性驅(qū)動對于LMD18200來說都可以滿足，本文選擇單極性驅(qū)動作為電液比例閥的驅(qū)動方法，其控制信號有方向和幅值兩個，方向信號由DIR電平確定，幅值信號由PWM的占空比決定。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件移植

uC/OS-II自20世紀90年代以來在世界各地獲得了廣泛的應(yīng)用，是以一種優(yōu)先級可搶先為基礎(chǔ)的硬實時內(nèi)核，其設(shè)計只初的定位就是一種嵌入式的設(shè)計內(nèi)核，截止目前由超過四十種不同結(jié)構(gòu)的CPU應(yīng)用，而且從8位到64位的芯片都有，更重要的是該系統(tǒng)的升級版本，通過了美國權(quán)威機構(gòu)FAA認證，這樣使人們將此系統(tǒng)更加放心的應(yīng)用于對可靠性、安全性要求極為嚴格的航空航天技術(shù)領(lǐng)域。鑒于uC/OS-II可以免費獲得代碼，對于嵌入式RTOS而言，選擇uC/OS無疑是最經(jīng)濟的選擇。uC/OS-II在ARM上的移植是電液比例控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要內(nèi)容。要把uC/OS-II成功的移植到ARM上必須有三個與處理器相關(guān)的文件，具體如下。

（1）C語言頭文件。

C語言頭文件是定義與譯碼器無關(guān)的數(shù)據(jù)類型、堆棧類型堆棧增長方向和SWI服務(wù)函數(shù)，在ARM中有兩種處理模式：一是用戶模式，二是系統(tǒng)模式。各種模式有不同的權(quán)限。

（2）匯編程序源文件。

軟件中斷的匯編接口，任務(wù)級任務(wù)切換函數(shù)和中斷級任務(wù)切換函數(shù)，還有就是啟動最高優(yōu)先級的優(yōu)先就緒任務(wù)函數(shù)。

（3）C程序源文件。

C程序源文件的主要作用是任務(wù)堆棧初始化代碼、軟中斷異常處理程序、開關(guān)中斷、子函和移植增加的確定函數(shù)。

3.2 應(yīng)用程序編寫

可靠性和實用性是我們在編寫成簇時候必須考慮的問題，根據(jù)實際應(yīng)用，將任務(wù)按照優(yōu)先級進行科學的分類，優(yōu)先級高的排在優(yōu)先級低的前面，這樣在程序運行過程中會根據(jù)優(yōu)先級有條不紊的運行程序，有效的避免程序的混亂，起始任務(wù)、鍵盤掃描任務(wù)、監(jiān)控任務(wù)、PWM輸出、將數(shù)據(jù)液晶顯示、對模擬信號的有效合理采集和通信任務(wù)為并行存在7個重要任務(wù)。將各個任務(wù)進行編碼、編寫合理的調(diào)用子程序以及合理編制中斷合理程序后啟動操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序便開始運行了。

4 結(jié)語

本文主要通過介紹基于基于ARM的電液比例控制系統(tǒng)的工作原理，從硬件系統(tǒng)的設(shè)計和軟件程序的編寫兩個方面對該系統(tǒng)進行了簡要闡述，本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)的電液比例控制液壓系統(tǒng)性能差靈敏度低的缺點，并經(jīng)過試驗證明，該系統(tǒng)具有精度高、可靠性好、運行穩(wěn)定、實時性比較好的優(yōu)點，可以在很多種試驗臺上廣泛調(diào)用。

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