基于嵌入式运动控制器系统的设计与开发

1引言

    目前，嵌入式技术已成为通讯、控制和消费类产品的发展方向，嵌入式系统i -:要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它的开发应用已被列入国家重点科技发展计划，以其体积小、功能强、价格低的优势而得到口益)、一泛的应用，已成为工业自动化应用的一种趋势。

    运动控制器技术，是综合应用自动控制、计算机控制等相关技术，对机械传动装置. l‘电机的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。嵌入式结构的运动控制器把计算机嵌入到运动控制器，1‘，能够独立运行，它与计算机之间的通信采用了可靠的总线连接方式(采用针式连接器)，更加适合工业应用。

    2系统硬件平台设计

    嵌入式运动控制器i -:要包括两个部分:嵌入式CPU   I-:板和运动控制模块。运动控制模块可采用固高科技有限公司的高性能运动控制板卡，在高性能运动模块的基础上，对嵌入式处理器部分有严格的要求，例如:对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的，1‘断响应时间;具有功能较强的存储区保护功能;可扩展生长的处理器结构，能迅速地开发出满足各种应用性能的嵌入式微处理器;功耗很低

 因此选用了ICOP-6070嵌入式i -:板作为系统核心，具体接口见图1。除了核心控制模块外，就是运动控制模块，它是具体动作的执行者。嵌入式PC104  I-:机板通过插件直接插装在运动控制卡上，运控卡上有两个DB62插座，连接到端子板上，再由端子板给出控制电机信号。由于运动控制器和计算机模块之间分别采用插针式的连接.相互独立.运动控制器和PC板都

3软件平台设计

    工业嵌入式系统的i -:要指标是:实时性、高效率、安全稳定性与可靠性以及结构紧凑、易于剪裁、良好的开放性。可供嵌入式应用的图形操作系统有多种，比如Windows CE,PaIm OS等，而Palm OS一般只应用在手持设备上。适合工业环境应用(过程)标准的系统，目前有Windows CE和Linux等儿种。

    WinCE是微软开发的多任务嵌入式操作系统，模块化及可伸缩性、实时性能好，通信能力强大，支持很多种嵌入式 CPU(包括X86,arm等)。选择Windows CE.net嵌入式操作系统，作为本嵌入式运动控制系统的操作平台，最I-:要考虑Windows操作简单实用，多任务的操作，功能的强大，性能的稳定，最I-:要是Win-doves程序移植方便，熟悉Windows程序开发的人员，能够迅速掌握Windows CE .net程序的开发，同时减少程序开发人员的难度。

    3.1操作系统平台设计

    为了能够能在Windows CE .net操作系统，必须定制一个Windows CE .net操作系统平台，平台的生成可以使用Windows CE .net的工具Platform Builder 4.2 0其生成平台I-:要步骤如下:

    (1)将Windows CE .net 4.2的操作平台装入PC机。

  (5)完成了嵌入式平台的工程，可以将NK.bin下载到I-:板运行，也以通过网络下载到嵌入式I-:板上运行。

    3.2嵌入式运动控制器驱动程序

    在使用运动控制器之前，必须先安装运动控制器的驱动程序，这样才可以正确使用运动控制器，加入此驱动程序的步骤如下:

    (1)将运动控制器驱动程序文件GooGolDriver.dll拷贝到平台的Release目录下。

    (2)在平台编辑环境，}‘打开工程，}' proj ect.reg文件，将如下文本内容复制到此文件，}‘。
      [HKEY LOCAL,_MACHINEDriversBuiltInGooGolDriver

  (4)至此，嵌入式系统的SDI安装完毕，eMbeddedVisual C++可以在此SDI的基础下开发程序。

    本软件最I-.要的功能通过运动控制器的运动指令的调用，来实现在运动控制器的使用，满足具体的应用，1‘的控制过程。

    工业控制软件是工控系统用于控制工业生产的软件部分，其安全性和可靠性的要求是非常高了。本控制软件除了具有工业控制软件的基本特点之外，还需有具有以下特点:系统软件的长期稳定工作特性;控制软件实时性;控制软件操作的实用性、简单性; 根据工业控制软件特点，因此本软件，}‘没有丰富的图形显小界面，I-.要从功能实现、软件稳定性、控制的实时性、软件操作简单上编写。以能够完好的达到功能演小为目的编写此程序。

    在对嵌入式运动控制器操作之前，先必须初始化嵌入式运动控制器;为了更好的反应当前加工状态，须要实时读取当前加工机床的实际位置，根据此位置信息，把实际的加工情况用简单的三维图形显小出来。

    5小结

    传统基于PC的运动控制器，采用软件实现的控制方法，无论性能如何提高，也不能胜任越来越高的高速高精度要求。嵌入式运动控制器的研究是一个系统的过程，为了确保性能的稳定和可靠性，必须对软硬件的设计有一个全面地认识。本文提出的PC 104设计方案解决了目前市场对嵌入式运动控制器的强大需求。本文的研究内容将对今后的研究工作起到一定的指导作用。

    6结束语

    本系统是固高科技有限公司目前在嵌入式运动控制领域开发出的一套功能强、性能稳定、体积小、价格低、适合工业控制的运动控制系统，是在传统PC-Based运动控制器基础上的重要创新。本文的创新在于:目前对嵌入式控制器的应用介绍得较多，没能够对核心的研发技术进行研究;另外本文对嵌入式系统操作系统平台Windows CE的研究，使得客户现有的Windows下编译的应用软件，可以很方便的移植到CE下使用，减少开发周期，降低开发成本，快速见效益。