CN201261066Y

CN201261066Y - 基于嵌入式的压铸机控制器

Info

Publication number: CN201261066Y
Application number: CNU2008201639794U
Authority: CN
Inventors: 房旺; 肖世海; 乌宇杰
Original assignee: SHENZHEN MICROEMBEDDED TECHNOLOGY CORP
Current assignee: SHENZHEN MICROEMBEDDED TECHNOLOGY CORP
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2018-09-05

Abstract

本实用新型公开了一种基于嵌入式的压铸机控制器。ARM处理器及外围电路分别与液晶屏和矩阵式键盘相连，ARM处理器及外围电路通过串口通信电路与AVR处理器及外围电路相连实现数据传输，AVR处理器及外围电路分别与动作流程控制输出电路、报警输出电路和数据采集电路相连。本实用新型采用先进的ARM处理器和AVR单片机的双处理器的架构，具有结构简单、反应速度快、参数存储量大、可更改控制流程、智能化、显示界面丰富、运行可靠性高等优点，从而提高了压铸机的工作效率，减轻劳动强度，提高铸件的质量。

Description

基于嵌入式的压铸机控制器

技术领域

本实用新型涉及压铸机械智能控制，尤其是涉及一种基于嵌入式的压铸机控制器。

背景技术

压铸的基本原理是把熔化的液态金属通过高压快速推入模具。采用压铸技术获得的铸件，具有内外腔形状尺寸准确、力学性能良好等特点，所以压铸技术广泛应用于汽车、电梯、灯具等制造业。

随着技术水平和产品开发能力的提高，压铸产品种类不断增加，其应用领域不断拓宽，压铸设备、压铸模和压铸工艺都发生了巨大的变化。压铸机控制技术也朝着控制精度更高、响应速度更快、人机接口更友好、生产文档管理更全面、自动化程度和灵活性更高的方向发展。此类技术的高速发展，要求压铸机控制系统具有数据处理能力更强、时间响应速度更快、程序和数据存储量更大，而且还能适应高智能化的软件程序，能驱动解析度更高(如1024*768点阵、800*600点阵)、色彩分辨率更高(如26万色)的液晶屏，提供更加友好的人机界面等特点，同时又要兼顾到成本、抗干扰性能的考虑。国内传统的基于单片机的单或者多处理器构架的压铸机控制设备，由于单片机集成度较低、外围扩展复杂、处理数据宽度一般不超过16位、运行速度不够快，使得现有国内市场上的压铸机控制设备数据处理速度较慢，程序和数据存储空间较小，一般只能配备低解析度的单色液晶屏。基于可编程控制器(PLC)的压铸机控制系统具有模块化、抗干扰性能高等优点，但是PLC系统在压铸机智能控制的应用上也有一些明显的缺点。如低端的PLC系统人机界面不够友好，参数设置往往采用拨码开关，接线复杂易出错，压铸机运行状态难以显示。带有液晶显示模块的高端PLC系统，所需代价极高，不是压铸机智能控制此类应用场合所能承受的。随着压铸机技术的发展和市场的扩大，应用ARM处理器和AVR处理器的双处理器构架的压铸机控制器能满足压铸机市场的要求。

发明内容

本实用新型的目的提供一种基于嵌入式的压铸机控制器，在传统的压铸机控制技术的基础上应用最新的嵌入式技术，实现压铸机快速、稳定、安全的自动化控制，并提供大屏幕真彩液晶屏显示界面。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括ARM处理器及外围电路、AVR处理器及外围电路、液晶屏、矩阵式键盘、动作流程控制输出电路、报警输出电路、数据采集电路和串口通行电路；ARM处理器及外围电路分别与液晶屏和矩阵式键盘相连，ARM处理器及外围电路通过串口通信电路与AVR处理器及外围电路相连实现数据传输，AVR处理器及外围电路分别与动作流程控制输出电路、报警输出电路和数据采集电路相连。

所述的ARM处理器及外围电路：包括ARM处理器EP9315、SDRAM芯片MT48LC4M32B2、FLASH芯片TE28F128J和晶振组成；ARM处理器和SDRAM芯片、FLASH芯片之间采用总线连接，包括数据总线、地址总线和控制总线，在ARM处理器中运行的程序和需要保存的数据存储在FLASH芯片中，临时数据存储在SDRAM芯片中。

所述的AVR处理器及外围电路：包括AVR处理器ATMEGA128、可编程逻辑门阵列CPLD芯片MachXO640；AVR处理器和CPLD芯片通过总线交换信息，包括数据总线、地址总线和控制总线。

所述的ARM处理器及外围电路和液晶屏连接，可驱动色彩分辨率最高值为26万色、解析度最大值为1024*768点阵的真彩色的液晶屏；ARM处理器及外围电路和矩阵键盘连接，可驱动最大值为8*8的矩阵式键盘。ARM处理器及外围电路、AVR处理器及外围电路、液晶屏和嵌入在ARM处理器及外围电路内的嵌入式控制程序配合，实现人机交互功能。

应用ARM芯片实现智能化控制和丰富的人机接口。智能化控制意味着处理器需要更庞大的程序和数据存储空间以及更快的运算速度，丰富的人机接口同样需要处理器的此种性能。应用ARM处理器芯片中先进的RISC体系结构、32位数据和地址总线宽度、可达200MHz的CPU主频、功能强大的DMA后，新型的压铸机控制器的寻址空间从以前的8位或者16位提高到32位；程序和数据存储空间发展到兆字节量级，而采用单片机的方案只有千字节量级；DMA模块直接处理视频数据传输而无需CPU运算。综上所述，与采用单片机的方案相比，应用ARM芯片使控制器的处理能力大大提高。

应用AVR单片机实现动作流程控制，以及串口通信实现处理器之间数据传输。AVR单片机采用先进的RISC结构，指令运算能力最高达16MIPS，片内集成可编程FLASH、SRAM、EEPROM等存储空间；片内集成RC振荡器、SPI通信接口、多路16位PWM输出、串口通信、看门狗等外围电路。AVR系列单片机所需外围电路少，使用方便，抗干扰能力强，存储空间在同类单片机中较大。非常适合运用于流程控制领域。

现实中，由于安装位置等原因，压铸机控制器往往分为人机接口机箱和流程控制机箱两大主要部分，这两者之间用1.5米左右的线缆连接。如果采用单处理器的处理模式，视频数据和矩阵键盘扫描数据都需要通过较长的线缆传输，而且真彩液晶屏的驱动信号是高速信号，普通传输方式难以胜任。此方案和采用双处理器架构的系统相比虽减少了一块处理器芯片的成本，但是需要更多传输线的成本和售后维护成本，同时导致系统复杂度增加、成本增加、抗干扰性能降低、长期可靠性降低。把ARM处理器设计应用在人机接口机箱，流程控制机箱应用较高集成度的AVR系列单片机，专门用来流程控制，减少了人机接口机箱和流程控制机箱之间的通信线缆的数量和通信数据量，减少了控制器内部电路复杂性，增加了系统抗干扰性能和长期可靠性，降低了成本。

应用可编程逻辑器件扩展了本控制器的数据采集和流程控制输出模块，结构简单，电路复杂程度降低，抗干扰性能增强。单片机输入输出端口数量有限，压铸机市场要求压铸机控制器的输入输出端口数量越多越好，因此，在压铸机控制器之类的设备中，单片机需要扩展输入输出端口。传统的基于逻辑门

电路的扩展方法在扩展的输入输出量比较大时，会使单片机的总线负载加大，总线引出长度过长，在单片机总线速度较高的情况下不利于系统的抗干扰性能。如果总线布线不合理会直接导致系统不能正常运行。

应用直接PWM技术、驱动比例阀。一般低成本单片机PWM输出的分辨率只有8位，分辨率不够高，因此采用此类型单片机的系统往往应用10位或者12位分辨率的DAC，再由模拟信号通过非线性电路转变为PMW信号驱动比例阀。DAC本身具有非线性，由于干扰等原因，精度加速下降，且成本增加。所以相比较而言，应用AVR单片机片内集成的多路16位PWM输出，精度高，成本低。

本实用新型和技术背景相比具有的效益效果是：

1)和采用小型PLC系统或者单片机系统的压铸机控制器相比，界面美观，控制更加灵活，功能更加丰富，自动化程度更高。通过键盘和大屏液晶屏实现更为友好的人机接口，方便故障诊断、参数显示和调整、生产文档管理。

2)和采用大型PLC系统和工控机的压铸机控制器相比，在具有丰富控制功能和人机接口的同时，硬件结构更为简单，成本更低，使用更为方便灵活。

本控制器采用先进的ARM处理器和AVR单片机的双处理器的架构，具有结构简单、反应速度快、参数存储量大、可更改控制流程、智能化、显示界面丰富、运行可靠性高等优点，从而提高了压铸机的工作效率，减轻劳动强度，提高铸件的质量。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构框图。

图2是本实用新型的ARM处理器及外围电路结构框图。

图3是本实用新型的ARM处理器及外围电路和液晶屏以及矩阵式键盘电路连接示意图。

图4是本实用新型AVR处理器及外围电路结构框图。

图5是本实用新型数据采集电路结构框图。

图6是本实用新型热电偶信号调理电路。

图7是本实用新型位置尺信号调理电路。

图8是本实用新型控制流程输出和报警电路结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括ARM处理器及外围电路1、AVR处理器及外围电路2、液晶屏3、矩阵式键盘4、动作流程控制输出电路5、报警输出电路6、数据采集电路7和串口通行电路8；ARM处理器及外围电路1分别与液晶屏3和矩阵式键盘4相连，ARM处理器及外围电路1通过串口通信电路8与AVR处理器及外围电路2相连实现数据传输，AVR处理器及外围电路2分别与动作流程控制输出电路5、报警输出电路6和数据采集电路7相连。

AVR处理器及外围电路2和驱动数据采集电路7连接，检测压铸机运行所需状态数据。AVR处理器及外围电路2和驱动报警输出电路6连接，在严重故障发生时启动报警机构。应用串口通信电路8，实现ARM处理器及外围电路1和AVR处理器及外围电路2之间的双向信息传递。

如图2所示，所述的ARM处理器及外围电路1：包括ARM处理器EP9315、SDRAM芯片MT48LC4M32B2、FLASH芯片TE28F128J和晶振组成；ARM处理器和SDRAM芯片、FLASH芯片之间采用总线连接，包括数据总线、地址总线和控制总线，在ARM处理器中运行的程序和需要保存的数据存储在FLASH芯片中，临时数据存储在SDRAM芯片中。

如图3所示，ARM处理器EP9315通过象素点控制信号线和象素点颜色信号线和26万色真彩液晶屏连接。象素点控制信号线包括象素点帧同步、行同步、点同步信号；象素点颜色信号线包括红色信号6位，绿色信号6位，蓝色信号6位。ARM处理器EP9315通过行扫描信号线和列扫描信号线和8*8矩阵键盘连接。行扫描和列扫描信号分别为8位。

如图4所示，AVR处理器及外围电路2主要由AVR处理器ATMEGA128、可编程逻辑门阵列(CPLD)芯片MachXO640组成。AVR处理器和CPLD芯片通过总线交换信息，包括数据总线、地址总线和控制总线。

如图5所示，数据采集电路，主要采集热电偶信号、位置尺信号、开关量传感器信号三个类型的数据。热电偶信号经过热电偶信号调理电路后输入到多路ADC芯片ADS7844中。多路ADC芯片ADS7844完成热电偶信号、位置尺信号从模拟信号到数字信号的转换，并通过SPI通信接口，把获得的数字信号传输到AVR处理器中。开关量传感器的信号经过光电隔离芯片TLP521输入到AVR处理器中。马达超载等压铸机安全运行所需的信息也通过此类传感器传递。

图6是热电偶调理电路，采用新型仪表放大器AD8553调理热电偶信号，热电偶信号调理电路的输出端连接到多路ADC芯片ADS7844中的输入端口中。

图7是位置尺信号调理电路，采用新型放大器AD8601调理位置尺输入信号，位置尺信号调理电路的输出端连接到多路ADC芯片ADS7844中的输入端口中。

图8是AVR处理器及外围电路、控制流程输出和报警输出电路。控制流程输出电路，输出两种类型的信号，一类是比例型输出，控制比例阀的电流；另一类是开关量信号输出，控制开关型执行机构的开关。AVR处理器自带的16位PWM输出，通过光电隔离芯片TLP521，驱动MOSFET芯片IRF640，直接控制比例阀电流。通过直接PWM输出方式把输出的数字量信号变为模拟型的比例电流输出，无需DAC芯片，精度高，成本低。AVR处理器及外围电路，扩展有着丰富的IO资源，具有32路的开关量输出端口。开关量输出端口通过光电隔离芯片TLP521驱动MOSFET芯片IRF640，从而控制开关型执行机构的开关，例如开关阀的开闭，接触器的开闭等。报警输出电路和开关量输出电路属于同一种类型，通过AVR及其外围电路的开关量输出口，驱动电隔离芯片TLP521，再由电隔离芯片TLP521驱动MOSFET芯片IRF640，从而控制报警执行机构的开关，产生报警和不报警两种状态。

具体控制流程简述如下：

AVR处理器及外围电路2和其内部的嵌入式控制程序配合，通过数据采集电路7，以非常短的时间间隔扫描压铸机中各传感器和各人工手动按钮的状态，获得检测和控制压铸机运行所需信息。例如，动模当前位置、安全门是否关闭或开启、进芯是否到位、马达是否要求开启或关闭。获得信息后，AVR处理器及外围电路2内部的嵌入式控制程序根据操作者设定的生产参数和压铸机动作的逻辑关系确定当前压铸机的执行机构需要执行的动作，并把所需执行的动作信息传输给动作流程控制输出电路5。由动作流程控制输出电路5控制压铸机执行机构的控制元件，从而控制执行机构的动作。例如，控制马达的接触器可以控制马达的开启或关闭；控制比例阀的驱动电流可以控制比例阀的输出压力及流量；控制安装在调模回路中的阀可以控制调模前进或者后退动作。

液晶屏3可显示“开模锁模设定”、“回料射料设定”、“顶针喷雾设定”、“模座设定”、“温度设定”、“生产动作监视”、“生产档案管理”等菜单，和矩阵式键盘4配合显示不同的菜单，同时设定和显示生产所需的不同的参数以及压铸机的实时状态。例如“开模锁模设定”菜单，具体功能为设定开模和锁模动作执行时压铸机动模位置和给定压力、速度的关系。“生产动作监视页”菜单显示当前动模位置、主阀压力和流量、当前压铸机执行动作等以及压铸机生产过程中的关键信息。

当需要从ARM处理器及外围电路1中把参数信息等发送到AVR处理器及外围电路2中，或者把压铸机运行信息从AVR处理器及外围电路2发送到ARM处理器及外围电路1中时，串口通信电路8发挥作用。ARM处理器和AVR处理器都自带串口通信模块，只需很少外围器件就能实现ARM处理器及外围电路1和AVR处理器及外围电路2之间的双向通信。

当AVR处理器及外围电路2通过数据采集电路7检测到故障时，按照故障的严重性分类，产生不同的处理方式。第一类为对人身安全和压铸机安全有重大影响的，例如误合模、马达超载，这时压铸机控制器输出对应的保护信息，通过动作流程控制输出电路5启动报警装置，同时通过串口通信电路8发送故障信息，再由ARM处理器及外围电路1控制液晶屏3作相应提示。第二类，对人身安全、生产质量有一定影响的，程序输出相应的保护信息，但只在液晶屏3作相应提示，不启动报警装置。

Claims

1、一种基于嵌入式的压铸机控制器，其特征在于：包括ARM处理器及外围电路(1)、AVR处理器及外围电路(2)、液晶屏(3)、矩阵式键盘(4)、动作流程控制输出电路(5)、报警输出电路(6)、数据采集电路(7)和串口通行电路(8)；ARM处理器及外围电路(1)分别与液晶屏(3)和矩阵式键盘(4)相连，ARM处理器及外围电路(1)通过串口通信电路(8)与AVR处理器及外围电路(2)相连实现数据传输，AVR处理器及外围电路(2)分别与动作流程控制输出电路(5)、报警输出电路(6)和数据采集电路(7)相连。

2、根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的压铸机控制器，其特征在于，所述的ARM处理器及外围电路(1)：包括ARM处理器EP9315、SDRAM芯片MT48LC4M32B2、FLASH芯片TE28F128J和晶振组成；ARM处理器和SDRAM芯片、FLASH芯片之间采用总线连接，包括数据总线、地址总线和控制总线，在ARM处理器中运行的程序和需要保存的数据存储在FLASH芯片中，临时数据存储在SDRAM芯片中。

3、根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的压铸机控制器，其特征在于，所述的AVR处理器及外围电路(2)：包括AVR处理器ATMEGA128、可编程逻辑门阵列CPLD芯片MachXO640；AVR处理器和CPLD芯片通过总线交换信息，包括数据总线、地址总线和控制总线。

4、根据权利要求1所述的基于嵌入式的压铸机控制器，其特征在于：所述的ARM处理器及外围电路(1)和液晶屏(3)连接，可驱动色彩分辨率最高值为26万色、解析度最大值为1024*768点阵的真彩色的液晶屏；ARM处理器及外围电路(1)和矩阵键盘(4)连接，可驱动最大值为8*8的矩阵式键盘，ARM处理器及外围电路(1)、AVR处理器及外围电路(2)、液晶屏(3)和嵌入在ARM处理器及外围电路(1)内的嵌入式控制程序配合，实现人机交互功能。