UCOS-II在基于C8051f060的壓裝監測設備數據采集系統應用

　　摘要：本文主要設計了一個用在壓裝監測設備上的嵌入式實時數據采集系統。該數據采集系統采用單片機C8051f060作為主控芯片，并在上面移植了UCOS-II實時操作系統。C8051f060集成了許多該采集系統的功能模塊，使得該系統外圍驅動設備很簡單，由于引入了UCOS-II實時操作系統，在程序的編寫調試和功能模塊的擴展都得到大大簡化。系統采用多任務并行的運行方式，使得采集和發送數據具有很好的實時性，從而保證整個壓裝監測設備能穩定地運行，并大大提高壓裝零件判斷的準確率。

　　引言

　　隨著經濟和社會的發展，我國的工業水平和信息技術水平也得到了飛速發展。其中工業中最為常見的零部件組裝和裝備壓裝監測設備也得到了不斷的改進。壓裝的過程其實就是按規定的技術要求將零部件進行組培和連接，使之成為半成品或者成品的工藝過程^[1]。如圖1所示，就是將兩個零部件進行過盈無鍵組裝配合，使之牢固結合在一起。工業中很多機械設備都是通過這種壓裝方式組合到一起的，包括火車輪對、軸承、汽車發動機、變速器、底盤等關鍵部件^[2]。壓裝的質量決定了以后產品的使用質量和人民的生命財產都息息相關。我們知道壓裝質量的評判標準，主要是根據壓裝過程中壓力和位移的變化曲線來確定的^[3]。而壓力位移曲線的獲取這就需要由良好的運行穩定的數據采集系統來提供。基于此，本文提出一種基于UCOS-II的數據采集系統，在保證實時準確的數據的基礎上，使整個壓裝監測設備能準確地實時監測壓裝曲線^[4]，自動判斷壓裝結果，并將結果進行存儲和統計。

　　1 壓裝監測設備系統總述

　　如圖2所示，該壓裝監測系統主要由兩部分組成，第一部分是由主控芯片S3C2440構成核心控制和數據處理單元^[5];它實現壓力位移的數據曲線圖繪制、數據的分析處理、數據的存儲以及人機交互相關功能的實現^[6]。第二部分是由C8051f060作為控制單元的數據采集系統，主要的任務是數據實時采集、數據發送、指令的接收以及PLC控制。系統的大概工作流程如下：首先通過人機交互S3C2440發送指令給C8051f060，C8051f060處理指令之后通過PROFIBUS總線實現對PLC的開始或停止等相關操作，當接收到開始指令時，C8051f060會同時采集壓裝過程的位移和壓力數據，并將這些數據實時發送給S3C2440，最后S3C2440會對這些數據進行曲線圖繪制、結果判定等操作。

　　2 壓裝數據采集系統

　　本文的重點是對壓裝設備的采集系統進行論述。根據上面的系統總述，我們知道該數據采集系統必須達到以下方面的要求。第一，ADC的選擇，ADC必須是精度足夠高，由于同時采集壓力和位移數據，并且采集的數據量很大，所以必須選擇多通道的高速高精度AD轉換器^[7]。第二，數據傳輸能力，由于設備壓裝一次所需要的時間很短，為了保證采集之后的數據能迅速并實時地在ARM上繪制并判斷，所以數據傳輸必須采用高速的傳輸協議。第三，I/O口的數量，由于該數據采集系統除了采集數據之外，它還得實現對PLC的控制，所以在除去其它包括存儲芯片I/O，采集I/O，數據傳輸I/O等I/O口之外，必須還得留有多余的I/O口對PLC進去控制，所以I/O口數量要求比較多。

　　2.1 數據采集系統硬件設計

　　鑒于以上要求，我們選取C8051f060作為該數據采集系統的控制芯片^[8]。C8051f060是完全集成的混合信號片上系統型MCU，里面具有兩個16位精度1Msps最高轉換速度的AD轉換器，轉換數據直接存儲到RAM中，不需額外軟件開銷，可同時使用的硬件SMBus，高速SPI及兩個UART串行端口，具有 59 個數字 I/O 引腳^[9]。其中串口和SPI口都可直接和ARM連接無需其它驅動電路。傳感器方面，該系統采用壓力傳感器C9B，位移傳感器PY1，然后對其產生的電壓信號進行濾波放大送到單片機的AD采集端。

　　2.2 數據采集系統軟件設計

　　由于該數據采集系統是以8為單片機為控制控制芯片，它得同時處理數據采集轉換、SPI數據傳輸、串口接收、PLC控制等多個任務^[10]。而且對于壓裝系統來說，由于機器壓裝一次速度很快，并且所采集的數據量也很大，所采集及傳輸必須具有很高的實時性。如果用傳統的單片機編寫程序模式，它的程序規模會很大，系統調試復雜，特別在這種需要運行多個并行任務的情況，就顯得有些力不從心，更主要的是系統的穩定性和實時性很難得到保障。