基于ARM电液比例控制液压实验台

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电液 比例控 制 系统具 有安装方 便 、系统的控制精度高 、抗污染能力较强等 优点，使得 该 系统在 工程机 械中倍受 亲睐 ，引用领域越来越多 。8位和l6位的单片机是 传统电液比例控制系统中常用的控制器，这种控制 器受到单 片机运 算和处理数据能 力低的影 响 ，系统的运算速 度、安全性 、可 靠性都比较差。针对以上缺点，本文选用了飞利浦公 司 研 发 生 产 的ARM 内核 微 处 理 器LPC2292作为控制 器 ，驱动器选用 了专 用的电机芯 片LMD1 8200，操 作系统采 用了uC/OS-II，使电液 比例控制系统的稳定性、可靠性和运算 速率得到 显著的提高 。

1 系统的工作原理电液 比例 控制 系统 的工作 原理 是 ：系统依据 外界输入 的 电信号 的强弱 ，按 照比例连续 的控制液 压系统的 压力大小 、流量多少以及流动方向等相关方面的参数。比例电磁铁和电液比例阀是构成电液比例控制系统 的最重要 的部件 ，在 比例 电磁铁和电液比例阀的基础上附加-些辅助执行机构来构 成完整 的系统 -环控制是 在工程机械中常常采用的控制方法，只将电流采用闭环 系统以达 到输 出量稳定的效 果 。人们对 电液进 行 比例 控制 最 常用的 技 术是PWM技术，PWM技术的实质是通过调节占空比的方法来达到改变 电磁铁平均 电流的目的，这是提高电液比例控制阀灵敏度和减 少 电磁铁 的 死区 比例 最 有效可 行 的 方法 ，由于 比例电磁铁和 电液 比例阀是构 成电液 比例控制 系统的 最重要 的部 件 ，所以也就有效提高 了整 个电液比例控制 系统 的灵敏 度和控制精 度 。

2 硬件设计为 了满足 电液 比例控制 系统 的功 能需求 ，整 个 系 统 的 控 制 电 路 由 F L AS H 、SRAM、模拟输入装置、数字输入装置、键盘输入 、LCD显示 器、总线 、数字输 出等组成。

2.1 LPC2292介绍LPC2292的本 质是 -个 中央 处 理器(cPU)，它带有仿真和跟踪的功能 ，独特的加速模式和 存储结构 再加上 12 8位 宽的接121，使 其可以在最 大的时 钟速率下可 靠稳定的运行 。LPC2292的GP10E多，最少有76个，最 多的可以扩展到 ll2个GPIO口。由于内置的串行通信接 口范围比较宽阔 ，使LPC2292在通信 关和协议转换方面也有很大的应 用。

2.2设计系统存储器电路内存储器容量较小是ARM微处理器普遍存在的问题 ，这就要求用 户在使用ARM微处理 器的时候必须对其内存容量进行扩大。本文采用-张1MB X 16的CMOS多功能FLASH和-张512KM X l6的高速CMOS静态RAM来对ARM微处理器进行扩展 ，以达到快速缓 存程序数据 的 目的。LP C2292具有外部存储器接 口拈是LPC2292的-个优点 ，这使人 们可以在外部 存储 器接 口的基础上 ，对寄 存器组根据需 要进行有 效的扩展 ，扩展 数量- 般为4个 ，设置每个 寄存器的物 理空 间大小 为 l6MB，这 使得 程序的调试和 代码的 固化 更加 的方便 。在进行程序 的 调试 时 ，可 以将LPC2292分 配为BANK0地址 ，以确 保以后 的异 常 向量表操作 的顺 利进 行 。在 对FLASH进 行代码固化 的时候 ，将FLASH分 配为BANK0，BANK0可以有效的对程序进行引导。本文 所 采 用 的 都 是 l 6位 的 总 线 接 口 ，用LPC2292的地址总线Al-A20分别与相应的接 口相连 。

2.3 LPC2292与LMD18200的连接要点控制 电液比例阀的电流大小是 电液 比例控制的核心 内容 ，驱动电流-般为l A，必须对LPC2292输出的信号进行放大，还得巧妙设计 电液比例控制阀的保护 电路，以防止过流、欠压、短路、回流等现象的发生。本文的PWM 驱动 器 选 用直 流 电 机 驱动 芯 片LMDl 8200，LMDl 8200具有很 强的驱动能力，瞬 间的驱动电流可以达到6 A，正常的工作电流为3 A，还具备温度报警、过热与短路保护的功能 。单极性驱动和双极性驱动对于LMD18200来说都可以满足 ，本文选择单极性驱动作为电液比例阀的驱动方法 ，其控制信号有方向和幅值两个 ，方向信号 由DIR电平确定 ，幅值信号 由PWM的占空比决定 。

3 软件设计3.1软件移植UC/OS-II自20世纪90年代以来在世界各地获得 了广泛的应 用 ，是以-种 优先级可抢先 为基础的硬 实时内核 ，其设计只 初的定位就 是-种嵌 入式的设计 内核 ，截止目前 由超过 四十种 不同结构 的CPU应用 ，而且从8位到64位 的芯片都有 ，更重要的是该 系统 的升级版本 ，通过 了美 国权 威机构FAA认证 ，这样使人们将此 系统 更加放心的应用 于对可靠性 、安全性要 求极为严格的航空航天技术领域 。鉴于UC/OS-II可以获得代码 ，对于嵌入式 RT0s而言，选择uC/OS无疑是最经济的选择。uC/OS-II在ARM上的移植是电液 比例控制系统软件设计的主要内容。要把uC/OS-II成功的移植到ARM上必须有三个与处理 器相关的文件 ，具体 如下。

C语 言头文件是 定义与译 码器无关的数据类型 、堆栈类型堆栈增长方向和swI服务 函数 ，在ARM中有两种处 理模式 ：-是用 户模式 ，二是系统模式 。各种模式有不同的权 限。

软件 中断的汇 编接 口，任务级任 务切换 函数和 中断级 任务切换 函数 ，还有就是启动最高优先级的优先就 绪任务函数。

C程 序源 文件 的主要 作用是任务堆栈初始化代码 、软中断 异常处理程序、开关 中断、子函和移植增加的确定 函数 。

3.2应用程序编写可靠性和实用性是我们在编写成簇时候必须考虑的问题 ，根据 实际应用 ，将任务按照优先级 进行科学的分 类 ，优先级高 的排在优先级 低的前面 ，这样在程序运行过程 中会根据 优先级有条 不紊的运行程序 ，有效的避免程序的混乱 ，起始任务 、键盘扫描任务 、监控任务、PW M输出、将数据液 晶显示 、对模 拟信号的有效 合理采集和通信任务为并行存在7个重要任务 ～各个任务进行编码 、编写合理 的调用子程序以及合理编制 中断合理程序后 启动操作 系统 ，应用程序便开 始运行 了。

4 结语本文主要通过介绍基于基于ARM的电液 比例 控制系统的 工作原理 ，从硬件 系统的设计和软件程序的 编写两个方面对该 系统进行 了简要 阐述 ，本 系统解决 了传统 的电液比例控制液压系统性能差 灵敏度低 的缺 点 ，并 经过试 验证 明，该 系统 具有精 度高 、可靠性 好 、运行稳定 、实时性比较好 的优 点，可以在 很多种试 验台上广泛调 用。