基于ARM9的工程机械控制系统硬件平台化技术

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工程机械作业装置控制伴随着液压控制、微电子、信息及机电-体化技术的发展而发展，经历了手动液压控制、简单继电器控制、控制器集成控制等阶段，其信息化、自动化程度和控制性能不断提高。现在我国工程机械作业装置采用可编程控制器控制，极大提高了工程作业的效率，但核心部件控制器均为国外进口产品。为了我国工程机械的长远发展，减少潜在的使用风险，提高自主知识产权意识，我们应加强工程机械电子控制技术方面的研究，进行控制系统核心部件控制器的关键技术研究。 1 需求分析目前，我国工程机械整体情况是：数量巨大、技术水平较低、绝大多数为手动液压控制 在运用集成电路、微电子、传感、信息和自动控制等先进技术方面处于起步阶段，尚未具备 自动作业功能↑年来，工程机械以电子信息技术和电液比例控制技术为先导，主要在计算机故障诊断与监控、精确定位与作业和人机工程学等方面有所进步，其中推土作业装置的自动控深和调平技术、挖掘作业装置的运动轨迹规划与作业自动控制技术、装载作业装置的自动作业控制技术是控制技术的主要发展趋势。下面就根据推土机推土作业装置的控制特点，进行了控制需求的定量分析和汇总，如表 1所示。

表 1 推土作业装置基本控制信号参数分类表收稿日期 ： 2O13-O4-O5作者简介： 陈香琳(1979--)，女，安徽交通职业技术学院讲师。研究方向为工程机械设计。

111《百色学院学报2013年第 3期2 工程机械用控制器的硬件系统架构设计通过对典型工程机械推土机的工作装置控制和状态信息监测进行需求分析，以及考虑系统综合扩展等因素，可确定控制系统硬件平台应具有模拟量输人(AI)拈(不低于16路)、数字量输入(DI)拈(不低于 16路)、数字量输出(DO)拈(不低于8路)、脉冲量输入(P1)拈(不低于 2路)、脉宽调制(PWM)拈(不低于8路)等数据采集与控制功能，同时根据控制器调试、信息化和数据管理等要求，其硬件平台还应具有 CAN、RS232、USB、以太网等通讯功能接口，构成满足工程机械信息采集、处理及控制需求的统-网络架构，见图 1。

上述结论可为工程机械用控制器的硬件系统架构设计提供理论依据。

图 13 基于 ARM9为主控制器的工程机械控制系统硬件平台化技术根据工程机械典型工作装置控制状态信息监测需求分析结果以及控制器硬件资源配置优化方案，从控制系统硬件架构、数据采集、驱动、通信、人机界面交互、拈化和通用化等方面进行控制系统硬件平台化技术研究工作。设计确定以ARM9技术为核心的嵌入式系统为控制器总体技术方案，从 CPLD(复杂可编程逻辑器)的系统扩展设计、Linux操作系统的CAN总线驱动程序设计、AVR协处理器的PWM扩展输出设计等方面进行技术研究，搭建了控制系统硬件通用化平台，实现了系统硬件问的协调、稳定工作，为控制器及液晶显示终端原理机的设计开发创造了条件，提出了主板(集数据采集、通信、信号输出于-体)驱动板(输人隔离、输出放大)”的拈化硬件架构主板和驱动板组成原理如图 2所示。

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112陈香琳/基于 ARM9的工程机械控制系统硬件平台化技术该芯片采用 ARM9技术，具有高性能、低功耗和丰富的外设硬件扩展接口等特点，便于进行扩展设计∝制系统硬件平台主要由数据通讯拈、信息采集与控制拈、信息实时监视拈、数据管理拈等组成。

设计中以ATMEL公司的 ARM，芯片AT91RM9200为控制器主处理器.采用主板驱动板的硬件架构，实现主板驱动板为控制器、主板LCD(液晶显示器)为液晶显示终端的硬件功能组合，其中控制器具有 24路数字量输入(DI)、16路数字量输出(DO)、16路模拟量输入(AI)、2路模拟量输出(AO)、4路脉冲量输入(PI)和 8路脉宽调制(PWM)采集与控制功能和 CAN、RS232、USB、以太网等通讯接口。液晶显示终端实现系统信息的实时接收、显示和数据的记录功能，实现车辆状态参数的实时更新、虚拟指示以及重要信息的自动存储，并可利用人机交互及串行传输技术，实现车辆状态信息的数据管理；控制器与状态信息监视系统通过CAN总线通讯，实现数据的传输与处理。