0 引言
　　杯突試驗(yàn)機(jī)是對(duì)金屬薄板和帶材進(jìn)行延展性試驗(yàn)的專(zhuān)用設(shè)備，也是目前國(guó)內(nèi)評(píng)定金屬材料塑性變形性能的 惟一設(shè)備，主要用于檢驗(yàn)各種金屬薄板在試驗(yàn)過(guò)程中的塑性 變形性能及有色金屬薄板的各項(xiàng)異性。近年來(lái)，隨著我國(guó)科技力量的不斷提升，金屬材料的生產(chǎn)加工工藝也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，為了獲得新工藝下材料的各項(xiàng)性能， 杯突試驗(yàn)機(jī)得到了更加廣泛的應(yīng)用。
　　目前國(guó)內(nèi)的杯突試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)大多是以PLC、人機(jī)界面和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的方式。這種方式主要存在以下缺點(diǎn)：生產(chǎn)成本高、功耗大、試驗(yàn)操作臺(tái)與計(jì)算機(jī)終端的分離給操作人員帶來(lái)了很大的不便。
　　針對(duì)以上缺點(diǎn)，本文將目前日益成熟的嵌入式技術(shù)應(yīng)用到杯突試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的改造中，設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式的杯突試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)精度的同時(shí)，充分發(fā)揮嵌入式系統(tǒng)體積小、功耗低、專(zhuān)用性強(qiáng)以及可靠性高等特點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
　　1 杯突試驗(yàn)機(jī)組成及工作原理
　　杯突試驗(yàn)機(jī)主機(jī)組成：杯突試驗(yàn)機(jī)主要由油泵、溢流閥、電磁換向閥、節(jié)流閥、沖力閥、單向閥、工作缸、活塞、沖壓力傳感器、壓邊力傳感器、光柵位移傳感器以及電氣控制裝置等組成。其中，電氣裝置主要由控制電路、繼電器、直流電源、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成。
　　杯突試驗(yàn)機(jī)工作原理：當(dāng)啟動(dòng)夾緊油泵時(shí)，油經(jīng)換向閥、調(diào)速閥流向夾緊油缸，推動(dòng)大活塞上升，使夾模 將試樣夾緊；然后啟動(dòng)沖壓油泵，油經(jīng)換向閥、調(diào)速閥流向 沖壓油缸，推動(dòng)小活塞上升，使球形沖頭壓入試樣；當(dāng)試樣在全厚度上出現(xiàn)穿透裂縫時(shí)，沖壓負(fù)荷下降，此時(shí)沖頭壓入試樣的深度即為試樣的杯突值，然后兩換向閥 同時(shí)換向，油泵的油流回油池，使沖頭、墊模下降，當(dāng)活塞落底時(shí)結(jié)束所有操作動(dòng)作，完成試樣杯突值的一次檢測(cè)。
　　2 系統(tǒng)分析
　　測(cè)控系統(tǒng)需要完成如下兩大功能：一是控制試驗(yàn)機(jī)完成相關(guān)的試驗(yàn)操作并能實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)；二是試驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存、查詢、編輯及打印等?，F(xiàn)將整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)劃分為以下四個(gè)部分：主控制器單元、數(shù)據(jù)測(cè)量單元、電氣控制單元以及杯突試驗(yàn)機(jī)主機(jī)。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　　主控制器單元是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的核心，其核心電路是ARM9核心板，使用了三星公司的S3C2440 芯片，主頻可達(dá)400MHz，其內(nèi)部集成了A/D、 LCD觸摸屏、GPIO、USB以及網(wǎng)絡(luò)等接口。該單元通過(guò)系統(tǒng)總線和GPIO接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并完成對(duì)試驗(yàn)機(jī)的控制。用戶通過(guò)觸摸屏與測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用 程序進(jìn)行交互，控制試驗(yàn)機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程、完成數(shù)據(jù)的采集以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理等操作；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)或服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的上傳與下載；通過(guò) USB接口完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的打印。
　　電氣控制單元主要包括繼電器和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，其主要任務(wù)是根據(jù)微處理器發(fā)出的命令控制試驗(yàn)機(jī)的機(jī) 械裝置，完成整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程。根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的工作原理，一次 完整的試驗(yàn)需要發(fā)出以下六個(gè)操作指令：夾緊油泵工作、夾緊電機(jī)工作、沖壓電機(jī)工作、沖壓油泵工作、夾緊換向閥換向、沖壓換向閥換向，這些操作指令分別對(duì)應(yīng) 6個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)。微處理器發(fā)出的這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)GPIO口驅(qū)動(dòng)繼電器從而控制試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部各機(jī)械裝置來(lái)完成整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程。
　　數(shù)據(jù)測(cè)量單元包括兩種傳感器和對(duì)應(yīng)的測(cè)量電路。這兩種傳感器分別是光柵尺和壓力變送器。前者用來(lái)測(cè)量試樣的杯突值，后者用來(lái)測(cè)量夾緊力值和沖壓力值。
　　試驗(yàn)機(jī)主機(jī)主要包括油泵、溢流閥、電磁換向閥、節(jié)流閥、沖力閥、單向閥、工作缸、活塞等機(jī)械裝置。
　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　3.1 杯突值測(cè)量電路
　　沖頭壓入試樣的深度即試樣的杯突值是通過(guò)固定在沖頭上的光柵位移傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)光柵尺）來(lái)測(cè)量的。光柵尺是一種利用光柵的光學(xué)原理工作的測(cè)量反饋裝置，其輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，具有測(cè)量范圍大、精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。
　　光柵尺信號(hào)的采集一般分為濾波整形、鑒相、倍頻、計(jì)數(shù)等幾個(gè)步驟。本系統(tǒng)將光柵尺輸出的相位相差90°的A，B正交編碼脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離、電平 轉(zhuǎn)換及濾波整形后送入LS7266R1芯片，LS7266R1通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線將計(jì)數(shù)結(jié)果送給嵌入式微處理器進(jìn)行處理。
　　LS7266R1是美國(guó)LSI公司開(kāi)發(fā)的24位雙軸正交信號(hào)鑒相芯片，該芯片將倍頻、細(xì)分、鑒相、 計(jì)數(shù)集成到一起，不僅具有良好的抗干擾能力和較高的測(cè)量 精度，而且也大大簡(jiǎn)化了光柵尺傳感器接口電路的設(shè)計(jì)。芯片內(nèi)部含有2個(gè)正交信號(hào)鑒相模塊（X和Y），每個(gè)正交信號(hào)鑒相模塊內(nèi)都包含了各自的寄存器，可以同 時(shí)對(duì)兩組正交信號(hào)進(jìn)行處理，本系統(tǒng)中只需對(duì)一組正交信號(hào)進(jìn)行處理。另外，通過(guò)對(duì)LS7266R1的計(jì)數(shù)模式寄存器（CMR）的設(shè)置將計(jì)數(shù)模式設(shè)置為四倍頻 正交模式以提高計(jì)數(shù)精度。