基于arm7的金相切割机控制系统设计
汪洋，孙维连，王会强，孙铂
(河北农业大学，河北保定071001)
摘要：针对金相切割机的特点，设计一种基于arm7的切割机控制系统。主控芯片采用s3c4480x，步进电机驱动芯片采用a3977sed，给出_厂主控芯片与外围元器件之间的电路设计方法，a3977sed驱动板的典型应用电路，以及系统的软件设计。采用arm7控制切割机三轴运动、主轴电机起停、lcd显示，相对于单片机控制系统具有处理速度快、可扩展能力强等优点，相对于plc控制系统具有成本低、针对性强等优点，实践证明该切割机控制系统性能稳定，工作可靠。
o引 言
目前金相切割机在金相制样和金相实验领域应用广泛。通常，金相试样制备要经过取样、镶嵌、磨光和抛光等步骤。每个步骤都应细心操作，任一阶段上的失误都可能影响最后的结果。与机械行业中的金属切割、下料不同，金相试样的切割截取必须保持原有的组织状态，即必须保证所截取的试样的金相组织与原状态金相组织一致，这就要求：在截取试样的过程中试样受热、受外力作用要尽量小；配备良好的冷却系统，保证切口无过热和过烧现象；精确控制进给量的大小，保证试样变形小，光洁度高；砂轮切割机应配备精确的卡具和良好的运动机构，保证试样的切口垂直性好，切口余量小，零件装卡方便；切割机应有良好的防护，保证使用安全。针对上述要求，金相切割机应实现三轴运动，即垂直(z向)进刀和水平(y向)进刀功能，及左右(x向)移动功能，方便截取试样。同时控制系统还要具有三轴速度控制、主电机调速、状态显示、故障报警以及控制冷却水泵、排烟风机和照明等功能。传统的切割机控制系统主要包括电气控制系统、单片机系统和plc系统等。由继电器、接触器、按钮、主令开关等构成的电气控制系统，具有控制可靠、成本低等特点，但实现的功能较少。以单片机为控制核心，并附以必要外围电路构成的控制系统，控制逻辑由程序实现，能实现较复杂的控制过程，具有数字显示、故障复位等功能，成本较低。但主控芯片工作频率较低，构成的系统控制规模相对较小，扩展性较差。以plc为核心的控制系统，plc驱动三轴步进电动机运动，触摸屏作为控制终端，变频器实现主轴电机调速。它具有控制精度高、扩展能力强等特点，一般用于大型切割系统的控制，成本较高。
针对以上三种控制系统的缺点，本文利用高性价比和高性能的微控制器arm7芯片，设计一种功能丰富、结构紧凑、经济性好，适用于中小型三轴运动金相切割机的专用控制系统。
1系统框架
整个系统由主控板协调各部分工作，包括驱动三相步进电动机运动，控制水泵、风机、照明和报警器工作接收限位开关和编码器信号，并提供友好的人机交互界面，包括液晶显示、指示灯、调速旋钮、控制按钮和远程手持控制等。通过变频器调整主轴电机转速并且反馈主电机的电流、扭矩等信息，实时了解切割机的运行状态。通过对循环冷却水泵、排烟风机、照明系统等的良好控制，保证切割机的稳定运行。整个系统框架如图1所示。
2系统硬件设计
系统设计重点为主控板和步进电动机驱动板。主控板以arm7 s3c44130x为控制核心，实现对系统各部分的综合控制。步进电动机驱动板由两相步进电动机驱动芯片a3977sed及外围电路构成，具有半流控制和****8细分功能，能够满足本系统没计需求。
2．1主控板设计
s3c44box为三星公司推出的16／32位arm7处理器，通过提供全面的、通用的片上外设，s3c44box大大减少了系统中除处理器以外的元器件配置，从而大大降低系统的成本。系统主控板采用核心板+底板设计方式，核心板为$3c44box最小工作系统，方便后期系统移植与扩展。底板设计根据切割机控制的实际需求对s3c44box进行硬件扩展。核心板布局如图2所示。
sdram采用hynix公司的hy57v641620hg芯片，容量为8 mb，用作系统内存；rom采用flash芯片am29lv160db．容量为2 mb，存放用户程序；供电部分采用amslll72 5和amslll7—3 3，分别为s3c44box提供内核工作电压和i／o 口电压；晶振采用10．000 mhz石英晶振；预留jtag(pinl4)，用于仿真调试程序。底板布局如图3所示。各芯片电路均采用芯片使用手册推荐接法。硬件扩展包括以下部分：
(1)调速旋钮(模拟量输入部分)采用3只电位器，经过电压调整电路分别输入到s3c44]30x的aino ain2脚，are盯、arefb和avcom分别串接一个电容再接地。实现电压在o～2．5 v内可调，作为xyz三向工进速度调节。
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