CN106444641A - 带有独立a/d转换模块的木工复合加工设备 - Google Patents
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Abstract
带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，包括FPGA处理模块，所述FPGA处理模块一侧引脚上连接有扩展总线，另一侧引脚上连接有ARM处理模块，所述扩展总线上连接有用于接收外部模拟信号并转化为数字信号再通过扩展总线传输至FPGA处理模块上的A/D转换模块。本发明在基于FPGA总线上扩展独立AD转换模块，外部传感器采集的模拟信号直接经过独立的A/D转换模块转化为数字信号，再通过扩展总线传输至FPGA内，代替了数据在FPGA处理模块内进行转化处理的工作，不增加CPU过多的负荷同时，解决多传感器的多源融合信息实时反馈和诊断模块对实时性的要求，从而在复杂信息环境下机电－多源信息叉互动行为机制下，建立高精度车。
Description
技术领域：
本发明涉及了木工上的复合加工设备。
背景技术：
目前，基于FPGA与ARM连接通信的控制系统在自动加工设备上运用越来越广泛，FPGA主要用来实现数据的高速采样，而ARM则提供数据的显示，以及一些人机交互的功能，而数据的转换处理往往在FPGA处理模块内进行处理，例如采集数据的A/D转换等，而随着加工设备的自动化程度越来越高，尤其对于木工上的复合加工设备，采用大量的传感器加测控制，所需采集和处理的数据尤为庞大，而导致FPGA对数据的处理负荷加重，影响整个控制系统的反应速度，降低复合加工设备的工作效率。
发明内容：
为解决现有技术中控制系统的处理器负荷大问题，本发明提供了带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备。
本发明是通过以下技术方案实现的：
带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，包括处理模块，所述处理模块包括FPGA处理模块和ARM处理模块，所述FPGA处理模块一侧引脚上连接有扩展总线，另一侧引脚上与ARM处理模块连接，所述扩展总线上连接有用于接收外部模拟信号并转化为数字信号再通过扩展总线传输至FPGA处理模块上的A/D转换模块。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备还包括若干与所述A/D转换模块相连、且采集所述模拟信号并输出至A/D转换模块的传感器。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述传感器至少包括声音传感器、力传感器、能量传感器、位移传感器、加速度传感器、角度传感器。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述FPGA处理模块采用中断响应模式与所述的ARM处理模块连接，所述中断响应模式包括高优先级中断响应通道和低优先级中断响应通道，所述经A/D转换模块传输的信号经所述高优先级中断响应通道传输至ARM处理模块。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述扩展总线上还连接有用于向所述FPGA处理模块传输信号的位置控制板和I/O接口板，经所述位置控制板和I/O接口板输入的信号经扩展总线和FPGA处理模块传输至ARM处理模块。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述位置控制板还与若干电机相连接。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述I/O接口板还与PLC控制装置连接。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述ARM处理模块上还连接有输入设备和输出显示外设。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述输入设备为键盘或触摸屏。
如上所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，所述输出显示外设为LCD显示屏。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明在木工复合加工设备上控制系统基于FPGA总线上扩展独立AD转换模块，外部传感器采集的模拟信号直接经过独立的A/D转换模块转化为数字信号，再通过扩展总线传输至FPGA内，代替了数据在FPGA处理模块内进行转化处理的工作，不增加CPU过多的负荷同时，解决多传感器的多源融合信息实时反馈和诊断模块对实时性的要求，从而在复杂信息环境下机电－多源信息叉互动行为机制下，建立高精度车铣钻复合数控系统整体部件的实时传感、反馈和控制网络模型，实现高精度车铣钻复合数控系统的高效智能传感-控制。
2、本发明ARM模块中采用开放式的硬实时操作系统，采取立即抢占的优先权调度策略，传感器信号即经独立A/D转换模块的传输信号定义为最高优先级别的中断，处理完传感器信号后，才开始处理优先级别次之的系统硬件插补中断信号，传感器信号可以随时中断插补动作的进行，以达到及时纠错，实现高精伺服控制闭环控制的目的。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备的示意图。
具体实施方式：
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
复合加工是机械加工领域目前国际上最流行的加工工艺之一，是一种先进制造技术。复合加工就是把几种不同的加工工艺，在一台机床上实现。车铣钻复合加工中心通常用于进行金属材料的切削加工。而运用在木工行业，由于木材与金属的材质的巨大差异，不能简单的将用于金属加工使用的车铣钻复合加工中心直接应用于木材加工领域，需要适合木工机械行业特殊加工要求的专用系统软硬件架构。
如图1所示，带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，包括FPGA处理模块，所述FPGA处理模块一侧引脚上连接有扩展总线，另一侧引脚上连接有ARM处理模块，所述扩展总线上连接有用于接收外部模拟信号并转化为数字信号再通过扩展总线传输至FPGA处理模块上的A/D转换模块。本发明在基于FPGA总线上扩展独立AD转换模块，外部传感器采集的模拟信号直接经过独立的A/D转换模块转化为数字信号，再通过扩展总线传输至FPGA内，代替了数据在FPGA处理模块内进行转化处理的工作，不增加CPU过多的负荷同时，解决多传感器的多源融合信息实时反馈和诊断模块对实时性的要求，从而在复杂信息环境下机电－多源信息叉互动行为机制下，建立高精度车铣钻复合数控系统整体部件的实时传感、反馈和控制网络模型，实现高精度车铣钻复合数控系统的高效智能传感-控制。
进一步地，所述FPGA处理模块采用中断响应模式与所述的ARM处理模块连接。ARM中采用开放式的硬实时操作系统，采取立即抢占的优先权调度策略：传感器信号即经独立A/D转换模块的传输信号定义为最高优先级别的中断，一旦出现传感器信号中断，而当前任务未处于临界区，便能立即剥夺当前任务的执行，把处理机分配给请求中断的紧迫任务，传感器信号具有立即抢占性。这种调度延迟可低到几百微妙，甚至更低，实时性响应极高。
再进一步地，所述中断响应模式包括高优先级中断响应通道和低优先级中断响应通道，所述经A/D转换模块传输的信号经所述高优先级中断响应通道传输至ARM处理模块。处理完传感器信号即经独立A/D转换模块的传输信号后，才开始处理优先级别次之的系统硬件插补中断信号，传感器信号可以随时中断插补动作的进行，以达到及时纠错，实现高精伺服控制闭环控制的目的。
具体地，所述A/D转换模块还与若干传感器相接。所述传感器包括声音传感器、力传感器、能量传感器、位移传感器、加速度传感器、角度传感器等，实现对加工设备的多性能监控，以实现控制系统的高速高精特性。
又进一步地，所述扩展总线上还连接有用于向所述FPGA处理模块传输信号的位置控制板和I/O接口板，经所述位置控制板和I/O接口板输入的信号经低优先级中断通道传输至ARM处理模块。按高、低优先级来筛选处理的顺序，解决多传感器的多源融合信息实时反馈和诊断模块对实时性的要求，实现高精伺服控制闭环控制的目的。
再进一步地，所述位置控制板还与若干电机相连接。若干电机控制多轴联动，本设备以八轴联动数控技术为基础，针对木制品数控加工特点，开发具有可互换性、可移植性、可互操作性、可扩展性等基本特性的开放式数控系统。
具体地，所述I/O接口板还与PLC控制装置连接。该PLC控制装置上接有开关、主轴电机、强电控制电路等，其中强电控制电路包括吸尘冷风控制电路，夹具动作电机控制电路，换刀伺服单元控制电路等。
再进一步地，所述ARM处理模块上还连接有输入设备和输出显示外设。采用ARM处理模块的有点在于：一、体积小、低功耗、低成本、高性能；二、大量使用寄存器，指令执行速度更快；三、大多数数据操作都在寄存器中完成；四、寻址方式灵活简单，执行效率高。五、实现人机交互的功能等。采用输入设备可对该系统进行人工操作。
具体的，所述输入设备为键盘或触摸屏。
进一步地，针对切削中的粉尘和切屑重量小，容易弥漫到加工环境中。在硬件设计上，我们采用气力吸尘装置，同时进行风冷，及时排除切屑及粉尘,减少环境污染以及保护工人的身体健康。另外，由于木制品强度较低，不宜用机械夹具，需要再复合加工设备上配置真空吸附装置来装夹工件。
更进一步地，本设备控制系统上增加主轴力矩在线检测技术，减缓刀具磨损，延长刀具的使用时间，及时处理刀具严重磨损情况，提高加工效率、降低加工成本。
再进一步地，本设备采用两轴随动方式，一般数控车床通常是一把刀进行加工，对于加工余量较大的木料只能采取多刀加工的办法，不仅效率低，多刀加工出来的光洁度也很难保证。因此在数控系统的设计中引入两轴随动的概念和设计方法，以一把刀具为基准去编程，而实际加工中可以用两个通道控制两把刀具，按照一把刀的轨迹，其中一个轴跟随另一个轴动作，两把刀分别同时完成粗、精加工，在机械上，两把刀可以围绕木料前后排布、或空间呈90排布，在受力方向上能够抵消部分的力，减低加工时的振动，同时提高了效率。
又进一步地，所述输出显示外设为LCD显示屏。
具体地，本设备还带有图形化编程，采用目前国内普遍使用的CAD，软件为基础，将木柱的外形在电脑上造型，将CAD图形直接转化为标准的G代码，通过U盘接口将程序传入系统，供加工使用。通过直接将木柱画出来，生成可执行的代码，简化操作过程，提高生产效率。
本发明工作原理：
本发明的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，该系统内的FPGA处理模块和ARM处理模块采用中断响应模式通讯相接，中断响应模式分为高优先级中断响应通道和低优先级中断响应通道，在FPGA处理模块的扩展总线上独立设有A/D转换模块，对外部传感器的检测信号进行预处理，在A/D转换模块上转化为数字信号后，再传输至FPGA处理模块上，减轻了庞大数据处理下FPGA处理模块的处理负荷，建立以A/D转换板为核心的声音、力、能量、位移、加速度、角度等低干扰的高质量传感网络，ARM与FPGA采取立即抢占的优先权调度策略，传感器信号即经独立A/D转换模块的传输信号定义为最高优先级别的中断，处理完传感器信号后，才开始处理优先级别次之的系统硬件插补中断信号，传感器信号可以随时中断插补动作的进行，以达到及时纠错，实现高精伺服控制闭环控制的目的。
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡与本发明的方法、结构等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，包括处理模块，所述处理模块包括FPGA处理模块和ARM处理模块，所述FPGA处理模块一侧引脚上连接有扩展总线，另一侧引脚上与ARM处理模块连接，其特征在于，所述扩展总线上连接有用于接收外部模拟信号并转化为数字信号再通过扩展总线传输至FPGA处理模块上的A/D转换模块。
2.根据权利要求1所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备还包括若干与所述A/D转换模块相连、且采集所述模拟信号并输出至A/D转换模块的传感器。
3.根据权利要求2所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述传感器至少包括声音传感器、力传感器、能量传感器、位移传感器、加速度传感器、角度传感器。
4.根据权利要求1所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述扩展总线上还连接有用于向所述FPGA处理模块传输信号的位置控制板和I/O接口板，经所述位置控制板和I/O接口板输入的信号经扩展总线和FPGA处理模块传输至ARM处理模块。
5.根据权利要求4所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述位置控制板还与若干电机相连接。
6.根据权利要求4所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述I/O接口板还与PLC控制装置连接。
7.根据权利要求1所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述ARM处理模块上还连接有输入设备和输出显示外设。
8.根据权利要求7所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述输入设备为键盘或触摸屏。
9.根据权利要求7所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述输出显示外设为LCD显示屏。
10.根据权利要求1所述的带有独立A/D转换模块的木工复合加工设备，其特征在于，所述FPGA处理模块采用中断响应模式与所述ARM处理模块连接，所述中断响应模式包括高优先级中断响应通道和低优先级中断响应通道，所述经A/D转换模块传输的数字信号经所述高优先级中断响应通道传输至ARM处理模块。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170222 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |