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基于ARM和频谱分析的振动时效系统的设计及其改进

周军飞  
【摘要】:随着中国经济的高速发展,机械制造业也迎来了高速发展的时期,然而在机械加工过程中工件内部由于塑性屈服,会产生内应力,这种内应力也称之为残余应力,残余应力的存在会使得工件易疲劳,易腐蚀,易断裂。传统的方法是采用自然时效和热时效消除这种残余应力。今年来人们普遍采用振动时效工艺,与传统时效方法相比,振动时效工艺具有显著的特点:投资少、污染小、节能、高效。传统的振动时效系统一般是基于8位单片机,无操作系统,功能简单, 不能实时处理复杂的算法,只能使用传统的扫频判峰算法,时间长,效率低,对人工要求较高,从而限制了振动时效设备的发展。随着计算机技术的发展,人们为了能够在振动时效系统上使用较复杂的算法进行实时处理,采用了基于工控机为核心的振动时效设备。这种设备采用上下位机的体系结构,工控机作为上位机负责数据采集、算法处理、人机交互,下位机一般采用8位单片机,主要负责电机驱动、开关信号的控制。上位机与下位机一般采用RS232或RS485通信。这种架构的设备能够快速处理较复杂的算法,比如频域扫频判峰算法,从而极大的提高了振动时效设备的工作效率。然而工控机的高昂价格以及相应的配套器件使得这种设备价格居高不下,上下位机的架构又使得这种设备的体积相对较大,连线的复杂降低了其维护和可靠程度,同时上位机一般采用Windows操作系统,这种非实时操作系统极大地限制了工控机效能的发挥。由于下位机性能的限制,与上位机之间亦不大可能采用高速率通信,进一步限制了工控机的效能。 随着微电子技术的发展,嵌入式处理器的价格越来越低,功能越来越强。基于ARM处理器的振动时效设备不但具备了实时处理频域扫频判峰能力,而且价格接近于传统的基于8位单片机的振动时效设备。本文研究的内容就是实现基于ARM为主控制器的振动时效设备,实现以往工控机才能实现的频域扫频判峰功能。总体来说,采用基于ARM的振动时效系统,不但具备节能、高效的特点,而且价格低廉,维护方便。 本文主要针对基于ARM的振动时效设备的实现、频域扫频判峰算法在ARM上的实现、基于UCOSII操作系统的软件架构进行了研究。


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