嵌入式技术在数控雕刻机控制器中的应用与开发

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于嵌入式技术的数控雕刻机控制器的设计与开发，由电子科技大学的赵军旗撰写，导师为李辉教授。论文关注的重点是利用嵌入式技术解决传统数控雕刻机控制系统存在的成本高、体积大、可靠性和灵活性低等问题。" 在当前的数控雕刻机控制系统中，常见的方案是采用工业控制计算机（工控机）配合运动控制卡，但这一方案存在明显的局限性，包括成本高昂、设备体积庞大以及在可靠性和灵活性方面的不足。随着嵌入式技术的快速发展和广泛应用，它逐渐成为解决这些问题的有效途径。赵军旗的论文提出并设计了一种基于嵌入式技术的新控制器，该控制器在保持结构简洁紧凑的同时，降低了成本，减少了体积，并提高了可靠性和灵活性，便于维护和升级。 在深入分析了国内外数控雕刻机的发展现状及控制技术后，论文首先对控制算法进行了研究和优化，提出了适合调速的数字积分法直线插补算法以及连续小线段加减速控制策略。然后，结合嵌入式技术，设计了控制器的整体架构。硬件设计采用了ARM9+FPGA的结构，其中，ARM9作为主处理器，负责运行嵌入式操作系统、用户界面应用程序以及大量数据算法处理；FPGA作为协处理器，专门用于控制脉冲生成，确保精确的运动控制。 随着嵌入式系统复杂性的增加，软件开发也变得更为复杂。论文采用了面向对象的UML方法和基于数据流图的DARST分析方法相结合的方式，进行迭代增量式的嵌入式软件分析和开发。通过UML建立了控制器的用例图、问题域静态模型和系统上下文类图，确定了外部类和接口。使用DARST方法中的数据流图分析系统内部对象，将其转化为算法对象和实体对象。经过多次迭代，构建了系统的协作图和状态图，并以此为基础进行类的设计。 在软件实现阶段，论文将嵌入式Linux移植和定制到ARM9平台上，作为软件开发的基础。控制器的图形用户界面程序使用C++和Qt库开发，实现了对象模型到代码的映射。同时，应用程序设计采用了多线程，以保证实时性能。经过实际操作验证，设计的数控雕刻机控制器表现优异，已在某企业实现了小批量生产。 关键词涉及的领域包括嵌入式技术、数控雕刻机、插补算法和统一建模语言（UML），表明了这篇论文的研究核心和技术焦点。