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摘 要

试验机，是一种复杂的测试相关材料或者机械部件性能的精密材料测装置，由硬件部分和软件程序部分组成。试验机采集部分主要负责拉力和应变的处理，软件程序部分负责拉伸过程。电子拉力试验机是众多试验机家族中的一员重将，它可以用于很多材料或零部件测试的场合。本课题研究的系统就是根据其要求量身打造的，预测试材料是覆铜板。

对电子拉力试验机的结构组成、基于ARM测控系统设计、步进电机驱动控制、数据采集和系统主要电路等进行了合理的研究设计。在此前提下确定了基于STM32F103X开发板和嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的嵌入式测控系统的开发方案。

使用Keil5软件编程，TFTLCD显示周围环境温度情况，按键控制电机工作状态；编写上位机通讯程序，利用串口调试软件XCOM,实现开发板与上位机的通讯。

关键词：电子拉力试验机 步进电机 信号采集 嵌入式测控系统 μC/OS-Ⅱ

Design of embedded measuring and controlling system for electronic tensile testing machine

Abstract

The testing machine is a sophisticated material measuring device that is complex to test related materials or mechanical parts,and consists of hardware parts and software assemblies.The testing machine is partly responsible for the pull and strain processing,and the software program is responsible for the stretching process.The electronic tension tester is a member of a number of experimental families that can be used for a lot of material or component testing.The system of this project is designed according to its requirements,and the test material is the copper plate.

The structure of electronic tensile testing machine is designed,based on the design ofARM measurement and control system,the drive control of stepper motor,data acquisition and the main circuit of the system.Under the precondition of the determined based on STM32F103X development board and embedded real-time operating systemμC/OS-II embedded measurement and control system of main development plan.

Using Keil5 software programming,TFTLCD display ambient temperature,button control motor working state;Write PC communication program,use serial debugging software XCOM to realize the communication between the development board and the host computer.

Keywords:Electronic tensile testing machine,Stepper motor,Signal acquisition,Embedded measurement and control system,μC/OS-II.

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 1

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 试验机的国内外发展状况和动态趋势 1

1.2.1 国内外发展状况 2

1.2.2 国内外发展趋势 2

1.3 嵌入式系统开发简述 3

1.3.1 嵌入式系统简介 3

1.3.2 嵌入式系统相关分析 3

1.4 关于在ARM7上移植嵌入式实时操作系统 4

1.4.1 ARM7和移植简单介绍 4

1.4.2 嵌入式实时操作系统相关 4

1.5 系统测试对象：烧性覆铜箔层压材料 5

1.6 需要解决的问题和主要工作 5

1.7 论文组织构架 5

第二章 系统总体设计 6

2.1 力学性能测试 6

2.1.1 力学性能测试简述 6

2.1.2 拉伸试验及系统重要技术指标 6

2.2 基于ARM的测控系统设计 8

2.2.1 系统设计原则 8

2.2.2 系统设计总体结构设计 8

2.2.3 测控系统基本原理及工作过程 8

2.2.4 系统设计要求 13

2.3 系统结构设计 13

2.3.1 硬件体系结构策略 14

2.3.2 软件体系结构策略 15

2.4 本章小结 15

第三章 系统硬件总体设计 16

3.1 硬件电路设计目的 16

3.2 设计方案和控制器选择 16

3.3 主要控制电路设计 17

3.3.1 芯片选择 17

3.3.2 电源电路设计 17

3.3.3 JTAG接口设计 18

3.3.4 复位电路设计 19

3.3.5 TFTLCD设计 20

3.3.6 DS18B20传感电路设计 20

3.3.7 按键KEY电路设计 20

3.3.8 LED电路设计 21

3.3.9 USB串口、USB、电源电路设计 21

3.4 信号采集与处理 22

3.4.1 信号采集 22

3.4.2 力值传感器工作原理及选择 23

3.4.3 信号放大电路设计 24

3.4.4 AD转换电路设计 24

3.4.5传感器电路和滤波电路设计 25

3.4.6 传感信号差分输入和多路信号采集 26

3.5 驱动电机控制模块设计 26

3.5.1 步进电机的介绍 26

3.5.2 步进电机综述 27

3.5.3 步进电机的基本参数 28

3.5.4 步进电机运行调控 29

3.5.5 电机控制电路设计 30

3.6 本章小结 30

第四章 系统软件设计与实现 31

4.1 开发环境Keil相关 31

4.2 ALIENTEK MiniSTM32开发板简介 33

4.3 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ介绍 34

4.4 操作系统移植 35

4.5 并发任务设计 35

4.6 上位机控制设计 36

4.7 本章小结 38

第五章 系统测试 39

5.1 系统测试内容 39

5.2 系统设计程序主要代码 39

5.2.1 周边环境温度显示主程序 39

5.2.2 液晶屏起始界面内容主程序 40

5.2.3 按键模拟拉伸试验过程控制步进电机主程序 41

5.2.4 LCD显示拉伸试验过程主程序 42

5.2.5 串口通讯主程序 42

5.3 系统测试结果 43

5.3.1 端口和串口通讯 43

5.3.2 按键控制和LCD程序显示 44

5.4 本章小结 46

第六章 总结与展望 47

6.1 论文总结 47

6.2 课题展望 47

参考文献 49

致谢 51

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

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