基于CANopen通信的嵌入式数控系统人机接口的研究

摘要

数控机床作为装备制造业的工作母机，发展装备制造业的前提就是发展数控机床，数控机床的发展也反映了一个国家的装备制造业的发展情况。数控系统的人机接口作为数控系统中一个重要组成部分，在数控系统中承担着数控机床的加工程序数据输入、机床控制、数控系统状态显示、机床参数设置等功能。为满足功能需求，传统的人机接口采用并行通信的方式与其他设备进行通信，这种方式造成了通信线路庞大，系统复杂度高等问题。
　　论文在学习国内外数控系统的基础上，采用CANopen通信作为人机接口的通信模块，一方面减少了进行系统通信时的连线数量;另一方面，采用标准通信协议CANopen，提高了产品的互换性和通用性。论文所设计的人机接口在功能上包含了FANUC数控系统中的显示功能、系统操作面板、机床操作面板、手摇脉冲发生器和附加的输入/输出接口等。
　　论文的主要研究工作如下:
　　首先介绍了CAN总线和CANopen协议，包括从硬件实现和软件实现方式。
　　之后对人机接口进行了需求分析，确定人机接口ARM+Linux+MiniGUI+CANopen的总体设计方案，并针对设计方案，对人机接口进行了硬件平台设计，介绍了键盘模块、手轮模块以及CAN总线模块的硬件设计方案。
　　针对人机接口的功能需求，搭建了人机接口的软件开发环境，并设计了人机接口的应用软件，主要包括:输入数据采集程序设计、加工代码解析程序设计、刀具补偿程序设计、操作界面设计以及CANopen通信的实现。
　　最后对设计的人机接口进行了通信测试，通过通信测试检测了各应用程序的运行情况。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．1 数控系统的现状和发展

1．1．2 CAN和CANopen总线通信的现状

1．2 人机接口

1．3 课题研究的目的和意义

1．4 本文研究的主要内容与章节安排

1．4．1 本文研究内容

1．4．2 本文章节安排

第二章 CAN总线及CANopen通信协议介绍

2．1 CAN总线介绍

2．1．1 CAN总线概述

2．1．2 CAN总线的工作原理

2．2 CANopen协议介绍

2．2．1 CANopen概述

2．2．2 通信对象

2．2．3 对象字典

2．3 CANopen通信的优势

2．4 本章小结

第三章 数控系统人机接口分析及硬件平台设计

3．1 需求分析

3．2 系统方案设计

3．2．1 处理器的选择

3．2．2 嵌入式操作系统的选择

3．2．3 人机接口界面开发工具选择

3．3 人机接口硬件设计

3．3．1 CAN总线电路

3．3．2 手轮接口电路设计

3．3．3 键盘模块

3．4 本章小结

第四章 人机接口软件设计

4．1 软件开发环境搭建

4．1．1 Bootloader的移植

4．1．2 Linux移植

4．1．3 Linux设备驱动开发

4．2 应用程序开发

4．2．1 输入数据读取程序

4．2．2 加工代码解析实现

4．2．3 刀具补偿实现

4．2．4 操作界面设计

4．2．5 CANopen通讯设计

4．3 本章小结

第五章 人机接口功能测试

5．1 人机接口测试平台

5．2 人机接口CANopen通讯测试

5．3 本章小结

总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况