摘  要 ：為提高金屬機械的工作效率和操作易用性，開展金屬機械中的電子控制系統設計及應用研究。通過對系統硬件中的傳感器和控制器，設計出一種簡便易用的電子控制系統。實驗證明，新的電子控制系統控制過程所需時間更短，因此可以有效提高金屬機械的工作效率。

　　關鍵詞 ：金屬機械 ;電子 ;控制 ;系統

　　1  金屬機械中的電子控制系統硬件設計

　　金屬機械中的電子控制系統硬件主要包括三部分，分別為傳感器、控制器和執行器 [1]。其相互之間的關系為 ：傳感器精準獲取狀態信息，并向控制器發送輸入信號 ;控制器處理輸入信號，根據給定方式處理數據，向執行器發送控制信號 ;執行器根據控制器的控制信號，執行相應動作。再對三者進行細分，傳感器包括按鈕開關、拉力傳感器、電機轉速傳感器以及傾角傳感器等。控制器又可分為輸入、輸出接口、核心控制器以及網絡端口等。執行器可分為狀態輸出指示燈、報警器以及伺服電機等。

　　1.1 傳感器設計傳感器是用于獲取金屬機械運行狀態的主要途徑，傳感器類型的選擇由金屬機械的狀態決定，首先明確所需的運行狀態，針對狀態類型對傳感器進行選取。傾角傳感器是用于計算金屬機械拉力的重要參量，若沒有傾角傳感器，系統將無法準確判定當下機械運行的環境，為了保證在規定的范圍內，產生最大的金屬機械拉力，不僅會增加電能的消耗，同時還會加速控制系統的磨損速度，降低控制系統的使用壽命。但通過傾角傳感器獲取到相應的數據信息，只需要控制系統給金屬機械一個大于制動的拉力值即可。不僅不需要達到金屬機械的極限拉力，同時還可以有效提高控制系統的效率。

　　1.2 控制器設計金屬機械的電子控制系統其核心為嵌入式系統，因此該系統是指向被控對象，嵌入到實際應用的系統當中，從而實現嵌入式應用的計算機系統。電子控制系統的核心為，在網絡技術的協同下，控制金屬機械運行的電子控制系統。處理器的 CPU 內核選用 CIP-51 核，其控制指令的周期按照時鐘周期為準，指令集中度約為 60% 的指令在一到兩個時鐘周期內完成。工作環境周圍的溫度在零下 30℃到零上 120℃之間，工作電壓為 1.6V~5.5V，內置數據存儲器為 4352 字節，可以支持輸入為 8V 的模擬信號，以及 6 個 32 位通用定時器。

　　2  金屬機械中的電子控制系統軟件設計

　　2.1 軟件開發環境的選擇對于電子控制系統，其軟件的運行環境選擇在電子控制單元以及微控制單元中。電子控制單元選用 MCS-51 指令集的單片機系統，為了提升本文設計的控制系統的工作效率，因此選用集成開發環境，匯編器以及連接器內部的核心工具選用 Keil C51 工具，從而降低系統程序編寫的復雜程度。

　　2.2 通訊設計控制器域網通信總線選用廣播的方式進行傳輸，利用標識符進行區分，設定標識符越小，優先級越高的原則，能夠有效對報文進行濾波，利用循環冗余校驗的方法進行系統的錯誤檢驗 [2]。控制器域網報文可分為遠程幀、數據幀以及出錯幀，根據實際情況中不同的需要，選擇不同類型的報文。控制器域網通信包括標識符定義、波特率設定、數據的打包和解包。這一部分必須與金屬機械整體中的其它通訊模塊相互對應，才能實現控制系統的通訊功能。

　　2.3 數字濾波設計由于金屬機械的工作環境十分惡劣，因此對于信號進行濾波處理是十分有必要的，通過濾波處理可以有效減少外界環境對控制系統的影響。因此，為了保證控制系統的可靠性運行，在軟件設計當中增加對數字濾波的設計。濾波處理主要可分為兩部分，一是對按鈕檢測進行濾波處理 ：為了防止由于操作失誤造成的抖動而被控制系統認為是多次操作的問題發生，在系統中設置去抖動濾波程序。以 3ms 為一個時間間隔，若進行連續采樣的過程中有 30 個使能電平，則認為該操作為正常按鍵操作 ;若在 30 次內，有任意一次采樣為非使能電平，則認為該操作為非正常按鍵操作，放棄本次查詢結果，重新進入初始化查詢程序，進行再次查詢。二是模擬信號的采樣濾波處理 ：控制系統中的模擬信號包括拉力傳感器信號以及傾角信號。由于兩種信號類型的應用環境不同，因此受到的影響也是不同的。拉力傳感器信號位于控制系統的內部，因此受到的影響相對較小，可以選用數學算法中的算數平均值的方式對其進行濾波處理。而傾角信號相對復雜，因此選用一種新興的數字濾波的方式，對其進行濾波處理。這種方法不僅可以提高傳統濾波的精確度，同時還可以在系統的程序中對濾波閾值進行隨意的修改，克服傳統濾波器的缺點。

　　3  仿真測試

　　為了驗證本文設計的電子控制系統的有效性，將本文系統與傳統的控制系統進行仿真對比實驗。利用虛擬平臺構建兩個完全相同的金屬機械，并用本文系統與傳統系統分別對金屬機械進行控制，分別發出 5 組完全相同的指令信息，比較兩個金屬機械完成該指令的時間，并記錄在表 1 實驗結果中。

　　通過仿真測試及實驗結果可以看出，本文控制系統在對金屬機械的相應動作指令進行控制過程中，完成相應控制指令所消耗的時間明顯比傳統控制系統短，滿足電子控制系統的設計要求，因此更具有實際的應用價值。

　　4  結語

　　通過本文對電子控制系統進行優化設計，可以有效提高金屬機械的工作效率。但對于控制系統中的硬件可靠性以及使用壽命還有待進行進一步的檢測，目前階段僅對控制系統的功能進行測試研究，后續還將對系統中的各元件進行測試才能驗證控制系統是否可以進行批量的生產和制造。

　　參考文獻

　　[1] 張 清 . 電 子 機 械 制 動 控 制 系 統 的 安 全 設 計 研 究 [J]. 內 燃 機 與 配件 ,2017,68(05):010-012.

　　[2] 崔海花 .基于智能控制工程在機械電子工程中的應用 [J].數字技術與應用 ,2017,38(05):012-013.

　　《金屬機械中的電子控制系統設計及應用》來源：《世界有色金屬》，作者：張建國。