（机械电子工程专业论文）基于arm与dsp的纸箱打样机数控平台的开发.pdf

摘要 摘要 随着包装行业的不断发展，纸箱、纸盒已成为了家电、食品、医药、日化、纺织、 交通工具、烟酒等行业必不可少的包装容器。同时，由于人们的审美观不断提升，对 纸箱、纸盒的包装外形和图案的多样化要求也越来越高。针对市场形势，国内也有一 些厂家开始生产相关的纸箱打样设备。但是，目前国内对于纸箱打样机设备进行研究 开发的企业还是相对较少，而且其核心部件的运动控制系统，大多基于p c 机的专用 运动控制卡，其成本相对较高。因此，本文提出了以a r m 设计的管理平台代替p c 机，然后以p c 1 0 4 总线或串口传输的方式与通用d s p 设计的运动控制平台相结合的 纸箱打样机控制方案，并详细介绍了纸箱打样机数控平台软、硬件以及通讯协议的设 计过程。 纸箱打样机数控平台的硬件设计，分别以a r m 处理器$ 3 c 2 4 4 0 a 作为管理模块 和以通用d s p 处理器t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 作为运动控制模块的搭建核心。同时，分别设计 了串口和p c 1 0 4 两种通讯接口用于两平台间的数据交互，周边也配置了存储器资源和 丰富的通用外设接口。处理器$ 3 c 2 4 4 0 a 主要负责外部加工数据的接收和发送、任务 的调度、文件的管理、界面显示、d x f 等图形格式文件的转换、g 代码的解释、速度 的规划和由实际长度到脉冲数的转换等功能。处理器t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 负责数据的接收、 数据类型的判断处理、数据的存储和提取，以及根据加工数据完成插补运算，最后输 出速度和位置控制量给伺服电机，以完成预定的运动轨迹。 本文首先通过p r o t e l 9 9 s e 软件，完成纸箱打样机数控平台的硬件原理设计、p c b 设计，并制作出硬件电路板；然后通过对电路板的调试和验证，确保硬件电路板能够 正常工作；最后，在此硬件基础上，软件方面主要完成了d s p 运动控制平台的设计， 以及完成整机调试。 通过以上工作，本课题对相关技术的研究已经取得了一定的成果，并完成了纸箱 打样机基本功能的实现。对于嵌入式纸箱打样机数控平台的完善，还需要后续工作的 进一步开展。 关键词：纸箱打样机；数控平台；串口通讯协议；嵌入式系统 广东工业大学硕士学位论文 i i a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fp a c k a g i n gi n d u s t r y , c a r t o n sa n db o x e sh a v e b e c o m ee s s e n t i a lc o n t a i n e r sf o rh o u s e h o l da p p l i a n c e s ，f 0 0 d ，p h a r m a c e u t i c a l ，c o s m e t i c ， t e x t i l e ，t r a l j f i ct o o l s ，t o b a c c o ，a n da l c o h o li n d u s t r i e s a tt h es a m et i m e ，b e c a u s eo f p e o p l e sa e s t h e t i cv i e wo fr i s i n g ，r e q u i r e m e n t so fc a r t o n sa n db o x e sp a c k i n gs h a p ea n d p a ：t t e md i v e r s i 哆a r ei n c r e a s i n g l yb e c o m i n gh i g h e r f o rt h em a r k e ts i t u a t i o n , s o m e m a n u f a c t u r e r sa th o m eh a v es t a r t e d t o p r o d u c er e l a t e d c a r t o nm a k i n gd e v i c e s h o w e v e r , t h en u m b e ro fe n t e r p r i s e sw h oh a v ec a r d e d0 1 1t h er e s e a r c ha n dp r o d u c t i o n f o rt h i sk i n dd e v i c ei ss t i l lr e l a t i v e l ys m a l l a n di t sc o r ec o m p o n e n t so ft h em o t i o n c o n t r o ls y s t e m ，m o s ta d o p t e dp c - b a s e dm o t i o nc o n t r o lc a r d ，s o ，t h ec o s ti sr e l a t i v e l y l l i g h t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dac o n t r o ls c h e m ew h i c ht a k e st h ea d v a n c e d r i s cm a c h i n e s ( a r m ) t od e s i g nt h em a n a g e m e n tp l a t f o r mt or e p l a c et h ep e r s o n a l c o m p u t e r ( p c ) ，t a k e st h ed i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ( d s p ) t od e s i g nt h em o t i o nc o n t r o l p l a t f o r m ，a n dt a k e st h ep c 10 4b u so rs e r i a lp o r mt oc o m b i n et h et w op l a t f o r m s a n d t h ed e s i g no fs o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fn u m e r i c a lc o n t r o l ( n c ) p l a t f o r ma n d c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo fc a r t o ns a m p l e m a k e ra r ei n t r o d u c e d t h ed e s i g no f h a r d w a r eo fn cp l a t f o r mo ft h ec a r t o ns a m p l e m a k e rt a k e sa r m p r o c e s s o r $ 3 c 2 4 4 0 aa st h ec o r eo fm a n a g e m e n tm o d u l e ，g e n e r a ld s pp r o c e s s o r s t m s 3 2 0 f 2 812a st h ec o r eo f m o t i o nc o n t r o lm o d u l e a tt h es a m et i m e ，s e r i a lp o r ta n d p c 10 4i n t e r f a c e sf o rt h ed a t ai n t e r a c t i o nb e t w e e nt w op l a t f o r m sa n ds t o r a g er e s o u r c e s a n d g e n e r a lp e r i p h e r a l s i n t e r f a c ea r e d e s i g n e d p r o c e s s o r $ 3 c 2 4 4 0 am a i n l y r e s p o n s i b l ef o re x t e r n a lp r o c e s s i n gd a t as e n d i n ga n dr e c e i v i n g ，t h et a s ks c h e d u l i n g ，f i l e m a n a g e m e n t , i n t e r f a c ed i s p l a y , d r a w i n ge x c h a n g ef o r m a t ( d x f ) a n do t h e rg r a p h i c f o r m a tf i l ec o n v e r s i o n , gc o d ee x p l a n a t i o n , a n dc o m p l e t et h es p e e do fp l a n n i n ga n d t r a n s f o r mt h ea c t u a ll e n g t ht op u l s en u m b e r p r o c e s s o rt m s 3 2 0 f 2 812i si nc h a r g eo f d a t ar e c e i v i n g ，d a t at y p e so fj u d g m e n tp r o c e s s i n g ，d a t as t o r a g ea n de x t r a c t i o n , a n d a c c o r d i n gt op r o c e s s i n gd a t at oc o m p l e t ei n t e r p o l a t i o no p e r a t i o n ，f i n a l l yo u t p u ts p e e d a n dp o s i t i o nt oc o n t r o lt h es t e p p i n gm o t o rt oc o m p l e t es c h e d u l e dt r a j e c t o r y i i i 广东工业大学硕士学位论文 f i r s t l y ，u s i n gp r o t e l 9 9 s es o f t w a r e ，t h i st h e s i sc o m p l e t es c h e m a t i ca n dp r i m e d c i r c u i tb o a r d ( p c b ) d e s i g no ft h eh a r d w a r eo fc a r t o ns a m p l e m a k e rn cp l a t f o r m , m a k i n go u tt h eh a r d w a r ec i r c u i tb o a r d ；t h e nt h r o u g ht h ed e b u g g i n ga n dv a l i d a t i o no f c i r c u i tb o a r d s t oe n s u r eh a r d w a r ec i r c u i tb o a r dc a l lw o r kn o r m a l l y ；i nt k sh a r d w a r e b a s i s ，t h i sp a p e rm a i n l yc o m p l e t e dd s pm o t i o nc o n t r o lp l a t f o r ms o f t w a r ed e s i g n f i n a l l y , c o m b i n ew i t ht h em a c h i n ea n d h a v eaj o i n tt e s t t h r o u g ht h ea b o v ew o r k , t h i sp a p e rh a sf i n i s h e d s o m er e s e a r c h e so nt h e c o r r e l a t i v et e c h n o l o g i e s ，a n dc o m p l e t e dt h ec a r t o ns a m p l e m a k e rb a s i c f u n c t i o n r e a l i z a t i o n t h ee m b e d d e dn cp l a t f o r mo ft h ec a r t o ns a m p l e m a k e rs t i l ln e e d st h e f u r t h e rd e v e l o p m e n to f f o l l o w - u pw o r k t ob e c o m ep e r f e c t k e y w o r d s ：c a r t o ns a m p l e m a k e r ；n cp l a t f o r m ；s e r i a l c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ； e m b e d d e ds y s t e m c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) 。- 。i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) - i i i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 。1 1 1 d e v e l o p m e n to fe m b e d d e dn ct e c h n o l o g y - 1 1 1 1o u t l i n eo f e m b e d d e dn ct e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t - 1 1 1 2d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f n ct e c h n o l o g y 2 1 1 3d e v e l o p m e n ta n a l y s i so f n cw i t he m b e d d e dt e c h n o l o g y 3 1 2o v e r v i e wo fc u r r e n tp a c k a g i n gi n d u s t r ya n dc a r t o ns m a p l e m a k e r 。4 1 2 1s i t u a t i o no f p a c k a g i n gi n d u s t r y - 。4 1 2 2o v e r v i e wo fc a r t o ns m a p l e m a k e rd e v e l o p m e n ta th o m ea n da b r o a d 5 1 3s o u r c ea n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c eo f t h et h e s i s 。7 1 3 1s o u r c eo f t h et h e s i s 7 1 3 2r e s e a r c hs i g n i f i c a n c eo f t h et h e s i s 7 1 4m a i nr e s e a r c hc o n t e n t so f p a p e r 一7 1 5f r a m e w o r ko f t h ep a p e r 。8 c h a p t e r 2c o n t r o lp l a t f o r ms o l u t i o na n a l y s i sa n dd e s i g nf o rc a r t o n s m a p l e m a k e r - - - 11 2 1f u n c t i o nd e m a n d i n ga n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so f c o n t r o lp l a t f o r m 。1 1 2 1 1f u n c t i o nd e m a n d i n go f c o n t r o lp l a t f o r m 1 1 2 1 2p e r f o r m a n c ea n a l y s i so f c o n t r o lp l a t f o r m 1 1 2 2s e l e c t i o no f p l a t f o r mc o n t r o ls c h e m e 。1 2 2 2 1 o p e n l o o pc o n t r o la n dc l o s e d - l o o pc o n t r o lc o n t r a s ta n a l y s i s 1 2 2 2 2 s t e pm o t o ra n ds e r v om o t o r c o n t r a s ta n a l y s i s 一13 2 2 3 d e t e r m i n a t i o no f o v e r a l ls c h e m e 1 4 2 3 m a i nc h i p sc h o i c ef o rm o t i o nc o n t r o lp l a t f o r m 。1 6 2 3 1a r m c h i ps e l e c t i o n 1 7 i x 广东工业大学硕士学位论文 2 3 2d s pc h i ps e l e c t i o n - 1 8 2 3 3p l a t f o r mm a j o rc h i p ss e l e c t i o n 18 2 4 s u m m a r y 1 8 c h a p t e r3 h a r d w a r ep l a t f o r md e s i g nf o rc a r t o ns m a p l e m a k e r ”1 9 3 1h a r d w a r ec o n t r o lp l a t f o r mf r a m e w o r ko f c a r t o ns m a p l e m a k e r ：1 9 3 2h a r d w a r ec o n s t r u c t i o no f a r m m a n a g e m e n tm o d u l e ”2 0 3 2 1c o r eb o a r dr e s o u r c ea n a l y s i s 2 0 3 2 2i n t e r f a c ed e s i g no fe t h e m e tc o n t r o lc h i pw i t h $ 3 c 2 4 4 0 a 2 2 3 2 3o t h e rp e r i p h e r a lc h i p sd e s i g n 。- - 2 3 3 3h a r d w a r ed e s i g no f d s pm o t i o nc o n t r o lm o d u l e 2 7 3 3 1d s ps m a l l e s ts y s t e mb u i l d i n g - 2 7 3 3 2d s po t h e rc i r c u i td e s i g n “2 8 3 4c o m m u n i c a t i o nd e s i g no f a r mm o d u l ea n dd s pm o d u l e 2 9 3 4 1s e r i a li n t e r f a c ed e s i g n 3 0 3 4 2p c 1 0 4b u sd e s i g n 31 3 5p r i n t e dc i r c u i tb o a r dd e s i g n 3 3 3 5 1 l a y o u to f p r i n t e dc i r c u i tb o a r d s ”3 3 3 5 2 w i r i n go f p r i n t e dc i r c u i tb o a r d s 3 5 3 6 s u m m a r y 3 6 c h a p t e r4a n a l y s i sa n dd e s i g nf o rc a r t o ns a m p l e m a k e rs o f t w a r ep l a t f o r m 3 7 4 1o v e r a l ls t r u c t u r ed e s i g no fs o f t w a r ep l a t f o r m 3 7 4 1 1a r m m a n a g e m e n ts o f t w a r ep l a t f o r ma n a l y s i s 3 8 4 1 2m o t i o nc o n t r o ls o f t w a r ep l a t f o r ms o f t w a r ea n a l y s i s ”3 8 4 2a r m m a n a g e m e n tp l a t f o r ms o f t w a r ed e s i g n 3 9 4 2 1d r i v e rd e s i g n 3 9 4 2 2 a p p l i c a t i o nd e s i g n - - 4 0 4 3d s pm o t i o nc o n t r o ls o f t w a r ed e s i g n 4 0 4 3 1 s y s t e mi n i t i a l i z a t i o n 4 l 4 3 2 v e l o c i t yp l a n n i n gp r o c e s s i n ga n di n t e r p o l a t i o nd e s i g n ”4 3 x c o n t e n t s j e e ! ! ! ! = 自= 自目自目目= = ! = ! g = e 自e | e = = = 自g ! | 自目! ! ! = ! = e = e = ! 自= ! = 自e 自= 自! = ! = = 目目自= j = = l j 日1 2 | ! 自! 目i t l l i 4 3 3 t a n g e n t i a lf o l l o wd e s i g n 。4 4 4 3 4i op r o c e s s i n gm o d u l ed e s i g n 4 5 4 4c o m m u n i c a t i o np r o t o c o ld e s i g nb e t w e e na r ma n dd s pm o d u l e 4 7 4 4 1c o m m u n i c a t i o na g r e e m e n td e s i g n 4 7 4 4 2c o m m u n i c a t i o nd a t ap r o c e s s i n gf o ra r ma n dd s p 4 9 4 4 3c o n t r o lc o m m a n da n dp a r a m e t e rm o d i f i c a t i o nc o m m a n dp r o c e s s i n g 5 5 4 5 s u m m a r y 5 6 c h a p t e r5 m a c h i n ec o m m i s s i o n i n ga n dt e s t i n gr e s u l ta n a l y s i so fc a r t o n s a m p l e m a k e r - 5 7 5 1a r m m a n a g e m e n tp l a t f o r ma n dd s p m o t i o nc o n t r o lp l a t f o r mt e s t 5 7 5 1 1a r mm a n a g e m e mp l a t f o r mt e s t 。5 7 5 1 2d s pm o t i o nc o n t r o lp l a t f o r mt e s t 6 0 5 2c o r n m u n i c a t i o i i st e s tb e t w e e na r ma n dd s p - i ( ；“i 5 2 1p c 1 0 4i n t e r f a c ec o m m u n i c a t i o nt e s t 6 4 5 2 2s e r i a lc o m m u n i c a t i o nt e s t - - - 6 5 5 3c a r t o ns a m p l e m a k e rt e s t 6 6 5 3 1o v e r a l lt e s to f s o f t w a r es y s t e m 6 6 5 3 2o v e r a l lt e s to f j o i n tm e c h a n i c a ls y s t e m 6 7 5 4 s u m m a r y 6 9 c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s - 7 1 r e f e r e n c e s 7 3 p u b l i c a t i o n s 7 7 d e c l a r a t i o n 7 8 a c k n o w l e d g e m e n t - - - 7 9 x i 第一章绪论 第一章绪论帚一早珀下匕 1 1 嵌入式数控技术的发展 1 1 1 嵌入式技术的发展概述 从硬件结构上来看，嵌入式系统源于2 0 世纪6 0 年代，最早出现在武器控制中， 后来用于军事指挥控制和通信系统【1 】。6 0 年代和7 0 年代初嵌入式系统硬件主要采用 标准集成电路器件和晶体管。那个时期的嵌入式系统的应用有所扩大，但由于成本、 功耗和体积等多方面原因，嵌入式系统几乎没有问津民用产品。随着7 0 年代微处理 器和单片机的相继问世，嵌入式系统硬件向以微处理器为核心的大规模集成器件过 渡。到8 0 年代单片机成为嵌入式系统硬件主流代表后，使嵌入式系统进入蓬勃发展、 广泛应用、几乎无所不在的时代。从9 0 年代开始，特别是进入2 1 世纪后，微处理 器从8 位，1 6 位一直发展到了3 2 位。其中8 位机，历经2 0 多年至今应用不衰，这 在通用p c 机中是不可想象的。目前，以3 2 位a r m 核的芯片为代表，其应用已非 常普遍。由于应用的广泛性，其研究对于整个嵌入式系统硬件体系具有非常重要的 意义。同时，d s p 数字信号处理器作为嵌入式系统硬件的构成之一，在信号处理方 面也占有重要的地位。随着语音和图像处理等大数据量运算需求的增加，d s p 将发 挥着更大的作用。而p l d ( p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ) 贝, t j 是嵌入式硬件系统的另一 个热点。目前它的主要应用形式包括f p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y s ) 和 c p l d ( c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ) 。由于p l d 具有可编程和可修改的功 能，特别适用于科研与开发领域。它己成为深受研发人员欢迎的嵌入式硬件开发手 段之一。 从软件架构上来看，嵌入式系统作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展 的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟的。起初，嵌入式软件都是基于无操作系统 编写的。随着硬件和软件的不断发展，嵌入式操作系统逐渐出现了。嵌入式系统的 出现最初是基于单片机的。7 0 年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通 信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌式电子装置来获得更佳的使用性能，更容 易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的 广东工业大学硕上学位论文 应用只是使用8 位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。从 8 0 年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统 编写嵌入式应 用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌 入式系统真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时 核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、 中断支持、内存管理等功能。其中比较著名的有r e a d ys y s t e m 公司的v r t x 、 i n t e g r a t e ds y s t e mi n c o r p o r a t i o n ( i s i ) 的p s o s 、i m g 的v x w o r k s 和q n x 公司的q n x 等。9 0 年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时内核逐渐发 展为实时多任务操作系统( i 玎o s ) ，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式 系统的主流。此时，除了上面的几家老牌公司以外，还出现了p a l mo s ，w i n c e ， 嵌入式l i n u x ，l y n x ，n u c l e u x ，以及国内的h o p e n ，d e l t ao s 等嵌入式操作系统。 而在国内，w i n c e 和嵌入式l i n u x 操作系统是当前流行的两种嵌入式操作系统1 2 。 1 1 2 数控技术的发展与应用 目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型 开放式实时动态全闭环控制模式发展p 4 1 。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、 超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学 科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节 与补偿各项参数实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，c a d c a m 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 当前，代表国际数控技术先进水平的公司有：日本f a n u c 和三菱、德国西门 子和海德汉、力士乐、西班牙发格、意大利f i d i a 、法国n u m 等等。从目前世界 上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、 精密化等方面高速发展。从性能发展方面分析，高精高速高效化、柔性化、多轴化、 软硬件开放化和实时智能化是其发展的趋势；从功能发展方面看，其主要往用户界 面图形化、科学计算可视化、插补和补偿多样化以及多媒体技术应用的方向发展； 从体系结构的发展方面看，其主要从集成化和模块化发展。 智能化、网络化和开放式是新一代数控系统的发展方向。开放式体系结构使数 控系统有更好的柔性、适应性、通用性、扩展性。目前开放式数控系统主要有三种 形式：1 ) “p c 嵌入n c 结构的开放式数控系统：它是在传统的专用数控中简单嵌 2 第章绪论 入p c 技术，整个系统可以共享一些计算机的软硬件资源，而计算机只参加辅助编 程、分析、监控、生产指挥和编排工艺等工作。2 ) “n c 嵌入p c 结构的开放式数 控系统：它由开放体系结构运动控制卡和p c 机共同构成。这种运动控制卡通常选 用高速d s p 作为c p u ，具有很强的运动控制和p l c 控制能力，它本身就是一个数 控系统，可以单独使用。3 ) s o f t 型开放式数控系统：这是一种最新开放体系结构 的数控系统，通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋 势。 数控机床是数控技术最典型以及最成熟的应用。随着数控技术的不断成熟，数 控技术的应用领域也在不断地扩大。在注塑行业中，现在的注塑机在程序控制、过 程控制、温度控制等方面均已实现了数字控制；在纺织行业中，并条机和印花机是 纺织行业中两个很重要的机械，并条机用于调整棉花单位长度的质量和纤维的方向， 使其一致，采用了数控方式后，速度和精度都得到了提高；在木工行业中，数控开 榫机、沙发扶手数控生产线、木窗加工中心等等都相继出现；在雕刻艺术中，随着 雕刻艺术品的需求逐渐的增加，雕刻也进入了工业生产领域，传统的手工雕刻已经 不能满足需求，数控雕刻机就是结合了数控技术和原来的雕刻技术为一体的新产品。 总之，数控技术作为实现制造业自动化、柔性化、集成化的基础，已经成为先 进制造技术的重要组成部分，是发展现代集成制造和智能制造的主要技术，是各种 先进制造系统的基础和前提条件。 1 1 3 嵌入式技术结合数控技术的发展分析 嵌入式系统具有专用性强、实时性好、可裁剪性好、可靠性高以及功耗低等特 点。对于实时性，嵌入式3 2 位的微处理器处理速度通常是几百兆，甚至是上千兆， 其硬件的处理能力在一定程度上提高了控制系统的实时性。同时嵌入式实时操作系 统的实时性也一定程度上比基于p c 的d o s 或w i n d o w s 系统的实时性高。由于嵌 入式处理器本身集成了常用的接口控制模块，如l c d 、u s b 接口等模块，布线少， 集成度高，所以较p c 平台，抗干扰的能力得到了很大增强。另外，嵌入式系统的 可裁剪性大大增强了系统的开放性，用户可以根据具体的需求，有效裁剪外设资源， 以达到最大化利用资源，降低成本的效果。目前，已经有越来越多的研究者对嵌入 式数控技术进行了研究蹲 】。 而当前对数控系统的研究多基于以p c 或工业p c 为基础的数控模型上，目前中 3 广东工业大学硕t 学位论文 央数控单元多数采用成熟的计算机产品，而且用的最多的是工业p c 系统，因为经 过几十年的发展，这类计算机系统已形成强有力的标准框架体系和服务支持体系， 功能强大，开发也方便。但计算机产品是针对数据运算、处理和管理而设计的功能 强大的通用产品，这个系统集成了很多的功能，而不少功能实际上是数控系统不需 要的，存在资源利用不充分的问题，同时也影响了系统的实时性能。 数控系统的操作系统需要严格的实时处理功能、高可靠性、良好的开放性，对 人机界面、开发环境、可操作性、成本等也有特别的要求，而基于以上嵌入式系统 的分析，嵌入式系统正顺应了其要求。因此，随着3 2 位嵌入式c p u 价格的下降和 性能指标的提高，嵌入式硬件平台不断的完善和发展，嵌入式操作系统的升级和优 化，技术支持的不断拓宽，为嵌入式系统的广泛应用提供了可能，嵌入式系统将会 越来越多地应用于数控系统领域。 1 2 当前包装行业及纸箱打样机的概述 1 2 1 包装行业的发展现状 目前，我国包装行业经历了高速发展的阶段，已经建立起了一定的生产规模， 已成为中国制造领域里重要的组成部分。据世界包装组织统计，2 0 0 2 年世界包装产 业总规模为4 1 7 0 亿美元，2 0 0 9 年增至5 6 3 8 亿美元，年均复合增长率4 4 。其中 纸包装市场2 0 0 2 年为1 5 2 0 亿美元，占比3 6 ，细分来看瓦楞纸箱为8 0 0 亿美元， 纸板为4 2 0 亿美元；2 0 0 9 年纸包装市场增至2 1 6 0 亿美元，占比略微提升至3 8 。 改革开放3 0 多年来，我国包装产业总产值以年均递增1 8 以上的速度持续快速发 展。在我国国民经济4 2 个主要行业中，包装产业从8 0 年代初期第4 1 位跃升到第 1 4 位。其中，纸类包装产量2 0 0 4 2 0 0 7 年年均复合增长率达1 2 ，且快速增长势头 将持续，预计2 0 1 0 年和2 0 1 5 年将分别增加到2 7 0 0 万吨和3 6 0 0 万吨【，】。 经济的不断发展促使相关行业对包装纸盒、包装印刷及塑料复合包装等的需求 也日益增长，同时作为包装行业后序设备的需求也在剧增。目前，全球的包装机械 设备需求每年以5 3 的速度增长。美国拥有最大的包装设备生产商，其次是日本， 其他主要来自德国、意大利和中国。但目前包装机械设备生产增长最快的是在发展 中的国家和地区。国内包装机械厂家有专业研究开发的厂家相对较少，这是我国的 不足之处。不过在国内包装设备厂家不断努力下，国内的包装设备在计量、制造、 4 第一章绪论 技术性能等方面有了一定的成就。 随着包装工艺的不断发展变化，工艺流程自动化程度越来越高。目前自动化技 术在包装生产线中已占5 0 以上，大量使用了电脑设计和机电一体化控制，提高生 产率、设备的柔性和灵活性，增加机械手以完成复杂的包装动作。每个机械手均由 单独的电脑控制，摄像机监控包装动作并将信息反馈到电脑以调整动作幅度，保证 包装的质量。 截止2 0 1 0 年初，全球范围内瓦楞纸箱的生产总值约占包装行业总值的1 9 ， 其占据包装行业总值的比