周?chē)?guó)華，商俊燕

（常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息系，江蘇 常州 213164）

基于Android平臺(tái)的折彎?rùn)C(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

周?chē)?guó)華，商俊燕

（常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息系，江蘇 常州 213164）

為了促進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展，方便系統(tǒng)維護(hù)與監(jiān)測(cè)，開(kāi)發(fā)了一種基于Android平臺(tái)的折彎?rùn)C(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)折彎?rùn)C(jī)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。該系統(tǒng)不受地點(diǎn)時(shí)間限制，用戶(hù)可在任何具備網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方從手機(jī)上瀏覽并獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)告、故障診斷報(bào)告及圖形分析報(bào)告，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，且具有較高的性?xún)r(jià)比。

折彎?rùn)C(jī)；安卓；集成控制系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控

目前國(guó)外，在數(shù)控折彎?rùn)C(jī)領(lǐng)域，荷蘭、瑞典等一些發(fā)達(dá)國(guó)家主要綜合運(yùn)用高科技手段構(gòu)建先進(jìn)折彎?rùn)C(jī)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)先進(jìn)的傳感器感知技術(shù)、數(shù)據(jù)融合傳輸技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立覆蓋整個(gè)產(chǎn)品的數(shù)控技術(shù)信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，大幅提高了折彎系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、可維護(hù)性、可持續(xù)性發(fā)展［1］。在國(guó)內(nèi)，目前都是人工測(cè)試系統(tǒng)、采集數(shù)據(jù)，然后手工導(dǎo)出數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析，操作耗時(shí)費(fèi)力、實(shí)時(shí)性不佳，甚至很多專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)采集必須攜帶和使用專(zhuān)門(mén)測(cè)試儀表，帶來(lái)了更大的維護(hù)困難等問(wèn)題。本監(jiān)控系統(tǒng)基于Android平臺(tái)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，采用手機(jī)無(wú)線(xiàn)通訊的方式對(duì)折彎?rùn)C(jī)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)輸出快而精確。

1　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要分為底層模塊（伺服控制模塊監(jiān)控、流量閥模塊監(jiān)控、壓力閥模塊監(jiān)控），數(shù)據(jù)采集模塊，服務(wù)器，遠(yuǎn)程監(jiān)控以及Android手機(jī)客戶(hù)端等模塊。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

折彎?rùn)C(jī)集成控制系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的核心，監(jiān)控著整個(gè)板料折彎全過(guò)程。集成控制系統(tǒng)包括控制部分、驅(qū)動(dòng)部分及監(jiān)控部分，實(shí)現(xiàn)的功能主要包括控制參數(shù)的設(shè)定、狀態(tài)的讀取控制、數(shù)據(jù)信號(hào)采集、對(duì)折彎?rùn)C(jī)的控制。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)要對(duì)伺服、流量閥、壓力閥、電磁閥、液壓泵在內(nèi)的多種控制對(duì)象進(jìn)行控制，負(fù)責(zé)的控制任務(wù)如下：板料的輸送、工作滑塊的位移及后擋料板的位置控制等。驅(qū)動(dòng)部分則由控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)設(shè)置發(fā)送控制指令運(yùn)作。監(jiān)控部分包括實(shí)時(shí)接受控制反饋信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)信息匯集及處理、控制參數(shù)和狀態(tài)顯示等。各個(gè)部分必須實(shí)時(shí)通訊、協(xié)調(diào)工作。

圖1　系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)圖

服務(wù)器模塊主要用于接收數(shù)據(jù)并通過(guò)GPRS與Android手機(jī)客戶(hù)端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信；Android手機(jī)客戶(hù)端主要完成同服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互，端口狀態(tài)顯示以及自身的數(shù)據(jù)庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。

2　Android客戶(hù)端設(shè)計(jì)

2.1Android客戶(hù)端架構(gòu)

Android是一種基于Linux的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦，由Google公司和開(kāi)放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)及開(kāi)發(fā)。客戶(hù)端部分采用Android Java開(kāi)發(fā)，利用自身數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，結(jié)合Socket完成網(wǎng)絡(luò)通信，最終編譯之后打包生成App，在Android手機(jī)上可直接安裝，相比傳統(tǒng)的折彎?rùn)C(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)不受時(shí)間、地域、環(huán)境、距離等因數(shù)限制，在用戶(hù)手機(jī)上設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，操作方便靈活，具體架構(gòu)如圖2所示。

圖2　Android客戶(hù)端架構(gòu)

2.2客戶(hù)端界面設(shè)計(jì)

Android系統(tǒng)采用XML語(yǔ)言完成界面設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)主要包含登錄界面、主功能界面、參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷及數(shù)據(jù)分析界面，在主功能界面中可點(diǎn)擊進(jìn)入各級(jí)主控制界面，端口監(jiān)測(cè)界面如圖3所示。在該控制界面實(shí)時(shí)接收由服務(wù)器端發(fā)送的數(shù)據(jù)并直觀的顯示出來(lái)。

圖3　端口監(jiān)測(cè)界面

端口通過(guò)其狀態(tài)0-1的變化判定外部信號(hào)或者輸入端口的好壞。I_00到I_13為輸入端口，O_14到O_18為伺服軸的模擬量輸出端口。 O_19和O_20為伺服軸模擬量輸出端口的零位調(diào)整，可用以校正伺服電機(jī)的零飄。D1～D4分別對(duì)應(yīng)Y1、Y2光柵尺，X軸，R軸的編碼器的反饋信號(hào)，通過(guò)這些反饋信號(hào)可判定計(jì)數(shù)方向的正確性，防止發(fā)生飛車(chē)。

左偏置，右偏置可控制左右兩側(cè)比例伺服閥的雙向開(kāi)啟關(guān)閉，左右閥補(bǔ)償可校正閥零位，壓力閥偏置可以通過(guò)DA1 到DA6值的改變輸出相應(yīng)電流到主壓力閥，通過(guò)壓力表可直接觀察到主壓力的變化，通過(guò)這種方法可方便的進(jìn)行壓力標(biāo)定。通過(guò)左右閥偏置，壓力閥偏置及相關(guān)開(kāi)關(guān)閥的動(dòng)作能操縱滑塊上下動(dòng)作。

本系統(tǒng)包含多個(gè)Activity，這些Activity切換與傳遞數(shù)據(jù)通過(guò)Intent來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)Activity設(shè)置可觸發(fā)的控件，添加一個(gè)觸發(fā)器，設(shè)置Intent，讓Intent能將Activity和需要跳轉(zhuǎn)的Activity進(jìn)行綁定，通過(guò) putExtra方法將要傳輸?shù)闹捣诺絀ntent對(duì)象中存儲(chǔ)，在跳轉(zhuǎn)的Activity中使用 getIntent來(lái)獲取上下文切換中，使得自己?jiǎn)?dòng)Intent對(duì)象實(shí)例，最后使用getStringExtra來(lái)獲取數(shù)據(jù)。

2.3數(shù)據(jù)存取模塊設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中2處用到數(shù)據(jù)庫(kù)，即在參數(shù)設(shè)置以及采集數(shù)據(jù)存取模塊中。在參數(shù)設(shè)置模塊中，為了提高系統(tǒng)的操作人性化，用戶(hù)可手動(dòng)設(shè)置通信地址和端口，添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中，一次設(shè)置可永久保存，在下次通信時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)搜索數(shù)據(jù)庫(kù)，取出通信參數(shù)和遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行通信，若服務(wù)器地址發(fā)生變化，只需修改客戶(hù)端的通信數(shù)據(jù)庫(kù)中的通信參數(shù)即可。在數(shù)據(jù)存取模塊中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器傳送來(lái)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，更新以及實(shí)時(shí)的查詢(xún)記錄功能，為了防止數(shù)據(jù)的覆蓋，每次實(shí)時(shí)讀取系統(tǒng)當(dāng)前的時(shí)間，提煉出關(guān)鍵信息作為保存文件的文件名，在數(shù)據(jù)分析時(shí)通過(guò)ListView將指定目錄下存儲(chǔ)的XML文檔全部列出，用戶(hù)選擇某一XML文檔后，可刪除此文檔或者根據(jù)此文檔的數(shù)據(jù)生成圖形分析，同時(shí)考慮到手機(jī)自帶的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)容量有限，系統(tǒng)能將數(shù)據(jù)庫(kù)中全部信息以XML文檔的方式保存到用戶(hù)的SD卡上。

SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)是D.Richard Hipp用C語(yǔ)言編寫(xiě)的開(kāi)源嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，支持的數(shù)據(jù)庫(kù)大小為2TB。SQLite是輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，其與C/S模式的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件不同，是進(jìn)程內(nèi)的數(shù)據(jù)引擎，因此不存在數(shù)據(jù)庫(kù)的客戶(hù)端和服務(wù)器。使用SQLite一般只需要帶上其的一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)，便可享受其全部功能。且那個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)的尺寸也相當(dāng)小。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，其的核心引擎本身不依賴(lài)第三方軟件，使用其也無(wú)需“安裝”。所以在部署的時(shí)候能省去不少麻煩。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)支持跨平臺(tái)，支持大部分操作系統(tǒng)，除了在電腦上使用的操作系統(tǒng)外，諸多手機(jī)系統(tǒng)同樣可運(yùn)行，比如 Android、Windows Mobile、Sysbin、Palm等。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)支持多語(yǔ)言接口，比如C/C++、java、Python、dotNet、Ruby、Perl等，因此本系統(tǒng)采用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。

在android中使用SQLite，一般需要重新寫(xiě)一個(gè)類(lèi)，而該類(lèi)繼承一個(gè) android提供訪(fǎng)問(wèn)該數(shù)據(jù)庫(kù)的助手類(lèi)SQLiteOpenHelper。SQLiteOpenHelper是SQLiteDatabase的一個(gè)幫助類(lèi)，用來(lái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建和版本的更新。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)同樣可通過(guò)SQL語(yǔ)句來(lái)完成數(shù)據(jù)的新增、插入、修改等操作，Android提供了一個(gè)名為SQLiteDatabase的類(lèi)，該類(lèi)封裝了一些操作數(shù)據(jù)庫(kù)的API，使用該類(lèi)可完成對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行添加（Create）、查詢(xún)（Retrieve）、更新（Update）和刪除（Delete）操作。

2.4通信模塊設(shè)計(jì)

通信模塊主要基于Socket接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，Socket是兩個(gè)程序之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通訊端點(diǎn)，有一個(gè)地址和一個(gè)端口號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。每個(gè)服務(wù)程序在提供服務(wù)時(shí)均要在一個(gè)端口進(jìn)行，而想使用該服務(wù)的客戶(hù)機(jī)也必須連接該端口。Socket因是基于傳輸層，所以其是較為原始的通訊協(xié)議機(jī)制。通過(guò)Socket的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式為字節(jié)流信息，因此通訊雙方要想完成某項(xiàng)具體的應(yīng)用則必須按雙方約定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的格式化和解釋。本系統(tǒng)選用基于TCP/IP協(xié)議的Socket通信方式。為了提高系統(tǒng)的通信效率，將Socket通信的接收部分在獨(dú)立的線(xiàn)程Thread中執(zhí)行，以保證系統(tǒng)的快速反應(yīng)性能。

首先利用服務(wù)器的域名 （IP地址）以及端口創(chuàng)建新的Socket連接，通過(guò)該端口號(hào)向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求，如果連接不成功，拋出異常。成功連接后客戶(hù)端啟動(dòng)偵聽(tīng)，準(zhǔn)備接收來(lái)自服務(wù)器指定端口發(fā)送的IO端口參數(shù)信息，具體實(shí)現(xiàn)如下：

try｛

//客戶(hù)端

socketSocket socket=new Socket（服務(wù)器固定IP地址, 54321）；

//取得輸出流

PrintWriter out=new PrintWriter（

new BufferedWriter（new OutputStreamWriter（socket. getOutputStream（））,true）；

//取得輸入流

BufferedReaderin=newBufferedReader（new InputStreamReader（socket.getInputStream（））；

…

//讀取信息關(guān)閉流

out.close（）；

in.close（）；

｝catch（IOException e）｛…｝

3　折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計(jì)

折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)服務(wù)器由數(shù)據(jù)編程模塊、折彎控制模塊以及狀態(tài)監(jiān)控3大模塊組成，系統(tǒng)采用C#與C++混合編程，C#設(shè)計(jì)界面，C++實(shí)現(xiàn)底層通訊，實(shí)現(xiàn)在不影響系統(tǒng)性能下提高了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率。

與手機(jī)通訊采用GPRS模塊，GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式。與原有的GSM比較，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有明顯的優(yōu)勢(shì)：通過(guò)多個(gè)GSM時(shí)隙的復(fù)用，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高；GPRS采用TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)數(shù)據(jù)透明傳輸；支持固定IP和域名解析方式連接；采用信道復(fù)用技術(shù)，每個(gè)GPRS用戶(hù)均能實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)在線(xiàn)；相對(duì)于短消息等其他無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，GPRS的價(jià)格優(yōu)勢(shì)比較明顯；內(nèi)置EEPROM，可保存用戶(hù)設(shè)定參數(shù)；獨(dú)立的數(shù)據(jù)端口和命令端口，可接受遠(yuǎn)程AT命令；抗干擾設(shè)計(jì)，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求。

圖4　折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)服務(wù)器功能模塊

圖5　系統(tǒng)監(jiān)控流程圖

通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控模塊來(lái)查看折彎?rùn)C(jī)IO端口及運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)的變化，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。當(dāng)折彎系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，折彎控制模塊能自動(dòng)識(shí)別故障代碼，通過(guò)串口發(fā)送到折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)服務(wù)器端，服務(wù)器端能準(zhǔn)確將相關(guān)IO端口狀態(tài)發(fā)送到Android手機(jī)，同時(shí)本監(jiān)控系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、保存及發(fā)送，當(dāng)整個(gè)折彎步驟完成后，監(jiān)控自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，為了防止數(shù)據(jù)丟失，保存在機(jī)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)GPRS傳送數(shù)據(jù)，同時(shí)窗口能正確顯示接收到的指令，可對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行查詢(xún)。

4　試驗(yàn)與結(jié)果分析

利用本系統(tǒng)在蘇州愛(ài)克機(jī)械有限公司折彎?rùn)C(jī)生產(chǎn)基地進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)時(shí)獲取折彎?rùn)C(jī)的IO端口變化及采集數(shù)據(jù)生成分析報(bào)告，在本系統(tǒng)監(jiān)控下，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6　圖形數(shù)據(jù)分析示例

通過(guò)該采樣分析界面，可看到整個(gè)折彎動(dòng)作運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)曲線(xiàn)，分析該曲線(xiàn)，可得到比例伺服閥的動(dòng)作狀態(tài)；比例壓力閥的動(dòng)作狀態(tài)；Y1，Y2滑塊運(yùn)行速度，位置；機(jī)床狀態(tài)（停止，快下，工進(jìn)，保壓，卸荷，回程）；滑塊運(yùn)行 參考曲線(xiàn)，實(shí)際誤差；數(shù)字輸入輸出端口狀態(tài)；伺服軸的運(yùn)行狀態(tài)及參考曲線(xiàn)；模擬量反饋信號(hào)狀態(tài)（壓力傳感器，補(bǔ)償電位器等）等。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文開(kāi)發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)Android平臺(tái)的折彎?rùn)C(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在Android手機(jī)上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控，方便了折彎?rùn)C(jī)生產(chǎn)廠家監(jiān)控和調(diào)試折彎?rùn)C(jī)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，性?xún)r(jià)比高，具有良好的推廣前景。

［1］孫斌,楊汝清.基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.機(jī)床與液壓,2001（4）:3-5.

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Remote monitoring system of bending machine based on android platform

ZHOU Guo-hua,SHANG Jun-yan
（Department of Information，Changzhou Institute of Light Industry Technology，Changzhou 213164,China）

In order to promote the development of NC system,and is convenient for system maintenance and monitoring,the development of a bending machine remote monitoring system based on the Android platform,the realization of the bending machine system operation data acquisition and remote data storage function.The system is not affected by the time and place restrictions on,the user can in any with network coverage of the place from the phone browsing and access to data,and according to the data automatic generation system operation report,fault diagnosis reports and graphical analysis report,and reliable operation of the system and has a high price.

bending machine；Android；integrated control system；remote monitoring

TN99

A

1674－6236（2016）13-0098-03

2015-07-14稿件編號(hào)：201507102

常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2014）；江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（201513101015Y）

周?chē)?guó)華（1977—），男，江蘇常州人，碩士，講師。研究方向：軟件技術(shù)。