劉冬敏，劉繼軍，沈娣麗，明五一（.中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，鄭州450044；.鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，鄭州45000）

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基于Windows平板電腦的全自動(dòng)編織機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉冬敏1，劉繼軍1，沈娣麗1，明五一2
（1.中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，鄭州450044；2.鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，鄭州450002）

摘 要：針對(duì)全自動(dòng)編織機(jī)機(jī)床設(shè)備實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控的需求，并結(jié)合當(dāng)前監(jiān)控終端移動(dòng)化、便捷化發(fā)展的趨勢，設(shè)計(jì)一種基于Windows平板電腦的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。采用一款Windows和Android的雙系統(tǒng)平板電腦，實(shí)現(xiàn)工作、休閑融合一體的思路模式。在此設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下，本文構(gòu)建了基于Windows和無線網(wǎng)絡(luò)的全自動(dòng)編織機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，人機(jī)界面設(shè)計(jì)充分考慮到了觸屏的操作特點(diǎn)，系統(tǒng)采用C／S工作模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)床監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、便捷性。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)編織機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；平板電腦；互聯(lián)網(wǎng)

1　引言

全自編織機(jī)就是針對(duì)家庭作坊用戶市場專門設(shè)計(jì)的新型電腦橫機(jī)機(jī)型，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，它與傳統(tǒng)的手搖橫機(jī)很相似，整體上來說差別不是很大，區(qū)別僅在于增加了機(jī)頭的翻針電磁鐵和趴針機(jī)構(gòu)。與手搖橫機(jī)相比，全自動(dòng)編織機(jī)大大簡化了功能部件，使用了全新的編織工藝，減少了用戶的培訓(xùn)成本，可直接編程實(shí)現(xiàn)花型文件的編輯，大大降低了制造成本。近年來，隨著企業(yè)經(jīng)營、管理、人力資源等成本的增長，傳統(tǒng)的手搖橫機(jī)退出市場節(jié)奏明顯加快［1－2］。簡易數(shù)控編織機(jī)一個(gè)工人可在生產(chǎn)車間同時(shí)監(jiān)管多臺(tái)機(jī)床（4～8臺(tái)）。進(jìn)一步，借助遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，車間主管可通過便攜性移動(dòng)平板遠(yuǎn)程監(jiān)控整個(gè)工廠各個(gè)車間的生產(chǎn)情況。

目前，移動(dòng)終端主要是Android和IOS兩大系統(tǒng)，但是由于這兩個(gè)系統(tǒng)主要面向娛樂、休閑市場，其作為企業(yè)場景的使用并不多見，而隨著Windows 8的發(fā)布，其工作、娛樂得到了平衡，相關(guān)為企業(yè)級(jí)開發(fā)的應(yīng)用也很方便的移植到Windows移動(dòng)平臺(tái)中。再加上現(xiàn)在市場上已經(jīng)有基于Windows和An droid的雙系統(tǒng)平板電腦、智能手機(jī)等硬件平臺(tái)，這就更進(jìn)一步推動(dòng)了傳統(tǒng)應(yīng)用在這些設(shè)備上使用的機(jī)會(huì)，也保護(hù)了企業(yè)級(jí)應(yīng)用的前期投入。

本項(xiàng)目中，我們用藍(lán)魔i9s Pro作為機(jī)床監(jiān)控的硬件平臺(tái)。它采用8.9寸1920*1200像素屏幕，搭載Intel Z3735F四核處理器，2GB運(yùn)行內(nèi)存。由于預(yù)裝了Windows 8.1和Android兩個(gè)系統(tǒng)，存儲(chǔ)空間升級(jí)至64GB。這款機(jī)器最大的特色就是雙操作系統(tǒng)，支持開機(jī)選擇，Android數(shù)據(jù)分區(qū)空間可被Windows系統(tǒng)訪問，實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，后續(xù)通過OTA升級(jí)以后，還將支持系統(tǒng)熱切換，可在Android系統(tǒng)中直接切換至Windows 8系統(tǒng)，無需關(guān)機(jī)。

目前，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用有多種模式。本項(xiàng)目中，我們采用專用通信模塊通信方式實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)具有易維護(hù)、易擴(kuò)展和接線少等特點(diǎn)，在企業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用［3－5］。機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)和控制命令通過專用通信模塊進(jìn)行處理，中心端的專用服務(wù)器處理遠(yuǎn)程訪問控制，監(jiān)控端軟件可部署在基于Windows的平板電腦上。

2　系統(tǒng)功能需要分析

基于Windows平板電腦的全自動(dòng)編織機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，是一個(gè)集嵌入式微電子技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、無線通信技術(shù)、大容量數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)技術(shù)等的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

2.1 功能需求

包含登錄界面、主控界面、詳細(xì)信息界面、歷史信息界面、統(tǒng)計(jì)分析界面和系統(tǒng)設(shè)置界面。由于是為平板電腦進(jìn)行設(shè)計(jì)，一些操作盡可能讓用戶通過觸控方式完成，比如在登錄界面中，系統(tǒng)自動(dòng)記住當(dāng)前的登錄用戶，輸入密碼時(shí)候系統(tǒng)彈出軟鍵盤，只輸入相應(yīng)的數(shù)字密碼（為安全起見，密碼長度為8位以上）即可，不需要用戶調(diào)取Windows系統(tǒng)的軟鍵盤。主控界面中，可按車間分組，將機(jī)床分成不同的車間，單個(gè)車間組中一次最多可顯示18臺(tái)機(jī)床，如果該車間比較大，可建議分為多個(gè)虛擬組，這樣用戶可通過單擊車間組別按鈕方便切換。另外，系統(tǒng)主控界面中的各個(gè)機(jī)床監(jiān)控的界面顯示也非常形象，通過圖片、狀態(tài)燈、選擇框和標(biāo)簽等多種形式進(jìn)行展示該機(jī)床的工作狀態(tài)。詳細(xì)信息界面和歷史信息界面可顯示當(dāng)前選中機(jī)床的詳細(xì)信息和歷史工作狀態(tài)信息。統(tǒng)計(jì)分析界面可對(duì)單個(gè)或者多個(gè)機(jī)床的工作狀態(tài)進(jìn)行匯總、分析，通過圖像或者Excel表格的方式展示，方便用戶使用。系統(tǒng)設(shè)置中，可對(duì)所監(jiān)控機(jī)床的名稱、安放位置（車間）等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查等操作，添加被監(jiān)控對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)可為每個(gè)機(jī)床自動(dòng)生成一個(gè)編號(hào)。

2.2 可行性分析

該系統(tǒng)對(duì)所需的硬件設(shè)備，如專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、通信服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、無線終端設(shè)備、客戶端平板電腦等都可采用目前市場上的現(xiàn)有設(shè)備。軟件方面，系統(tǒng)所需要的操作系統(tǒng)，可以選擇Windows Server 2003或者Windows Server 2008，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可兼容Oracle或者M(jìn)icrosoft SQL Server等主流廠家的產(chǎn)品，采用標(biāo)準(zhǔn)的SQL－92語句。客戶端平板電腦采用Windows 10或者Windows 8系統(tǒng)。開發(fā)工具采用Delphi 7.0，利用其可視化的快速開發(fā)環(huán)境，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成符合要求的監(jiān)控平臺(tái)。因而，本課題在技術(shù)上是可行的。

3　系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于Windows平板電腦的全自動(dòng)編織機(jī)主要由三部分組成：平板監(jiān)控端（TCC，Tablet Computer Client）、服務(wù)器端（Server）、數(shù)控機(jī)床控制端（NC machine Controller）。TCP／IP作為底層通信傳輸協(xié)議，用來連接三大模塊（三大部分）。平板監(jiān)控端通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)端訪問和控制，平板電腦與Internet的連接是通過WiFi連接方式實(shí)現(xiàn)，WiFi熱點(diǎn)除了工廠、車間、賓館的路由器外，還可以通過客戶隨時(shí)攜帶的智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)。因而，全自動(dòng)編織機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控就可以通過以上的硬件、網(wǎng)絡(luò)搭建好基礎(chǔ)平臺(tái)。系統(tǒng)中，特別是Windows平板電腦的使用，管理人員可在有WiFi熱點(diǎn)信號(hào)覆蓋的地方（或者3G／4G手機(jī)創(chuàng)建熱點(diǎn)）實(shí)時(shí)連接到監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)控過程的7*24小時(shí)監(jiān)控。其系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1　基于Windows平板電腦的全自動(dòng)編織機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4　平板監(jiān)控端關(guān)鍵界面

4.1 登錄界面

系統(tǒng)的登錄界面主要包括登錄名稱和密碼，登錄名稱由系統(tǒng)初始化時(shí)，通過管理員的權(quán)限為相關(guān)用戶進(jìn)行創(chuàng)建，用戶的權(quán)限不同，所用的功能也不盡相同。登錄界面自動(dòng)記住上次登錄用戶的賬號(hào)名稱，減少用戶的輸入鍵盤時(shí)間，如果用戶更改過登錄名稱，系統(tǒng)在下次啟動(dòng)的時(shí)候自動(dòng)切換到新改的用戶，登錄界面的設(shè)計(jì)效果圖如圖2所示。另外，為了提高輸入密碼的安全性，以及方便便捷的輸入數(shù)字密碼，系統(tǒng)增加了數(shù)字鍵盤輸入界面。

圖2　登錄界面

4.2 監(jiān)控主界面

在監(jiān)控主界面中，可按車間分組，將機(jī)床分成不同的車間，如圖3所示。當(dāng)前用戶有三個(gè)車間，分別為A車間、B車間、C車間，如果系統(tǒng)中車間數(shù)比較大，可通過下面的“上一頁”和“下一頁”分頁按鈕實(shí)現(xiàn)切換，圖3中車間數(shù)為3個(gè)，系統(tǒng)不需要分頁，所以相關(guān)按鈕默認(rèn)為禁用狀態(tài)。這些車間的設(shè)置可通過系統(tǒng)設(shè)置功能完成；另外，系統(tǒng)設(shè)置中還可以設(shè)置機(jī)床的一些常用的工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的一些基本控制。由于平板電腦尺寸的限制以及用戶手指操作的空間限制，目前單個(gè)車間組中一次最多可顯示18臺(tái)機(jī)床（3行6列）。此外，考慮到監(jiān)控系統(tǒng)的易用性、便捷性，監(jiān)控主界面中的各個(gè)機(jī)床監(jiān)控界面的顯示，可通過圖片、狀態(tài)燈、選擇框和標(biāo)簽等多種組合形態(tài)進(jìn)行展示。

圖3　監(jiān)控主界面

4.3 詳細(xì)信息界面

用戶在監(jiān)控主界面中單擊相關(guān)的機(jī)床后，其中選擇框?yàn)檫x中狀態(tài)，再次單擊后，變?yōu)槲催x中狀態(tài)。用戶選中相關(guān)機(jī)床后，單擊“詳細(xì)信息”按鈕，系統(tǒng)會(huì)顯示詳細(xì)信息界面，如圖4所示。界面中詳細(xì)顯示機(jī)床的名稱、更新時(shí)間、工作狀態(tài)、工作時(shí)長、編織件數(shù)、已織件數(shù)、工藝文件、總轉(zhuǎn)數(shù)、當(dāng)前工藝和故障次數(shù)等信息。

圖4　詳細(xì)信息界面

5　其他關(guān)鍵技術(shù)

5.1 數(shù)控機(jī)床控制端

采用嵌入式設(shè)備開發(fā)數(shù)控機(jī)床控制端［2］，ARM LM 9B92芯片為該系統(tǒng)的主控芯片，內(nèi)置有以太網(wǎng)接口。進(jìn)一步，通過移植LwIP協(xié)議棧，在TCP層每次只緩沖和發(fā)送一個(gè)包，使用簡化的TCP／IP協(xié)議，保證正常的數(shù)據(jù)收發(fā)的前提下，可不實(shí)現(xiàn)完整的功能［6］，數(shù)控機(jī)床控制端軟件與服務(wù)器端的通信采用基于TCP／IP協(xié)議之上的點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議［1，7］。

5.2 服務(wù)器端

該模塊的通信部分采用Delphi 7編寫，主要是Windows下的Socket編程和數(shù)據(jù)庫訪問操作。該部分軟件也包括登錄模塊，用來驗(yàn)證管理員賬號(hào)的安全，另外，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)控制端運(yùn)行狀態(tài)的查詢，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該模塊還采用微軟數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)操作Oracle或者M(jìn)icrosoft SQL Server數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)被控對(duì)象的歷史運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)一步，通過Socket連接一方面為數(shù)控機(jī)床控制端提供本地服務(wù)，另一方面為基于Windows的平板電腦的客戶控制端提供遠(yuǎn)程服務(wù)。

6　結(jié)論

面向全自動(dòng)編織機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域，本文提出了一種基于Windows平板電腦的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用目前主流技術(shù)，其設(shè)計(jì)理念新、用戶界面友好、系統(tǒng)研發(fā)成本低。采用基于Windows和Android的雙系統(tǒng)的平板后，既充分利用了原有Windows系統(tǒng)下企業(yè)級(jí)的軟件資源，也吸收了Android面向娛樂、休閑的功能，實(shí)現(xiàn)用戶投入產(chǎn)出的最大化。在此設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下，本文人機(jī)界面設(shè)計(jì)充分考慮到了觸屏的操作模式，構(gòu)建了新一代基于Windows平板電腦的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全自動(dòng)編織機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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［7］張友生.遠(yuǎn)程控制編程技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

（責(zé)任編輯 趙冰）

Design of Remote Monitoring System of Fully Automatic Knitting Machine Based on Windows Tablet PC

LIU Dong－min1，LIU Ji－jun1，SHEN Di－li1，MING Wu－yi2
（1.College of Engineering and Technology，Zhongzhou University，Zhengzhou 450044，China；2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China）

Abstract：In view of the requirement of real－time and dynamic monitoring of fully automatic knitting machine and combined with the mobile and convenient trend of the current monitoring terminal，the remote monitoring system based on Windows tablet PC is designed.A Windows and Android dual system tablet computer is used to achieve the thinking mode of the integration of work and leisure.Under the guidance of the design idea above，this paper constructs a remote monitoring system based on Windows and wireless network.The man－machine interface design takes full account of the operation mode of the touch screen.The system adopts C／S mode to realize the real －time performance and convenience.

Key words：fully automatic knitting machine；remote monitoring；tablet computer；Internet

作者簡介：劉冬敏（1961—），女，河南商丘人，中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院教授，從事機(jī)械設(shè)計(jì)與制造教學(xué)和研究工作。

基金項(xiàng)目：2014鄭州市科技攻關(guān)項(xiàng)目（141PPTGG354）

收稿日期：2015－07－13

文章編號(hào)：1008－3715（2015）05－0104－04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP2

DOI：10.13783／j.cnki.cn41－1275／g4.2015.05.021