手持終端控制數(shù)控機(jī)床軟件設(shè)計(jì)

一、研究背景

數(shù)控機(jī)床以及由數(shù)控機(jī)床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備。但是數(shù)控機(jī)床在性能大大提高的時(shí)候，其操作模式基本上沒有什么變化，數(shù)控機(jī)床的調(diào)試和操作仍然束縛著勞動(dòng)者，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）在數(shù)控機(jī)床，尤其是大型機(jī)床的工作臺(tái)與操作面板離得較遠(yuǎn)的情況下，進(jìn)行機(jī)床調(diào)試時(shí)，往往比較麻煩，因?yàn)榧纫^察運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)情況（例如，在加工前進(jìn)行對(duì)刀時(shí)，要觀察刀架的運(yùn)動(dòng)情況），又要操作控制面板，要使觀察與操作協(xié)調(diào)一致有時(shí)卻難以做到，尤其是進(jìn)行精密調(diào)試時(shí)，更是如此。

（2）由于數(shù)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的局限性，當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的操作方式仍然束縛著操作者，在實(shí)際操作過程中，如果要改變加工過程中機(jī)床的工作狀態(tài)就必須要按動(dòng)操作面板上的按鈕，從而限制了操作者不能離開數(shù)控機(jī)床，導(dǎo)致人必須圍著機(jī)床轉(zhuǎn)的局面。

（3）數(shù)控加工程序輸入不方便，而人工編寫的NC加工程序則需要操作者站在機(jī)床旁邊一條一條地輸入數(shù)控機(jī)床，不僅速度慢，操作也不方便，這樣很容易造成操作者疲勞，且容易出錯(cuò)。

開發(fā)數(shù)控機(jī)床專用的手持終端將會(huì)給數(shù)控機(jī)床的操作者帶來極大的方便，可以改變?nèi)藗儾僮鳈C(jī)床的模式，把人們從固定地點(diǎn)和固定姿態(tài)的機(jī)床操作模式中解放出來，由機(jī)器為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀藶橹行摹Ａ硗?，?shù)控手持終端還可以上升為數(shù)控PDA（個(gè)人數(shù)字助理），從而將數(shù)控機(jī)床提升到一個(gè)更高的水平。該數(shù)控手持終端采用常用的Android系統(tǒng)，只要熟悉Android操作系統(tǒng)的人員不須任何培訓(xùn)即會(huì)使用；通過Wi-Fi方式可以方便地與PC機(jī)、數(shù)控機(jī)床組建局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和資源共享；幫助人們獲得與加工、編程有關(guān)的信息，通過各種通信方式將加工程序發(fā)送給加工機(jī)床，并操作機(jī)床進(jìn)行零件加工，不僅滿足了車間數(shù)控系統(tǒng)對(duì)手持終端類設(shè)備的需要，促進(jìn)了制造業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。同時(shí)，由于本系統(tǒng)硬件上具有開放的接口，使得這一系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通用性，易于移植，可以廣泛用于需要高性能手持終端系統(tǒng)的場(chǎng)合，提供了一種應(yīng)用廣泛的高端手持終端的綜合解決方案。

二、設(shè)計(jì)方案

手持終端的設(shè)計(jì)包括軟件界面設(shè)計(jì)和如何通過Wi-Fi連接硬件開發(fā)板，進(jìn)而控制數(shù)控機(jī)床。

首先應(yīng)該建立開發(fā)環(huán)境。安裝Eclipse軟件，Eclipse 是一個(gè)開放源代碼的、基于Java的可擴(kuò)展開發(fā)平臺(tái)。就其本身而言，它只是一個(gè)框架和一組服務(wù)，用于通過插件組件構(gòu)建開發(fā)環(huán)境。為了在這個(gè)開發(fā)環(huán)境開發(fā)Android程序，我們安裝ADT（Android Development Tools）插件，并配置好JDK環(huán)境，安裝安卓軟件開發(fā)包（SDK），在這個(gè)包中，包含生成一個(gè)安卓虛擬器所需要的所有配置，為了在電腦上進(jìn)行調(diào)試，需要?jiǎng)?chuàng)建AVD，安卓虛擬器可以方便調(diào)試，在調(diào)試過程中使用虛擬器和實(shí)際機(jī)器相結(jié)合的方法進(jìn)行調(diào)試。然后開始編寫Android程序，Android平臺(tái)采用了軟件棧的思想，即軟件疊層，主要?jiǎng)澐譃樗膶?。上層是Java語言編寫應(yīng)用程序；第二層是應(yīng)用程序框架，是編寫核心程序使用的API框架；第三層由C++寫的包含虛擬機(jī)和函數(shù)類庫(kù)組成的中間件，包含程序庫(kù)和Android運(yùn)行時(shí)環(huán)境；底層以由C寫的并且以Linux內(nèi)核作為基礎(chǔ)，包含各種驅(qū)動(dòng)，只是具有最基本的功能的操作系統(tǒng)。

程序分為兩層，傳輸層和應(yīng)用層，每個(gè)層完成不同的配置，在傳輸層主要完成底層鏈路的基本連通，而應(yīng)用層負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行信息交互，包括接受用戶的命令以及信息的讀取等功能。

通過Wi-Fi方式連接可以通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)消息，即手持終端和硬件開發(fā)板共同連接到路由器，我們也可以選擇直連的方式，通過搭建Ad-Hoc模式直接將手持終端與硬件開發(fā)板之間建立物理鏈路，如圖所示：

圖1-2連接方式選擇

在傳輸層，我們使用Ad-Hoc模式，提供底層的物理連通，而Android的本身是在Linux系統(tǒng)內(nèi)核的基礎(chǔ)上裁剪而成，然后有一個(gè)Java虛擬機(jī)執(zhí)行程序，所以在底層配置Wi-Fi即可保證Android和硬件開發(fā)板的物理鏈路暢通。

在應(yīng)用層，使用xml設(shè)計(jì)語言，設(shè)計(jì)好相應(yīng)控件，包括按鈕和文本顯示，然后在具體的Activity中設(shè)計(jì)按鈕響應(yīng)，如發(fā)送命令以及顯示工作狀態(tài)等功能。

在Ecilipse軟件上調(diào)試完畢，修改bug后，完成了手持終端的軟件設(shè)計(jì)。

三、結(jié)語

使用手持終端來控制數(shù)控機(jī)床后，可以避免以前繁瑣的操作，真正將工作人員與機(jī)床的距離拉開，工作人員的安全得到保障，而且避免了多次重復(fù)輸入的繁瑣，對(duì)于沒有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來說，封裝了代碼，從而避免了誤操作的可能性，手持終端真正解放了工作人員的雙手，將工作重心轉(zhuǎn)換為驗(yàn)證方案的設(shè)計(jì)和可靠性，提高工作效率。

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