橫機(jī)控制器的人機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

何忠揚(yáng), 張建義, 袁嫣紅

(浙江理工大學(xué)現(xiàn)代紡織裝備技術(shù)教育部工程研發(fā)中心, 杭州 310018)

橫機(jī)控制器的人機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

何忠揚(yáng), 張建義, 袁嫣紅

(浙江理工大學(xué)現(xiàn)代紡織裝備技術(shù)教育部工程研發(fā)中心, 杭州 310018)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可顯著地提高橫機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平,在深入了解橫機(jī)編織工藝的技術(shù)基礎(chǔ)上,提出了一種橫機(jī)控制器的人機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)方案。在已有的硬件平臺(tái)上,以Android為嵌入式操作系統(tǒng),完成友好的人機(jī)交互軟件界面,在服務(wù)器端搭建Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫以及在Android移動(dòng)終端上開發(fā)出遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件。實(shí)驗(yàn)證明本方案實(shí)現(xiàn)了橫機(jī)生產(chǎn)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的功能。

橫機(jī); 網(wǎng)絡(luò)化; 智能化; Android; 人機(jī)交互

0 引 言

橫機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平在不斷地提高,通過對(duì)橫機(jī)自動(dòng)化發(fā)展趨勢和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析,可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)與國外的橫機(jī)自動(dòng)化水平相比仍然存在著較大的差距[1]。其中,橫機(jī)控制系統(tǒng)的開放性低,最主要原因是系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理功能缺乏,橫機(jī)生產(chǎn)信息相互獨(dú)立。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,為橫機(jī)的生產(chǎn)與管理提供了更加方便的途徑。橫機(jī)生產(chǎn)廠家正在積極地推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化管理,以實(shí)現(xiàn)橫機(jī)的集中控制、管理與數(shù)據(jù)共享,橫機(jī)生產(chǎn)正向著功能齊全化、操作智能化、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化、工作高效化的方向發(fā)展[2]。當(dāng)前對(duì)橫機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)主要采用了客戶端/服務(wù)器端(C/S)的架構(gòu)[3],需在監(jiān)控主機(jī)上安裝服務(wù)器軟件,這對(duì)系統(tǒng)的后期升級(jí)維護(hù)很不便,且只能在固定地點(diǎn)對(duì)橫機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,沒有完全實(shí)現(xiàn)橫機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)實(shí)地的監(jiān)控效果。針對(duì)上述問題,本文設(shè)計(jì)了橫機(jī)設(shè)備端人機(jī)交互系統(tǒng),通過服務(wù)器端集中管理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),并且研究了橫機(jī)的設(shè)備端和服務(wù)器端通過Internet的通信方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文以杭州與非科技有限公司研發(fā)的橫機(jī)控制器為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路是采用C/S與B/S混合的系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)運(yùn)行過程如下:設(shè)備端人機(jī)界面通過網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議向服務(wù)器端發(fā)送橫機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和編織數(shù)據(jù),服務(wù)器端接收到指令后對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理歸類寫入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫里,同時(shí)設(shè)備端也可從服務(wù)器端獲取控制參數(shù);在遠(yuǎn)程端通過網(wǎng)頁和移動(dòng)終端設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控橫機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)主要有三大模塊組成:

a) 設(shè)備端的開發(fā):在Android平臺(tái)編寫出良好的人機(jī)界面軟件,開發(fā)設(shè)備端UI與服務(wù)器端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊的協(xié)議。

b) 服務(wù)器端的開發(fā):搭建穩(wěn)定高效的Web服務(wù)器,開發(fā)數(shù)據(jù)處理的模塊以及配置后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。

c) 遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊:移動(dòng)終端APP的開發(fā)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 設(shè)備端軟件開發(fā)

設(shè)備端人機(jī)交互軟件是本系統(tǒng)開發(fā)的核心,基于Android操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。通過人機(jī)交互軟件直接控制橫機(jī)控制器并實(shí)時(shí)監(jiān)控其運(yùn)行狀況,然后將信息及時(shí)地發(fā)送到服務(wù)器端,目前國內(nèi)電腦橫機(jī)主要集中在中低端產(chǎn)品,人機(jī)交互界面多由控件組成非常簡單,執(zhí)行效率低[4]。為保證軟件的實(shí)時(shí)性和快速響應(yīng),軟件采用多線程實(shí)現(xiàn)[5]。其界面主要是利用具有雙緩沖機(jī)制的SurfaceView類代替控件實(shí)現(xiàn),在主界面上通過OnTouchListener類對(duì)位圖進(jìn)行觸摸監(jiān)聽,從而獲得不同的狀態(tài)標(biāo)志,SurfaceView類根據(jù)狀態(tài)標(biāo)志顯示相應(yīng)的界面,同時(shí)用Runnable類單獨(dú)開啟一個(gè)線程實(shí)時(shí)更新視圖和收送數(shù)據(jù)。軟件主要功能如圖2所示。

圖2 設(shè)備終端軟件功能

在Activity上首先加載主運(yùn)行界面,如圖3所示。主運(yùn)行界面主要有三部分組成:最上面的部分是對(duì)當(dāng)前運(yùn)行花樣的工作參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)置;在中間區(qū)域的左側(cè)部分,可以顯示CNT動(dòng)作文件中的編織信息和設(shè)定當(dāng)前編織度目的工藝段的值;中間部分的右側(cè)區(qū)域顯示花版行文件,編織過程中隨著機(jī)頭運(yùn)行,顯示當(dāng)前的編織進(jìn)度;最下面的部分為顯示花版的工作參數(shù)設(shè)置信息。本界面實(shí)現(xiàn)原理是用IO類對(duì)本地緩存區(qū)文件進(jìn)行讀寫操作,根據(jù)數(shù)據(jù)在文件里存儲(chǔ)的地址對(duì)其進(jìn)行解析,用Canvas類將參數(shù)顯示到畫面上相應(yīng)的位置,開啟線程實(shí)時(shí)更新畫面顯示數(shù)據(jù)。主運(yùn)行界面如圖3所示。

圖3 主運(yùn)行界面

1.2 服務(wù)器端開發(fā)

服務(wù)器的主要功能如圖4所示。服務(wù)器端采用C/S和B/S混合結(jié)構(gòu),設(shè)備端與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器直接相連,響應(yīng)速度快,事務(wù)處理能力強(qiáng)[6]。服務(wù)器可直接訪問后臺(tái)MySQL數(shù)據(jù)庫,對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。通過TCP/IP的應(yīng)用層HTTP(超文本傳輸)協(xié)議訪問Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)橫機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)控。

圖4 服務(wù)器功能

1.2.1 數(shù)據(jù)處理模塊開發(fā)

數(shù)據(jù)處理模塊是服務(wù)器端開發(fā)的核心,其負(fù)責(zé)接受設(shè)備端發(fā)送的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)及時(shí)更新到數(shù)據(jù)庫,同時(shí)向設(shè)備端發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊還負(fù)責(zé)與移動(dòng)終端建立連接。移動(dòng)終端主動(dòng)向數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送指令,其接收到指令后對(duì)其解析并根據(jù)指令向移動(dòng)終端返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)包,采用客戶/服務(wù)器通信模式,如圖5所示。

圖5 C/S通信流程

數(shù)據(jù)處理模塊要求能同時(shí)為多個(gè)設(shè)備端提供服務(wù),并且對(duì)每個(gè)設(shè)備端做出快速的響應(yīng),故要求其具有較高的并發(fā)性能。此外在通信的過程中,Server Socket的accept()方法和Socket的read()方法都有可能使運(yùn)行過程中發(fā)生阻塞。當(dāng)與多個(gè)設(shè)備端同時(shí)通信時(shí),就必須開啟多個(gè)線程,就有可能發(fā)生多個(gè)通信線程阻塞,而且線程的多少與服務(wù)器的并發(fā)能力有如圖6所示。

圖6 服務(wù)器并發(fā)性與線程數(shù)關(guān)系曲線

由圖6可以看出線程數(shù)目達(dá)到一定值反而會(huì)降低系統(tǒng)能力,原因是較多的線程會(huì)消耗很多系統(tǒng)資源,加大了系統(tǒng)的管理難度,且對(duì)于開啟最優(yōu)線程數(shù)目不易把握,故需對(duì)系統(tǒng)的并發(fā)能力進(jìn)行優(yōu)化。本模塊在反復(fù)調(diào)試的基礎(chǔ)上采取JDK類庫提供的線程池和java.nio包提供的非阻塞通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)。在多設(shè)備端請(qǐng)求連接時(shí),開啟兩個(gè)線程,一個(gè)線程負(fù)責(zé)與設(shè)備端的連接操作,另一個(gè)線程專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送操作。負(fù)責(zé)連接的線程采取阻塞的工作模式,當(dāng)有設(shè)備端連接時(shí),就向Selector類注冊(cè)讀就緒和寫就緒事件,沒有連接就進(jìn)入阻塞狀態(tài),直到有新的連接請(qǐng)求。負(fù)責(zé)收發(fā)數(shù)據(jù)的線程采用非阻塞的工作模式,當(dāng)讀寫就緒事件發(fā)生時(shí)就執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作[7]。

1.2.2 Web服務(wù)器和MySQL數(shù)據(jù)庫的搭建

Web服務(wù)器是基于網(wǎng)站架設(shè)的服務(wù)器,主要作用是提供網(wǎng)上信息瀏覽服務(wù),只需打開瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送指定鏈接便可在線查看橫機(jī)信息,本系統(tǒng)使用Apache開源軟件組織的Tomcat進(jìn)行服務(wù)器端的配置開發(fā)。Tomcat服務(wù)器是當(dāng)今進(jìn)行Java Web開發(fā)使用最廣泛的Servelt/JSP服務(wù)器,因?yàn)樗\(yùn)行穩(wěn)定,性能可靠。結(jié)合Java語言強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能開發(fā)出B/S架構(gòu)Web服務(wù)器,Web服務(wù)器也能夠操作后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。B/S架構(gòu)的通信原理是基于應(yīng)用層的HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的,HTTP是一種請(qǐng)求/響應(yīng)式的協(xié)議?？蛻舳讼蚍?wù)器端發(fā)送請(qǐng)求(在瀏覽器地址欄輸入鏈接網(wǎng)址),服務(wù)器返回響應(yīng)。HTTP協(xié)議嚴(yán)格規(guī)定了HTTP請(qǐng)求和HTTP響應(yīng)的數(shù)據(jù)格式，其請(qǐng)求包括:請(qǐng)求方法,URI,HTTP協(xié)議的版本,請(qǐng)求頭,請(qǐng)求征文;響應(yīng)包括:HTTP協(xié)議的版本,狀態(tài)代碼,描述,響應(yīng)頭,響應(yīng)正文[8]。MySQL是一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),可以將數(shù)據(jù)分類保存在一張張表中,并且其體積小、運(yùn)行快、具有較高的查詢速度,故本系統(tǒng)選擇MySQL數(shù)據(jù)庫保存橫機(jī)信息。

1.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的開發(fā)

隨著Android智能手機(jī)的普及,開發(fā)手機(jī)端的軟件監(jiān)控橫機(jī)生產(chǎn)更加方便快捷,手機(jī)APP與服務(wù)器端采用C/S架構(gòu)的通訊模式,服務(wù)器根據(jù)手機(jī)APP發(fā)送的請(qǐng)求標(biāo)志返回相應(yīng)的數(shù)據(jù),這樣便可隨時(shí)隨地在手機(jī)端查看橫機(jī)數(shù)據(jù)。Android智能手機(jī)分辨率眾多,移動(dòng)端監(jiān)控APP必須要適應(yīng)多種分辨率的手機(jī)設(shè)備,其編程思想是:首先利用Window Manager獲取手機(jī)屏幕的分辨率的高和寬,然后根據(jù)分辨率在各個(gè)界面上采取相應(yīng)的比例繪制界面布局,并將從服務(wù)器端獲取的參數(shù)顯示到相應(yīng)的位置。

2 通信協(xié)議開發(fā)

采用TCP/IP協(xié)議與服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行通信,通過Socket編程,將橫機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和編織的花型數(shù)據(jù)以字節(jié)的方式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊。該模塊采用多線程機(jī)制不斷地接受客戶端的連接請(qǐng)求并將接收到的數(shù)據(jù)寫入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。通訊數(shù)據(jù)包主要字節(jié)的定義如表1所示。其中,包頭標(biāo)志符由系統(tǒng)固定為某一值,作為驗(yàn)證該數(shù)據(jù)是否安全的標(biāo)志,驗(yàn)證通過服務(wù)器端才能接受此包數(shù)據(jù);包長度表示一個(gè)包的長度;包命令字是核心內(nèi)容,支出這一包數(shù)據(jù)的功能。包命令字的定義見表2。

表1 通訊數(shù)據(jù)包主要字節(jié)的定義

表2 包命令字的定義

3 系統(tǒng)調(diào)試

本系統(tǒng)在杭州與非科技有限公司提供的橫機(jī)控制器上進(jìn)行測試。在設(shè)備端設(shè)置CNT文件的參數(shù)如圖7所示,然后將參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器端,服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理軟件接收到數(shù)據(jù)后,將其保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)的表中,通過查看數(shù)據(jù)處理軟件的CNT界面(如圖8所示),可以看出服務(wù)器端已成功的接收到設(shè)備端發(fā)送的數(shù)據(jù)。在手機(jī)端監(jiān)控軟件能夠?qū)崟r(shí)獲取橫機(jī)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù),系統(tǒng)基本達(dá)到橫機(jī)生產(chǎn)控制的預(yù)期效果。

圖7 CNT編輯界面

圖8 CNT顯示

5 結(jié) 語

近年來,橫機(jī)控制系統(tǒng)智能化水平得到了不斷的發(fā)展,但其系統(tǒng)的開放性沒有得到顯著的提高,本文基于這種思想設(shè)計(jì)了一種人機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用于橫機(jī)控制系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)出網(wǎng)頁和移動(dòng)終端兩種監(jiān)控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)實(shí)地對(duì)橫機(jī)的集中監(jiān)控和管理,使對(duì)橫機(jī)的監(jiān)控管理不再局限于企業(yè)內(nèi)網(wǎng)中。針對(duì)以往的橫機(jī)交互軟件界面不夠美觀且操作繁瑣的特點(diǎn),本系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)前主流的Android平臺(tái)編寫出界面美觀和操作簡單的人機(jī)界面軟件。本文為網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)在企業(yè)中的運(yùn)用提供了一種可行的思路,但系統(tǒng)的穩(wěn)定性和通訊的延遲仍待優(yōu)化提高。

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(責(zé)任編輯： 康 鋒)

Design of Man-machine Network Management System of Flat Knitting Machine Controller

HEZhong-yang,ZHANGJian-yi,YUANYan-hong

(Modern Textile Equipment and Technology Engineering Research Center of Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

With computer network technology, the automation and intelligent level of flat knitting machine control system can be significantly improved. Based on in-depth understanding of the working technology of flat knitting machine, a scheme of man-machine network management system of flat knitting machine controller has been put forward. It is to, on the existing hardware platform, develop a friendly man-machine interaction software interface with Android as an embedded operating system, set up web server and database at the server-side, and develop remote monitoring software on the Android mobile terminal. Experimental shows that the scheme achieves the requirements of intellectualization, networking, real-time monitoring and management of flat knitting machine production.

flat knitting machine; networking; intellectualization; Android; man-machine interaction

1673- 3851 (2015) 01- 0073- 05

2014-05-26

浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2009R50018);國家科技支撐計(jì)劃(2013BAF05B01)

何忠揚(yáng)(1989-),男,河南信陽人,碩士研究生,主要從事機(jī)電控制方面的研究。

張建義,E-mail:zdreamx@126.com

TS183.42

A