基于Windows平板電腦的全自動編織機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

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

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基于Windows平板電腦的全自動編織機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

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

摘 要：針對全自動編織機機床設備實時、動態(tài)監(jiān)控的需求，并結(jié)合當前監(jiān)控終端移動化、便捷化發(fā)展的趨勢，設計一種基于Windows平板電腦的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。采用一款Windows和Android的雙系統(tǒng)平板電腦，實現(xiàn)工作、休閑融合一體的思路模式。在此設計思想指導下，本文構(gòu)建了基于Windows和無線網(wǎng)絡的全自動編織機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，人機界面設計充分考慮到了觸屏的操作特點，系統(tǒng)采用C／S工作模式，實現(xiàn)機床監(jiān)控的實時性、便捷性。

關(guān)鍵詞：全自動編織機；遠程監(jiān)控；平板電腦；互聯(lián)網(wǎng)

1　引言

全自編織機就是針對家庭作坊用戶市場專門設計的新型電腦橫機機型，在機械結(jié)構(gòu)上，它與傳統(tǒng)的手搖橫機很相似，整體上來說差別不是很大，區(qū)別僅在于增加了機頭的翻針電磁鐵和趴針機構(gòu)。與手搖橫機相比，全自動編織機大大簡化了功能部件，使用了全新的編織工藝，減少了用戶的培訓成本，可直接編程實現(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)的手搖橫機退出市場節(jié)奏明顯加快［1－2］。簡易數(shù)控編織機一個工人可在生產(chǎn)車間同時監(jiān)管多臺機床（4～8臺）。進一步，借助遠程實時監(jiān)控，車間主管可通過便攜性移動平板遠程監(jiān)控整個工廠各個車間的生產(chǎn)情況。

目前，移動終端主要是Android和IOS兩大系統(tǒng)，但是由于這兩個系統(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)級開發(fā)的應用也很方便的移植到Windows移動平臺中。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、智能手機等硬件平臺，這就更進一步推動了傳統(tǒng)應用在這些設備上使用的機會，也保護了企業(yè)級應用的前期投入。

本項目中，我們用藍魔i9s Pro作為機床監(jiān)控的硬件平臺。它采用8.9寸1920*1200像素屏幕，搭載Intel Z3735F四核處理器，2GB運行內(nèi)存。由于預裝了Windows 8.1和Android兩個系統(tǒng)，存儲空間升級至64GB。這款機器最大的特色就是雙操作系統(tǒng)，支持開機選擇，Android數(shù)據(jù)分區(qū)空間可被Windows系統(tǒng)訪問，實現(xiàn)雙系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，后續(xù)通過OTA升級以后，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。

目前，遠程監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)控機床上的應用有多種模式。本項目中，我們采用專用通信模塊通信方式實現(xiàn)，系統(tǒng)具有易維護、易擴展和接線少等特點，在企業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用［3－5］。機床的運行數(shù)據(jù)和控制命令通過專用通信模塊進行處理，中心端的專用服務器處理遠程訪問控制，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平板電腦的全自動編織機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，是一個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)庫存儲技術(shù)等的計算機應用系統(tǒng)。

2.1 功能需求

包含登錄界面、主控界面、詳細信息界面、歷史信息界面、統(tǒng)計分析界面和系統(tǒng)設置界面。由于是為平板電腦進行設計，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)自動記住當前的登錄用戶，輸入密碼時候系統(tǒng)彈出軟鍵盤，只輸入相應的數(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，將機床分成不同的車間，單個車間組中一次最多可顯示18臺機床，如果該車間比較大，可建議分為多個虛擬組，這樣用戶可通過單擊車間組別按鈕方便切換。另外，系統(tǒng)主控界面中的各個機床監(jiān)控的界面顯示也非常形象，通過圖片、狀態(tài)燈、選擇框和標簽等多種形式進行展示該機床的工作狀態(tài)。詳細信息界面和歷史信息界面可顯示當前選中機床的詳細信息和歷史工作狀態(tài)信息。統(tǒng)計分析界面可對單個或者多個機床的工作狀態(tài)進行匯總、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)設置中，可對所監(jiān)控機床的名稱、安放位置（車間）等信息進行數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查等操作，添加被監(jiān)控對象時，系統(tǒng)可為每個機床自動生成一個編號。

2.2 可行性分析

該系統(tǒng)對所需的硬件設備，如專用數(shù)據(jù)存儲服務器、通信服務器、應用服務器、無線終端設備、客戶端平板電腦等都可采用目前市場上的現(xiàn)有設備。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)庫服務器可兼容Oracle或者Microsoft SQL Server等主流廠家的產(chǎn)品，采用標準的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)定的時間內(nèi)完成符合要求的監(jiān)控平臺。因而，本課題在技術(shù)上是可行的。

3　系統(tǒng)架構(gòu)設計

基于Windows平板電腦的全自動編織機主要由三部分組成：平板監(jiān)控端（TCC，Tablet Computer Client）、服務器端（Server）、數(shù)控機床控制端（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進行遠端訪問和控制，平板電腦與Internet的連接是通過WiFi連接方式實現(xiàn)，WiFi熱點除了工廠、車間、賓館的路由器外，還可以通過客戶隨時攜帶的智能手機實現(xiàn)。因而，全自動編織機的遠程監(jiān)控就可以通過以上的硬件、網(wǎng)絡搭建好基礎(chǔ)平臺。系統(tǒng)中，特別是Windows平板電腦的使用，管理人員可在有WiFi熱點信號覆蓋的地方（或者3G／4G手機創(chuàng)建熱點）實時連接到監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)整個監(jiān)控過程的7*24小時監(jiān)控。其系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1　基于Windows平板電腦的全自動編織機遠程監(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，通過管理員的權(quán)限為相關(guān)用戶進行創(chuàng)建，用戶的權(quán)限不同，所用的功能也不盡相同。登錄界面自動記住上次登錄用戶的賬號名稱，減少用戶的輸入鍵盤時間，如果用戶更改過登錄名稱，系統(tǒng)在下次啟動的時候自動切換到新改的用戶，登錄界面的設計效果圖如圖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，將機床分成不同的車間，如圖3所示。當前用戶有三個車間，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”分頁按鈕實現(xiàn)切換，圖3中車間數(shù)為3個，系統(tǒng)不需要分頁，所以相關(guān)按鈕默認為禁用狀態(tài)。這些車間的設置可通過系統(tǒng)設置功能完成；另外，系統(tǒng)設置中還可以設置機床的一些常用的工作參數(shù)，實現(xiàn)對機床的一些基本控制。由于平板電腦尺寸的限制以及用戶手指操作的空間限制，目前單個車間組中一次最多可顯示18臺機床（3行6列）。此外，考慮到監(jiān)控系統(tǒng)的易用性、便捷性，監(jiān)控主界面中的各個機床監(jiān)控界面的顯示，可通過圖片、狀態(tài)燈、選擇框和標簽等多種組合形態(tài)進行展示。

圖3　監(jiān)控主界面

4.3 詳細信息界面

用戶在監(jiān)控主界面中單擊相關(guān)的機床后，其中選擇框為選中狀態(tài)，再次單擊后，變?yōu)槲催x中狀態(tài)。用戶選中相關(guān)機床后，單擊“詳細信息”按鈕，系統(tǒng)會顯示詳細信息界面，如圖4所示。界面中詳細顯示機床的名稱、更新時間、工作狀態(tài)、工作時長、編織件數(shù)、已織件數(shù)、工藝文件、總轉(zhuǎn)數(shù)、當前工藝和故障次數(shù)等信息。

圖4　詳細信息界面

5　其他關(guān)鍵技術(shù)

5.1 數(shù)控機床控制端

采用嵌入式設備開發(fā)數(shù)控機床控制端［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，可不實現(xiàn)完整的功能［6］，數(shù)控機床控制端軟件與服務器端的通信采用基于TCP／IP協(xié)議之上的點到點協(xié)議［1，7］。

5.2 服務器端

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，用來驗證管理員賬號的安全，另外，能實現(xiàn)對各個控制端運行狀態(tài)的查詢，對運行狀態(tài)進行實時監(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Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫，存儲被控對象的歷史運行狀態(tài)。進一步，通過Socket連接一方面為數(shù)控機床控制端提供本地服務，另一方面為基于Windows的平板電腦的客戶控制端提供遠程服務。

6　結(jié)論

面向全自動編織機遠程監(jiān)控領(lǐng)域，本文提出了一種基于Windows平板電腦的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用目前主流技術(shù)，其設計理念新、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)級的軟件資源，也吸收了Android面向娛樂、休閑的功能，實現(xiàn)用戶投入產(chǎn)出的最大化。在此設計思想指導下，本文人機界面設計充分考慮到了觸屏的操作模式，構(gòu)建了新一代基于Windows平板電腦的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對全自動編織機的遠程監(jiān)控，具有較高的應用價值。

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（責任編輯 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，中州大學工程技術(shù)學院教授，從事機械設計與制造教學和研究工作。

基金項目：2014鄭州市科技攻關(guān)項目（141PPTGG354）

收稿日期：2015－07－13

文章編號：1008－3715（2015）05－0104－04

文獻標識碼：A

中圖分類號：TP2

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