【毕业学位论文】电脑横机网络远程控制系统的硬件与软件设计

分类 号 T P 2 3 学校 代码 1 0 4 9 5 6 2 1 . 3 学 号 0 9 1 5 0 2 3 0 0 4武汉纺织大学武汉纺织大学武汉纺织大学武汉纺织大学硕士学位论文硕士学位论文硕士学位论文硕士学位论文电脑横机网络远程控制系统的硬件与软件设计电脑横机网络远程控制系统的硬件与软件设计电脑横机网络远程控制系统的硬件与软件设计电脑横机网络远程控制系统的硬件与软件设计作者姓名：作者姓名：作者姓名：作者姓名：万笛万笛万笛万笛指导教师：指导教师：指导教师：指导教师：吴晓光吴晓光吴晓光吴晓光教授教授教授教授学科门类：学科门类：学科门类：学科门类：工学工学工学工学专专专专业：业：业：业：机械设计及基础机械设计及基础机械设计及基础机械设计及基础研究方向：研究方向：研究方向：研究方向：纺织设备数字化纺织设备数字化纺织设备数字化纺织设备数字化完成日期：完成日期：完成日期：完成日期：二零壹二年五月二零壹二年五月二零壹二年五月二零壹二年五月e x t i l e e r s i t E . D i s s e r t a t i a r d wa r H a n d S o f t wa r e De s i g n o f Re mo t n t r o l S y s t e m f o r Co mp u t e r K n i t t i n c h i n e sB n D iD i r e c t e d b yP r o f e s s o r i a o g u a n y 2 0 1 2独创 性声明本人郑重声明 ： 所呈交的学位论文 ， 是本人在导师的指导下 ， 独立进行研究工作所取得的成果 。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位 论文版 权使用 授权书本学位论文作者完全了解 武汉纺织大学 有关保留 、 使用学位论文的规定 。 特授权 武纺织大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 )学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日论文 题目： 电脑横 机网络 远程控 制系统 的硬件 与软件 设计专业 ：机械 设计及 基础硕士 生：万 笛指导 老师： 吴晓光 教授摘要 ：随着电子 、 计算机 、 信息技术的快速发展 ， 很多产业如雨后春笋般崛起 。 纺织机械装备的多元化发展及应用 ， 实现了设备与计算机管理系统的有效结合 。 这直接决定了远程监控系统成为纺织机械控制系统中重要的一环 ， 直至发展应用到更大规模的生产实际活动中 。 传统意义上的监测系统首先是选择合适的传感器 ， 采集相关参数进行分析处理 。这种监测模式只适合在针织设备较少的情况下使用 ， 对于大规模的电脑横机生产 ， 车间空间大导致布线复杂 ， 工况信息数据的采集量增大 ， 无疑是浪费人力物力 ， 因此这种传统的监测系统有着自身的局限性。目前我国纺织行业的生产线迫切需要一个完善的、智能化程度高的远程监控系统 。本课题以至少 100台以上的电脑横机生产情况为监测对象，结合网络远程控制技术 ， 传感器检测技术等 , 研究并设计出一套适用于针织电脑横机的全新网络远程控制系统。对于横机 故障的检测 , 通常是借 助于 内置 的 蜂鸣器故 障自动报警 。对于纺 织机械控制系统特殊的复杂性 ， 由于受线路控制的交联程度和横机自身结构与空间的限制 ， 为此 ，设计了一种特殊的电脑横机网络远程监控系统 。 其中设置的故障检测模块体积小 、 操作简单 ， 可对线路进行分析与测试 ， 对设备故障和线路故障进行快速准确的定位 ， 并且能够减少维修工作中的错误拆装。同时，系统具有扩展功能，适用于各种电子系统。该论文主要研究的内容首先是在了解电脑横机编织原理的基础上 ， 结合编织工艺要求 ， 对电脑横机的网络远程控制进行分析 ， 设计了网络远程控制结构的硬件平台 。 该网络远程监控系统在紫蜂协议的支持下 ， 实现电脑横机各个监测点与中心节点之间的通讯传递功能 。 其次搭建了电脑横机网络远程控制关键技术的软件平台 ， 包括完成控制数据的上传下载 ， 选针技术 ， 机头位置控制 ， 线程通讯以及高精度定时器 。 该系统能够实时监控机速和所有传感器信号。关键词： 电脑横机；紫峰技术；远程监测；传感器研究类型： 应用研究S u b j e c t : A H a r d wa r H a n d S o f t wa r e De s i g n o f Re mo t e Co n t r o l S y s t e m f o mp u t e r K n i t t i n K Ma c h i n e sS p e c i a l t y : Me c h a n i c a l De s i g n a n d T h e o r iI n s t r u c t o r : P r o f e s s o r a o g u a n T i t h t he r a e l o pm e nt of e l e c t r c om r a nd i m a t i on t e c m a r i e s r i s e l i ke a s s ng a f t e r r a i n . T he s i f i c a t i o n a nd a c a t i o n of t e l em a c y e e nt r e a l i z e t he e f f e c t i ve c om t i on of t he e e nt a n d c om rm a e nt s e m . T e c t l y i t o r e m ot e c ol s e m i s t he i m p a nt l i n t e l e m a c y c r ol s e m , l t he nt a nd a c a t i on t o t he m m a s st h e a c t i o n a c t i i e s . T he t r a i o m ng s e m i s c h ng a a t es e n s or f i r s t l y a nd c e c t i ng t he r e l e va nt a m e t e r s f or a s . T m ng m i so n l y s a f or t he s m a l l - s c a l e t i ng e p m e F or c om r t i ng m a c t i w s e l e a d s t o c om x w i r i i e a s e d c e c t i o n c a i t y o fw i m a t i w h i s no a w a s t e of r e s e s , s o t of t r a i o or i ng s y s t e m i t s l i m i t a t i t s e nt t e l e i r y t i on l i ne y n e e d a f e c t , i l l i ge nt r e m ot em or i ng s y s t e m i n c y. T t t a i o n s i t i on of a t l e a s t 100 or m om r t i ng m a c a s m ng c t s , c om w i t h t he w r e m ot e c r e c a nd s e e c t i on t e c w h r e s e a r c h a nd i a s e t of t he e t w r e m ot e c ol s y s t e m a c a t o c om r t t i ng m a c z l m a c f a i l ur e e c t i o n l y r e c t o t he a u t om a t i c f a a l a r m e l t - i n e r . F or t he s i a l c om x of t e l e m a c r y c ol s e m , a o f c r i nk i ng e of l i ne c r ol a nd h or i z l m a c i t s e l f s t r a nd s i a l l i m i t a t i t h e r e f or e , w e i gn a of h z o l m a c c r ol s e m . T s e m e i ss m a l l a n d a t i o n i s s i m p l e , t m a y a s a n d t e s t s e a c h z l m a c y s t e m l i a l s o t i o n f or t he e p m e nt f a i l ur e a nd l i ne f a f a s t a nd a c c t e l y, a e e m a i nt e m i s t a i n t he w A t t he s a m e t i m e , t he s e m h a s t he e i a c a t o a l l o f e l e c t r s e m .T he m a i n r e s e a r c h c nt s i s t f i r s t l y ng t he p l e of c om t t i ng m a c c om i ng w i t h t he w e a s s r e e m e a ng t he n e t w or kr e m c ol of c om r t t i ng m a c a n d i gn i ng a s e t o f r e t f o r m e t w r e m ot e c r ol s t r T he s e m i s u t he s i g b e e t e c a e a l i z e s c om m a t i on t r a e r f i o n w e e n t he c om r t i ng m a c or i t a t i on a nd t he c e n t r e S e c y l d i ng t he s w a r e t f o r m of e c s of a c om r t i ng m a c w r e m ot e c r ol s e m , i om t i ng t he a nd of c r ol a , s e l e c t i on t e c t a c t i o n c t a d c om m a t i o ns a nd h i g h c i s i on t i m e r . T he s e m c a nm or m a c s d a n d a l l s e s i i n r e a l - t i m e .K e K wo r d s :C om r K n i t t i a c Z i gb e e T e c R e m o t e e e s i s : A c a t i e s e a r c 1 绪论 . 引言 . 电脑横机的发展现状 . 国内外纺织机械网络远程监控技术 . 无线传感器网络技术的发展现状及其趋势 . Z i g B e e 技术的优势特点 . 课题背景与论文的主要研究内容 . 本章小结 . i e 网络技术简介 . Z i e 的概述 .i e 的起源 .i e 技术本质特征 .i e 技术的广阔前景 . Z i e 协议栈结构和原理 .i e 协议栈概述 . E E .i g B e e 网络层规范 .i e 应用层规范 .i e 安全层规范 . Z i e 帧结构 . 应答帧 . 命令帧 . Z i e 技术的网络拓扑结构概述 .i e 网络拓扑结构 . 本章小结 .脑横机网络远程控制系统总体设计方案 . 系统总体设计方案 .方案预期所要达到的功能 . 软件开发平台的实现 . 本章小结 .脑横机网络远程控制系统硬件设计 . 系统软件总体设计方案 . 信号采集模块设计 . 2430芯片 . 电源模块设计 . R S - 232串口模块设计 . 人机模块设计 . D 电路设计 . 硬件抗干扰设计 . 本章小结 .脑横机网络远程控制系统软件设计及其调试 . Z i e 协议模块初始化 . 协调器节点软件设计 . 路由器节点软件设计 . 终端节点软件设计 . 提高 Z i g 络低功耗性能问题的分析 . 无线网络组网模式 . 无线传感器网络节点测试 . 本章小结 .结 . . 本人在攻读学位期间所发表的论文与获奖 .论11 绪论1 . 1 引言纺织行业是我国国民经济的传统支柱产业和重要的民生产业 ， 也是国际竞争优势明显的产业 ， 在繁荣市场 、 扩大出口 、 吸纳就业 、 增加农民收入 、 促进区域经济发展等方面发挥着重要作用 。 2009 2011年 ， 纺织工业生产保持平稳增长 ， 产业结构进一步优化 ，自主创新能力 、 技术装备水平 、 品种质量有明显提高 ， 产业布局趋于合理 ， 自主品牌建设取得较大突破，落后产能逐步退出，由纺织大国向纺织强国转变迈出实质性步伐 1。作为纺织行业中比较重要的一员 ， 纺织机械的发展是社会生产和生活的重要手段与财富家园 。 纺织机械制造工艺水平 、 生产水平的好坏都对纺织工业的发展起着重要的作用 。 近年来 ， 中国纺织机械行业发展非常迅速 。 但与世界先进技术相比 ， 还存在着一定的差距和一些较严重的问题 。 纺织机械总体技术水平低 ， 产品自主开发和 创新能力 薄弱 ，研制开发资金投入不足。企业技改力度不够，制造技术落后 2。国内基础工业薄弱，基础配套件跟不上，影响到纺织机械产品的质量和 机电一体化 水平的提高。中国 纺织机 械企业 面临着 严峻的 挑战， 提高自 动化 技术 水平和 生产效 率已刻 不容缓 。 那么 ， 将 高新技术 引进 纺织行业 是未来的趋势 。 二十一世纪 ， 纺机电气控制系统的自动化程度 逐步提高 ，控制系统的智能化、网络化 和 信息化 将会占据着重要市场地位 。纺织 企业的 棉纺织 厂自动 监测系 统属于 制造执 行管理 系统的 范畴。 随着工 业技术 的发展 ， 我国纺织技术的快速发展势必带来一场纺机设备改造的大革命 。 制造执行管理系统将大规模被应用于实际生产，在生产过程中担任着重要的角色。在 2010年要重点突破和急待解决的 28 项关键技术中 ， 与纺织信息化技术相关的有四个领域 。第 27 项 “ 纺织厂生 产监测和管理系 统 ” 就是其中 的重要内容，表 明了行业的科技发展导向，具有前瞻性 3。电脑针织横机属于中国纺织机械中相对较落后的机群 。 电脑针织横机原理之所以复杂 ， 是因为该机种对于电子控制器的开发与兼容 、 编织软件的设计以及重要零部件的加工工艺要求相当严格 。 目前专门针对纺织机械尤其是电脑横机的网络远程控制系统研究未见报道 。 因此 ， 研究一种电脑横机网络远程监控系统对于提高电脑横机的工作效率及其机电一体化有重要意义。1 绪论21 . 2 电脑 横机的 发展现 状随着针织工业的发展 ， 人们对针织产品的要求越来越高 ， 不仅是体现在数量上越来越多 ， 而且还体现在质量要求越来越高 ， 花型种类越来越复杂 。 传统意义上的织物组织只有平纹和简单的罗纹 ， 如今现代意义上的提花组织与多元化组织的层出不穷 ， 宣告了手摇横机已经满足不了如今社会上人们对于多样化针织产品的热衷追求。 20 世纪 70 年代末电脑横机诞生了，它的出现意味着纺织机械新的革命来了。纵观高档横机市场 ， 绝大部分还是国外的机器 ， 如德国的 S T O L L ， 日本的岛精等 ，他们有丰富的行业经验和精密的机械加工技术 ， 使得他们的横机在中国市场上占有很大比重 ， 但是他们的价格非常之昂贵 ， 令国内普通的老百姓和小型的针织服装厂可望而不可及 ， 而这样的机器在以前也只有大型的国有企业才能承受 ， 这严重阻碍了该行业的发展 4。如表 示国外横机在国内的占有量。表 1. 1 国外电脑横机在国内的占有量e 1. 1 O c c u O me of f i gn c t e r k n i t t i n g i n e i n Ch i n 牌 价格 国内占有量排序1 S A S E I 精 / 司马 40 万以上 12 S T O L L 斯托尔 ( 德国 ) 50 万以上 23 P R O T T I 普罗帝 ( 意大利 ) 40 34 环球 ( 德国 ) 40 万以上 45 国花 ( 台湾 ) 30 56 F N G T I G E 中国台湾 ) 302 系列 25 6512 系列 34随着电子技术的发展 ， 近 二十 年来 ， 电脑横机得到了广泛的发展 ， 许多电脑横机部件不断得到完善 ， 电脑横机的功能越来越完善 。 控制系统不断升级 ， 从而导致从事电脑横机开发和生产的 厂家不断涌现 。 进口的有德国斯托 尔公司的 C 列，日本岛精公司的 S E C 系列，德国环球公司的 列等 5；国内的有张家港郁翔公司的 F S 系列，南京天元 T Y 系列。国内电脑横机的发展不断提高，常熟市盛星针织机械有限公司 、 福建红旗股份有限公司 、 北京北方天鸟智能科技有限公司和江苏宏源纺机股份有限公司等采用了不同方式方法，开发了不同型式的电脑自动横机 6。目前，国内大多数电脑横机都是进口的，其价格昂贵，维修困难，而国产电脑横机发展又不成熟，工作不稳定 ， 无法满足批量成衣的生产需求。随着 市场经济 的深入发展和中国工业革命的兴起 ， 为使中国不依赖国外进口 ， 而能1 绪论3够在高端横机领域中崛起，为了让更多的针织服装厂能 够 使用性价比高的横机设备 ， 必须降低横机的生产成本 。 在高端横机领域里国内品牌的产品不但要能满足国内市场的需求 ， 而且还要在全球的市场中占有一定的份额 ； 国内许多机械厂就是为了这一目标而不懈努力的 ； 随着国内机械加工技术的不断提高 ， 国内较大型的 机械厂 已经能够生产较高档的横机机器部分，但是控制系统部分还是依赖国外进口 7。近年来 ， 在各种纺织机械展览会上 ， 电脑横机不断以崭新的面貌出现 ， 其创意革新和技术细节的改变，与其他针织机械相比尤甚，特别是伴随着计算机技术的迅猛发展 ，横机的电子计算机化己成为一