基于GPRS的数控机床监控系统的设计与实现

论文摘要

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称,其具有“高速传输”和“永久在线”等优点,特别适用于数据传输实时性高、突发性强的场合。随着我国工业化进程的加速、产业机构的调整和升级,数控技术在现代企业大量应用。为了保证各个数控机床能够正常运行,需要投入大量的人力,这样就存在着投入大、效率低易发生失误等诸多问题。因此,迫切需要一种快捷、可靠、易用以及成本低的解决方案来代替纯人工管理的方式。本文采用目前先进的GPRS无线数据通信技术,结合数控机床远程监控终端和监控中心,组成数控机床远程监控系统,完成对数控机床的远程监控。本文设计了以LPC2119微处理器为核心的基于GPRS通讯的监控方案,在GPRS模块的选择上使用了西门子公司的MC55模块。本系统集成数据采集、处理、存储、传输等功能于一身,同时具有故障诊断与报警功能,在有效地提高数控机床管理效率的前提下保证数控机床能够稳定正常运行。系统对数控机床的工作信号包括模拟量和数字量等信号进行采样和处理,这其中包括信号的采集、滤波、A/D转换等处理环节。处理后的数据通过GPRS模块发送到GPRS网络上。经过GPRS网关,将数据发送到互联网上的监控中心。本文首先对远程监控技术的历史和发展现状进行了介绍,同时概括地介绍了GPRS技术的产生、特点及其发展状况与应用领域,接下来的四个章节分别完成了系统总体方案设计、监控系统硬件设计以及软件设计,最后对数控机床远程监控系统进行了测试。本系统的软、硬件都通过了多次的调试和试验,并已经得到了应用,实践证明,本系统运行可靠,达到了预期的设计目标,将在全面提高数控机床的生产管理效率中发挥重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 远程监控系统概述
• 1.3 远程监控系统发展现状及分析
• 1.3.1 远程监控系统功能分析
• 1.3.2 监控方式的分类及其特点
• 1.4 GPRS 技术概述
• 1.4.1 GPRS 的产生
• 1.4.2 GPRS 的特点
• 1.4.3 GPRS 网络发展状况及应用
• 1.5 数控机床监控技术现状
• 1.6 选题意义和研究内容
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 系统总体方案设计
• 2.1 系统结构
• 2.2 GPRS 通信方式的选择
• 2.2.1 GPRS 的基本原理
• 2.2.2 GPRS 的网络结构
• 2.2.3 GPRS 数据传输平面
• 2.2.4 GSM 与GPRS 的比较
• 2.2.4.1 电路交换的通信方式
• 2.2.4.2 分组交换的通信方式
• 2.2.5 GPRS 的技术优势
• 2.2.6 GPRS 的应用框架
• 2.3 硬件平台的考虑和选择
• 2.3.1 GPRS 模块
• 2.3.2 主控制模块
• 2.3.3 软件框架的初步考虑与设计
• 2.4 小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 监控终端硬件系统总体设计
• 3.2 硬件电路设计
• 3.2.1 电源模块设计
• 3.2.1.1 需求分析
• 3.2.1.2 前级电源电路设计
• 3.2.1.3 末级电源电路以及复位电路的设计
• 3.2.2 构建最小系统
• 3.2.3 存储器电路
• 3.2.4 调试测试接口
• 3.2.5 实时时钟电路设计
• 3.2.6 GPRS 无线modem 接口
• 3.2.7 数控机床工作状态采集电路
• 3.3 小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 监控系统软件的总体结构
• 4.2 通信数据及传输协议
• 4.2.1 数据传输协议的选择
• 4.2.2 通信数据及传输协议的制定
• 4.2.3 CRC 校验
• 4.3 远程监控终端软件设计
• 4.3.1 MC55 的开发
• 4.3.2 轻型嵌入式操作系统的设计
• 4.3.2.1 设计目标
• 4.3.2.2 轻型操作系统的架构
• 4.3.3 轻型操作系统的实现
• 4.3.3.1 不依赖于编译器的数据类型定义
• 4.3.3.2 任务调度方式
• 4.3.3.3 消息机制
• 4.3.3.4 内存管理机制
• 4.3.4 系统移植方法
• 4.3.5 轻型嵌入式操作系统的应用
• 4.3.5.1 轻型嵌入式操作系统的应用
• 4.3.5.2 数据发送任务的实现
• 4.4 监控中心软件的设计
• 4.4.1 监控中心软件的功能
• 4.4.2 监控软件处理流程
• 4.5 小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 测试对象
• 5.2 测试步骤
• 5.2.1 系统登录页面
• 5.2.2 主页面
• 5.2.3 设备工作曲线图
• 5.2.4 数控机床设备利用率统计
• 5.3 小结
• 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 采用的新方法
• 6.3 需要完善的工作与展望
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文
• 致谢