數(shù)控機床嵌入式遠程測控系統(tǒng)設計與實現(xiàn).doc

數(shù)控技術論文報告選題名稱:數(shù)控機床嵌入式遠程測控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)系（院）:計算機工程學院專業(yè):計算機科學與技術（嵌入式系統(tǒng)軟件設計）班級:姓名:學號:指導教師:學年學期:20102011學年第1學期2010年12月10日數(shù)控技術論文報告摘要:為了滿足數(shù)控機床遠程測控的要求,提出一種基于JAVA和CGI相結合的嵌入式遠程測控系統(tǒng)的全新設計方案,從硬件和軟件方面進行了論述。在機床遠程控制中采用了CGI模式,可以快速響應用戶的WEB請求；針對嵌入式系統(tǒng)特點,在數(shù)據(jù)測試、處理中采用了Javaapple的瘦服務器解決方案,與其他的嵌入式網絡測控系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)繼承了典型的B/S模型的優(yōu)點,可以減輕嵌入式WEB服務器的負擔,以創(chuàng)建更為直觀、豐富的用戶界面(GUI)。同時該系統(tǒng)能更好地動態(tài)刷新。測試結果表明方案可行、實用。關鍵詞:數(shù)控機床；嵌入式系統(tǒng)；遠程測控；Java；CGI數(shù)控技術論文報告引言：目前,國內一些數(shù)控系統(tǒng)還處于發(fā)展鞏固時期,迫切需要一種能綜合檢測各種數(shù)控系統(tǒng)主要性能指標的檢測裝置,而國內目前尚沒有這種測試裝置。將嵌入式系統(tǒng)應用于網絡測控系統(tǒng),可大大提高測控系統(tǒng)的性能,降低成本和功耗,體積也大大減小。由于數(shù)控機床的測試數(shù)據(jù)需要進行大量分析處理,且控制量也較多,系統(tǒng)設計了全新的數(shù)控機床網絡測控系統(tǒng),它是基于S3C2410CPU和ARMlinux嵌入式操作系統(tǒng),采用基于嵌入式WEB服務器的CGI+Javaapplet瘦服務器解決方案,此方案中Javaapplet瘦服務器模式實現(xiàn)對機床測試的大量數(shù)據(jù)進行分析、處理,在瀏覽器上繪圖并實時刷新,CGI實現(xiàn)給機床發(fā)出實時的控制信號。與傳統(tǒng)的B/S模式的實時動態(tài)網絡測控系統(tǒng)相比,由于采用了Javaapplet瘦服務器模式可以減小嵌入式WEB服務器的負擔,因為在該系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)分析、處理、繪圖應用程序通過服務器下載到客戶端運行,同時數(shù)據(jù)刷新不需要整個網頁刷新,數(shù)據(jù)更新更實時,利用Java技術提供了一個類庫,可以在瀏覽器上顯示更為直觀、豐富的用戶界面(GUI)。與傳統(tǒng)的C/S模式相比,客戶端不需要安裝專用的客戶端軟件,方便系統(tǒng)軟件升級,升級時不需要每臺客戶機重新安裝,減少其維護和升級成本。1硬件系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計的全新硬件平臺如圖1所示,CPU選用S3C2410,它主要完成系統(tǒng)管理和WEB服務器的作用。它包含一個16/32bit的RISC(ARM920T)的CPU內核,主頻為200Hz,內部含有8通道10位A/D轉換器和大量的I/O口,LCD控制器等接口,能運行UCOSII、ARMlinux和WINCE嵌入式操作系統(tǒng)。DM9000是10M/100M以太網接口控制芯片。通過CAN總線能夠實現(xiàn)S3C2410對節(jié)點的數(shù)控系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)收集和控制。8位單片機89C55實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集和控制。由于該系統(tǒng)主要實現(xiàn)對數(shù)控機床的運行狀態(tài)的測試分析,需要準確測試伺服電機編碼器的信號,選用集成度較高的LS7266R1計數(shù)芯片。LS7266R1是24位雙軸正交信號鑒相器,在采樣濾波、鑒相倍頻、抗干擾性等方面極具優(yōu)勢。一片LS7266R1可同時輸入2組信號,即可以檢測2個伺服電機。系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結構簡單、成本低,不僅可以實現(xiàn)單臺機床測控,還可以實現(xiàn)多臺機床同時測控,不需要PC機就可直接接入Interne.t在客戶機上用標準瀏覽器通過Internet就可以和嵌入式Web服務器通信,成功取代了1臺專用PC服務器(插有專用的接口卡和以太網接口卡)或專用的通信芯片。實現(xiàn)了多點嵌入式設備與Internel的直接互聯(lián)互通。數(shù)控技術論文報告圖1硬件系統(tǒng)框圖2軟件設計系統(tǒng)體軟件設計中,嵌入式操作系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心,選ARMlinux系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)的存儲容量很小,因此要把ARMLinux操作系統(tǒng)裝入有限的存儲容內,就要對它進行裁剪。對于數(shù)控機床的遠程測控采取了CGI+Java全新的模式,既能實現(xiàn)遠程測控,又能減輕嵌入式系統(tǒng)的負擔,同時軟件設計變得簡單。體系結構如圖2所示。圖2系統(tǒng)結構2.1嵌入式WEB服務器設計嵌入式WEB服務器設計是系統(tǒng)設計的關鍵。系統(tǒng)通過修改和移植成熟的Web服務器BOA實現(xiàn)的。嵌入式linux的WebServer主要有3個:HTTPD、THTTPD和BOA.其中BOA是一個單任務的小型HTTP服務器,源代碼開放、性能優(yōu)秀,特別適合應用在嵌入式系統(tǒng)中。要實現(xiàn)測控功能,必須對BAO進行修改和移植,詳細過程如下:2.1.1修改BOA在boa/src/boa.c中加入Javaapplet數(shù)據(jù)通信線程,為了保證數(shù)據(jù)的實時性和通信可靠,給它指定一個端口號。系統(tǒng)使用的是1414端口。Javaapplet數(shù)據(jù)通信線程的主要功能是偵聽客服端1414端口,客服端有請求,立刻把從CAN總線采集的數(shù)控機床數(shù)據(jù)發(fā)送到客服端。2.1.2修改boa/src/Makefile里面的編譯器CC=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gccCPP=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-g+然后直接在boa/src目錄下執(zhí)行make即可生成BOA可執(zhí)行文件,將其復制到ramdisk加載mount的目錄的bin里面,然后等一同加入后面的配置文件和HTML/CGI文件后,重做ramdisk即可。數(shù)控技術論文報告2.1.3編制配置文件boa.confLINUX下的應用程序的配置都是以配置文件的形式提供的,一般都放在目標板/etc/目錄下或者/etc/config目錄下,但BOA的配置文件boa.conf一般都放置在目標板/home/httpd/目錄下。系統(tǒng)的boa.conf文件編寫如下:ServerNameSAMSUNG-ARMDocumentRoot/home/httpd/htmlScriptAlias/cgi-bin/home/httpd/cgi-bin/ScriptAlias/index.html/home/httpd/html/index.html它指定了HTML頁面index.html必須放到/home/httpd/html目錄下,cgi可執(zhí)行文件必須放到/home/httpd/cgi-bin目錄下。2.2遠程數(shù)據(jù)動態(tài)測試實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)動態(tài)測試使用的模型是Javaapplet的瘦服務器,就是B/S和C/S相結合,通過B/S模式的瀏覽后下載一個嵌入在瀏覽器中的應用程序,建立一個類似C/S模型的結構。用Javaapplet實現(xiàn)機床測試數(shù)據(jù)的處理分析、動態(tài)畫圖。先在PC機上把Javaapplet編譯成可執(zhí)行文件,與BOA一起燒寫到測控系統(tǒng)的flash中,通過http協(xié)議把Javaapplet下載到客服端,下載完后立刻運行,這時Javaapplet就和BOA服務器中自己加入的數(shù)據(jù)通信線程的1414端口建立連接,進行數(shù)據(jù)傳送,如圖3所示。圖3工作流程2.2.1網頁編寫當用戶需要數(shù)控機機床運行狀態(tài),只需在客戶端點擊網頁,就可實時以圖形顯示,該網頁采用html語言,html語言中必須有Applet標簽,其關鍵原代碼如下,其中Draw1.class為javaapplet:2.2.2JavaApplet程序設計JavaApplet是用Java語言編寫的一些小應用程序,這些程序直接嵌入到頁面中,由支數(shù)控技術論文報告持Java的瀏覽器(IE或Nescape)解釋執(zhí)行能夠產生特殊效果的程序?，F(xiàn)在大多數(shù)網絡瀏覽器都支持Java.Applet運行于瀏覽器上,可以生成生動的頁面,進行友好的人機交互,同時還能處理圖像、聲音、動畫等多媒體數(shù)據(jù)。它可以大大提高Web頁面的交互能力和動態(tài)執(zhí)行能力。包含Applet的網頁被稱為Java-powered頁,可以稱其為Java支持的網頁。當用戶訪問這樣的網頁時,Applet被下載到用戶的計算機上執(zhí)行。由于Applet是在用戶的計算機上執(zhí)行的,所以它的執(zhí)行速度不受網絡帶寬或者Modem存取速度的限制,用戶可以更好地通過Applet來實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳輸和產生美妙的多媒體效果。設計的功能結構先是瀏覽器處理標簽,再將applet程序裝入并創(chuàng)建applet對象,接著就是執(zhí)行applet程序,不過因為程序中使用了Runnable接口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新線程,所以applet程序第一次執(zhí)行時不會執(zhí)行Runnable接口的start()方法,而是applet程序結構默認的start()方法,再執(zhí)行繪圖模塊,最后回調Runnable接口的start()方法來建立數(shù)據(jù)更新線程,數(shù)據(jù)更新后再繪圖并回調,這樣就實現(xiàn)了不斷更新數(shù)據(jù)和圖形。其流程如圖4所示。功能模塊及實現(xiàn)函數(shù):publicvoidinit():實現(xiàn)對客戶端程序中某些變量的初始化。publicvoidstart():由于要不斷的對圖形的更新,所以需要重啟applet程序并建立新線程。publicvoidrun():通過線程建立socket連接來獲取新數(shù)據(jù)。publicvoidupdate(Graphicsg):將當前獲取的最新的數(shù)據(jù)重新繪制成所需要的圖形。圖4JavaApplet流程圖2.3CGI技術實現(xiàn)數(shù)控機床遠程控制為了實現(xiàn)對數(shù)控機床的起停、行程等控制,當用戶在客服端打開瀏覽器,用戶通過操作數(shù)控技術論文報告控制界面來調用相應的CGI程序,CGI程序獲取用戶的請求,通過CAN驅動程序傳遞給各節(jié)點機床控制程序,其流程如圖5所示。圖5數(shù)控機床控制流程其中CGI可以用任何一種語言編寫,只要這種語言具有標準輸入、輸出和環(huán)境變量,可以用C、C+以及SHELL等語言。3測試及結果該系統(tǒng)重點是研究嵌入式遠程測試技術及其應用,數(shù)控系統(tǒng)精度測試是測控對象,用戶可以在Internet或Intranet上通過網絡從測試儀獲取數(shù)據(jù)。Web用戶通過瀏覽器打開服務器所在的主頁,進入相應的測試系統(tǒng)平臺,提出所期望的服務請求,通過動態(tài)請求機制CGI把命令請求傳給Web服務器。測試前首先建立好基于S3C2410嵌入式開發(fā)環(huán)境,把編譯好的Booloader、嵌入式linux內核和ramdisk燒入FLASH中,WEB服務器和Javaapplet放在在同一個目錄。運行時先起動BOA服務器,動態(tài)加載相關驅動,在PC機的瀏覽器上輸入嵌入式系統(tǒng)的IP地址,采集的數(shù)據(jù)就可以動態(tài)顯示在網頁上,用戶可以點擊瀏覽器上的控制界面控制設備。圖6是基于CGI的控制界面,圖7是Javaapplet把測試數(shù)據(jù)在客服端進行處理后畫的,效果非常好。數(shù)控技術論文報告4結束語系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)控機床嵌入式網絡測控系統(tǒng),給出了全新的硬件和軟件平臺設計。在硬件平臺上首次采用LS7266R1、CAN總線以及ARM嵌入式CPU相結合。它可以不需要PC機就能實現(xiàn)多點分布式遠程測控。在軟件設計上首次成功地實現(xiàn)了基于ARMlinux嵌入式操