基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床加工過程狀態(tài)監(jiān)測

1、研究生課程作業(yè)科 目：嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng) 教 師： 王韜 姓 名： 朱月 學(xué) 號：20140702057t專 業(yè)： 機(jī)械工程 類 別： 學(xué)術(shù) 上課時間： 20 15 年 3 月至20 15 年 5 月 考 生 成 績：卷面成績平時成績課程綜合成績閱卷評語： 閱卷教師 (簽名) 重慶大學(xué)研究生院制基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床加工過程狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備1 前言本文為研究基于嵌入式Linux系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床加工過程狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備，對折彎機(jī)、水刀、電焊機(jī)和激光切割機(jī)的加工狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，分析出機(jī)床的停機(jī)、開機(jī)和加工的狀態(tài)。主要監(jiān)測方法為通過電流傳感器采集機(jī)床電柜箱電流大小，分析機(jī)床所處的狀態(tài)。本文首先簡要介紹了該設(shè)備

2、的硬件結(jié)構(gòu)，然后主要介紹了該設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)及部分核心程序。2 硬件結(jié)構(gòu)電流傳感器將采集到的電流信號通過放大器進(jìn)行信號方法，然后再將信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換通過SPI口輸入至處理器。處理器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將結(jié)果分別通過LCD接口顯示到顯示器上和通過網(wǎng)絡(luò)接口傳送至服務(wù)器，因此與處理器相連有顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和上層服務(wù)器模塊。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。圖2.1 硬件結(jié)構(gòu)簡圖模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號通過SPI接口將數(shù)據(jù)傳送至處理器的SPI(基本SPI接口如圖2.2所示）緩存區(qū)，當(dāng)緩存區(qū)的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值時觸發(fā)中斷，由處理器將緩存區(qū)的數(shù)據(jù)讀取到并儲存到數(shù)組中，并清除中斷標(biāo)志位，儲存到數(shù)組中的數(shù)據(jù)便可以由

3、程序自由處理。圖2.2 基本SPI接口數(shù)據(jù)經(jīng)過處理器處理后的結(jié)果，一方面要顯示到顯示器上，這時數(shù)據(jù)會通過處理器的LCD接口傳輸至LCD顯示器；另一方面?zhèn)鬏斨辽蠈臃?wù)器，數(shù)據(jù)結(jié)果會通過處理器的USB接口傳輸至USB接口的無線網(wǎng)卡，通過無線網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸至上層服務(wù)器。3 軟件結(jié)構(gòu)本課題中的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺，采用的開發(fā)工具為Qt。軟件整體框架主要包括系統(tǒng)管理和機(jī)床管理兩大模塊。整體框架設(shè)計(jì)如圖3.1所示。1) 系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理模塊中包含用戶管理和系統(tǒng)配置，其中用戶管理模塊中，用戶需要設(shè)置和使用用戶名和密碼才能進(jìn)入機(jī)床管理模塊，該模塊限定了用戶是否有權(quán)限獲得機(jī)床加工過程狀態(tài)信息，保障了信息的安全

4、性；系統(tǒng)配置模塊中，通過更改或添加系統(tǒng)配置文件使該系統(tǒng)可以更改或添加其他功能。2) 機(jī)床管理機(jī)床管理模塊中包含水刀、點(diǎn)焊機(jī)、折彎機(jī)和激光切割機(jī)四個主模塊，還可以添加其他機(jī)床的模塊，每個機(jī)床模塊中都包含數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示和上層服務(wù)器三個子模塊，數(shù)據(jù)處理和結(jié)果的顯示時本文主要研究的內(nèi)容，數(shù)據(jù)處理是將采集到的電流信號處理為機(jī)床的加工時間、加工率和加工次數(shù)信息。顯示模塊中，機(jī)床電流變化折線圖和數(shù)據(jù)處理的結(jié)果都會由顯示模塊顯示出來，用戶可以自由地選擇顯示哪個機(jī)床的狀態(tài)，隨意地查看機(jī)床電流變化折線圖和機(jī)床的加工時間、加工率和加工次數(shù)信息，機(jī)床的加工與否的電流變化都是在一定范圍內(nèi)有規(guī)律的變化的，當(dāng)電流突然升

5、高超出范圍時，則可判斷機(jī)床處于異常狀態(tài)。上層服務(wù)器模塊中，數(shù)據(jù)處理的結(jié)果會傳送至上層服務(wù)器，以便管理層及時了解機(jī)床狀態(tài)，通過機(jī)床的狀態(tài)做出某些決策，該傳送過程不由用戶控制，而是實(shí)時的自動的完成。圖3.1 軟件整體框架3.1登陸界面設(shè)計(jì)為了保證信息的安全，登陸界面設(shè)置了用戶名和密碼，登陸界面設(shè)計(jì)如圖3.2所示。將登陸按鍵的clicked信號關(guān)聯(lián)到槽，槽函數(shù)設(shè)計(jì)為：void Widget:on_pushButton_clicked()if(ui->lineEdit->text()="zhuyue"&&ui->lineEdit_2->tex

6、t()="20140702057t") mainw->show(); 該程序中將用戶名設(shè)置為“zhuyue”，密碼設(shè)置為“20140702057t”。當(dāng)用戶名和密碼全部正確時進(jìn)入功能界面。點(diǎn)擊退出鍵時調(diào)用的槽函數(shù)設(shè)置為close( )。圖3.2 登陸界面3.2數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)根據(jù)Qt的編程語法和數(shù)據(jù)的處理要求，對數(shù)據(jù)的處理整體步驟為：a. 通過Qt中的QFile類將數(shù)據(jù)讀取到QString容器中；b. 將QString中的數(shù)據(jù)以分號截?cái)嗟絈StringList容器中；c. 從QStringList中將所需的I1x2電流提取到QList容器中；d. 找出機(jī)床開始加工時對

7、應(yīng)的電流值，和機(jī)床結(jié)束加工時對應(yīng)的電流值，根據(jù)電流的結(jié)束位置和開始位置，便可以得到每次加工所用的時間、加工時間、加工率；e. 將計(jì)算所得的加工次數(shù)與效率以文本文檔格式和圖形界面形式輸出。1 數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)讀取的基本過程為：使用QFile將儲存數(shù)據(jù)的文本打開將數(shù)據(jù)讀取到QString中以分號截?cái)嗟絈SringList把每個電流值以等號分為電流名稱和電流值放到QStringList中當(dāng)電流I1x2對應(yīng)的值小于1260時，將其所對應(yīng)的電流值儲存到QList中，如果不滿足條件則將電流I1x2所對應(yīng)的電流值添加到QList中。核心程序如下： QString tempString = liststring.

8、at(i); QStringList tempList = tempString.split("="); QString tempStringOne = tempList.at(0); QString tempStringTwo = tempList.at(1); if(tempStringOne = = "I1x2'") if( tempStringTwo.toFloat( )<1260 ) list.push_back(tempStringTwo.toFloat( ); else int j = i-1; QString tempStr

9、ing = liststring.at(j); QStringList tempList = tempString.split("="); QString tempStringOne = tempList.at(0); QVariant tempStringTwo = tempList.at(1); list.push_back(tempStringTwo.toFloat( )*10.9); 2 結(jié)果輸出1) 以折線圖的形式輸出所采集的電流值使用QPainter類中繪制折線的函數(shù)drawPolyline( )繪制折線。由于包含電流值的容器不在該類中，所以需要建立函數(shù)接口將s

10、potWelding類中的電流值傳遞到該類中。接口函數(shù)的建立：QList<double> spotWelding:spotList() return list;接口函數(shù)的調(diào)用： spotWelding *spotlist=new spotWelding; list.append(spotlist->spotList();建立可以容納QPoint類型的QVector容器，然后把電流數(shù)組中的元素以下標(biāo)作為橫坐標(biāo)元素值作為縱坐標(biāo)逐個添加到QVector中，由于Qt繪圖中的默認(rèn)坐標(biāo)原點(diǎn)在圖形的左上方，而我們平時使用的二維坐標(biāo)系的原點(diǎn)以向右和向上為正方向，所以再將元素的縱坐標(biāo)添加到QV

11、ector時，需要用某個值減去該元素值，使折線圖的方向成為我們所熟悉的方向。主要程序?yàn)椋?for (int i=0;i<list.size();i+) vector.append(QPoint(i*2, 800-list.at(i)/15); QPainter painter(this); painter.drawPolyline(vector);2) 將結(jié)果以文本文件輸出首先建立名為Water.txt的文件，然后將數(shù)據(jù)處理程序處理的結(jié)果輸出到該文件中，由于數(shù)據(jù)流只能輸出字符串類型的數(shù)據(jù)，所以需要將int類型或double類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為QString類型，再輸出到Water.txt文件

12、中。 QFile fileWater("D:/Water.txt"); if (!fileWater.open(QIODevice:WriteOnly | QIODevice:Text) qDebug( ) << fileWater.errorString( ); QTextStream out(&fileWater); out << tr("水刀切割次數(shù)：") << QString("%1").arg(frequency) << tr("次") <&l

13、t; endl; out << tr("總時間：") << QString("%1").arg(listLong*0.2) << "s" << endl; out << tr("切割時間：") << QString("%1").arg(time*0.2) << tr("s") << endl; out << tr("水刀加工率：") <<

14、 QString("%1").arg(workFrequency) << endl; fileWater.close( );3) 將結(jié)果以圖形界面形式輸出在水刀數(shù)據(jù)處理的類中建立傳遞加工次數(shù)、切割時間、總時間、加工率的函數(shù)在工程中添加dialog類用來顯示結(jié)果在dialog.ui中添加部件QLabel和部件QLineEdit用來顯示四個參數(shù)的值。spotWelding *myspotwelding=new spotWelding( ); ui->lineEdit->setText(QString("%1").arg(mylaser->funcLaserFre( );ui->lin