數(shù)控機(jī)床嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

年4月19日數(shù)控機(jī)床嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)文檔僅供參考淮陰工學(xué)院數(shù)控技術(shù)論文報(bào)告選題名稱:數(shù)控機(jī)床嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系(院): 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院 專業(yè):計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì))班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師: 年學(xué)期: ~年第1學(xué)期 年12 月摘要:為了滿足數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程測(cè)控的要求,提出一種基于JAVA和CGI相結(jié)合的嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的全新設(shè)計(jì)方案,從硬件和軟件方面進(jìn)行了論述。在機(jī)床遠(yuǎn)程控制中采用了CGI模式,能夠快速響應(yīng)用戶的WEB請(qǐng)求;針對(duì)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn),在數(shù)據(jù)測(cè)試、處理中采用了Javaapple的瘦服務(wù)器解決方案,與其它的嵌入式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)繼承了典型的B/S模型的優(yōu)點(diǎn),能夠減輕嵌入式WEB服務(wù)器的負(fù)擔(dān),以創(chuàng)立更為直觀、豐富的用戶界面(GUI)。同時(shí)該系統(tǒng)能更好地動(dòng)態(tài)刷新。測(cè)試結(jié)果表明方案可行、實(shí)用。關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床;嵌入式系統(tǒng);遠(yuǎn)程測(cè)控;Java;CGI引言:當(dāng)前,國(guó)內(nèi)一些數(shù)控系統(tǒng)還處于發(fā)展鞏固時(shí)期,迫切需要一種能綜合檢測(cè)各種數(shù)控系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的檢測(cè)裝置,而國(guó)內(nèi)當(dāng)前尚沒(méi)有這種測(cè)試裝置。將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng),可大大提高測(cè)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(jī)床的測(cè)試數(shù)據(jù)需要進(jìn)行大量分析處理,且控制量也較多,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了全新的數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(wù)器的CGI+Javaapplet瘦服務(wù)器解決方案,此方案中Javaapplet瘦服務(wù)器模式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床測(cè)試的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理,在瀏覽器上繪圖并實(shí)時(shí)刷新,CGI實(shí)現(xiàn)給機(jī)床發(fā)出實(shí)時(shí)的控制信號(hào)。與傳統(tǒng)的B/S模式的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)相比,由于采用了Javaapplet瘦服務(wù)器模式能夠減小嵌入式WEB服務(wù)器的負(fù)擔(dān),因?yàn)樵谠撓到y(tǒng)中,數(shù)據(jù)分析、處理、繪圖應(yīng)用程序經(jīng)過(guò)服務(wù)器下載到客戶端運(yùn)行,同時(shí)數(shù)據(jù)刷新不需要整個(gè)網(wǎng)頁(yè)刷新,數(shù)據(jù)更新更實(shí)時(shí),利用Java技術(shù)提供了一個(gè)類庫(kù),能夠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(jí),升級(jí)時(shí)不需要每臺(tái)客戶機(jī)重新安裝,減少其維護(hù)和升級(jí)成本。1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全新硬件平臺(tái)如圖1所示,CPU選用S3C2410,它主要完成系統(tǒng)管理和WEB服務(wù)器的作用。它包含一個(gè)16/32bit的RISC(ARM920T)的CPU內(nèi)核,主頻為200Hz,內(nèi)部含有8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器和大量的I/O口,LCD控制器等接口,能運(yùn)行UCOSII、ARMlinux和WINCE嵌入式操作系統(tǒng)。DM9000是10M/100M以太網(wǎng)接口控制芯片。經(jīng)過(guò)CAN總線能夠?qū)崿F(xiàn)S3C2410對(duì)節(jié)點(diǎn)的數(shù)控系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)收集和控制。8位單片機(jī)89C55實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和控制。由于該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)試分析,需要準(zhǔn)確測(cè)試伺服電機(jī)編碼器的信號(hào),選用集成度較高的LS7266R1計(jì)數(shù)芯片。LS7266R1是24位雙軸正交信號(hào)鑒相器,在采樣濾波、鑒相倍頻、抗干擾性等方面極具優(yōu)勢(shì)。一片LS7266R1可同時(shí)輸入2組信號(hào),即能夠檢測(cè)2個(gè)伺服電機(jī)。系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,不但能夠?qū)崿F(xiàn)單臺(tái)機(jī)床測(cè)控,還能夠?qū)崿F(xiàn)多臺(tái)機(jī)床同時(shí)測(cè)控,不需要PC機(jī)就可直接接入Interne.t在客戶機(jī)上用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器經(jīng)過(guò)Internet就能夠和嵌入式Web服務(wù)器通信,成功取代了1臺(tái)專用圖1硬件系統(tǒng)框圖2軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)體軟件設(shè)計(jì)中,嵌入式操作系統(tǒng)是整個(gè)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(chǔ)容量很小,因此要把ARMLinux操作系統(tǒng)裝入有限的存儲(chǔ)容內(nèi),就要對(duì)它進(jìn)行裁剪。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程測(cè)控采取了CGI+Java全新的模式,既能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控,又能減輕嵌入式系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),同時(shí)軟件設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1嵌入式WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)嵌入式WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)修改和移植成熟的Web服務(wù)器BOA實(shí)現(xiàn)的。嵌入式linux的WebServer主要有3個(gè):HTTPD、THTTPD和BOA.其中BOA是一個(gè)單任務(wù)的小型HTTP服務(wù)器,源代碼開放、性能優(yōu)秀,特別適合應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。要實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能,必須對(duì)BAO進(jìn)行修改和移植,詳細(xì)過(guò)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(shí)時(shí)性和通信可靠,給它指定一個(gè)端口號(hào)。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(qǐng)求,馬上把從CAN總線采集的數(shù)控機(jī)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-gCPP=/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(fù)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。2.1.3編制配置文件boa.confLINUX下的應(yīng)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(biāo)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(biāo)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(yè)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)測(cè)試使用的模型是Javaapplet的瘦服務(wù)器,就是B/S和C/S相結(jié)合,經(jīng)過(guò)B/S模式的瀏覽后下載一個(gè)嵌入在瀏覽器中的應(yīng)用程序,建立一個(gè)類似C/S模型的結(jié)構(gòu)。用Javaapplet實(shí)現(xiàn)機(jī)床測(cè)試數(shù)據(jù)的處理分析、動(dòng)態(tài)畫圖。先在PC機(jī)上把Javaapplet編譯成可執(zhí)行文件,與BOA一起燒寫到測(cè)控系統(tǒng)的flash中,經(jīng)過(guò)http協(xié)議把Javaapplet下載到客服端,下載完后馬上運(yùn)行,這時(shí)Javaapplet就和BOA服務(wù)器中自己加入的數(shù)據(jù)通信線程的1414端口建立連接,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,如圖3所示。圖3工作流程2.2.1網(wǎng)頁(yè)編寫當(dāng)用戶需要數(shù)控機(jī)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài),只需在客戶端點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè),就可實(shí)時(shí)以圖形顯示,該網(wǎng)頁(yè)采用html語(yǔ)言,html語(yǔ)言中必須有Applet標(biāo)簽,其關(guān)鍵原代碼如下,其中Draw1.class為javaapplet:<Appletcode=Draw1.classwidth=600height=400>2.2.2JavaApplet程序設(shè)計(jì)JavaApplet是用Java語(yǔ)言編寫的一些小應(yīng)用程序,這些程序直接嵌入到頁(yè)面中,由支持Java的瀏覽器(IE或Nescape)解釋執(zhí)行能夠產(chǎn)生特殊效果的程序?，F(xiàn)在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器都支持Java.Applet運(yùn)行于瀏覽器上,能夠生成生動(dòng)的頁(yè)面,進(jìn)行友好的人機(jī)交互,同時(shí)還能處理圖像、聲音、動(dòng)畫等多媒體數(shù)據(jù)。它能夠大大提高Web頁(yè)面的交互能力和動(dòng)態(tài)執(zhí)行能力。包含Applet的網(wǎng)頁(yè)被稱為Java-powered頁(yè),能夠稱其為Java支持的網(wǎng)頁(yè)。當(dāng)用戶訪問(wèn)這樣的網(wǎng)頁(yè)時(shí),Applet被下載到用戶的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。由于Applet是在用戶的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的,因此它的執(zhí)行速度不受網(wǎng)絡(luò)帶寬或者M(jìn)odem存取速度的限制,用戶能夠更好地經(jīng)過(guò)Applet來(lái)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳輸和產(chǎn)生美妙的多媒體效果。設(shè)計(jì)的功能結(jié)構(gòu)先是瀏覽器處理<applet>標(biāo)簽,再將applet程序裝入并創(chuàng)立applet對(duì)象,接著就是執(zhí)行applet程序,不過(guò)因?yàn)槌绦蛑惺褂昧薘unnable接口來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新線程,因此applet程序第一次執(zhí)行時(shí)不會(huì)執(zhí)行Runnable接口的start()方法,而是applet程序結(jié)構(gòu)默認(rèn)的start()方法,再執(zhí)行繪圖模塊,最后回調(diào)Runnable接口的start()方法來(lái)建立數(shù)據(jù)更新線程,數(shù)據(jù)更新后再繪圖并回調(diào),這樣就實(shí)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(shí)現(xiàn)函數(shù):publicvoidinit():實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶端程序中某些變量的初始化。publicvoidstart():由于要不斷的對(duì)圖形的更新,因此需要重啟applet程序并建立新線程。publicvoidrun():經(jīng)過(guò)線程建立socket連接來(lái)獲取新數(shù)據(jù)。publicvoidupdate(Graphicsg):將當(dāng)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(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程控制為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的起停、行程等控制,當(dāng)用戶在客服端打開瀏覽器,用戶經(jīng)過(guò)操作控制界面來(lái)調(diào)用相應(yīng)的CGI程序,CGI程序獲取用戶的請(qǐng)求,經(jīng)過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)程序傳遞給各節(jié)點(diǎn)機(jī)床控制程序,其流程如圖5所示。圖5數(shù)控機(jī)床控制流程其中CGI能夠用任何一種語(yǔ)言編寫,只要這種語(yǔ)言具有標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出和環(huán)境變量,能夠用C、C++以及SHELL等語(yǔ)言。3測(cè)試及結(jié)果該系統(tǒng)重點(diǎn)是研究嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)及其應(yīng)用,數(shù)控系統(tǒng)精度測(cè)試是測(cè)控對(duì)象,用戶能夠在Internet或Intranet上經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)從測(cè)試儀獲取數(shù)據(jù)。Web用戶經(jīng)過(guò)瀏覽器打開服務(wù)器所在的主頁(yè),進(jìn)入相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái),提出所期望的服務(wù)請(qǐng)求,經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)請(qǐng)求機(jī)制CGI把命令請(qǐng)求傳給Web服務(wù)器。測(cè)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(nèi)核和ramdisk燒入FLASH中,WEB服務(wù)器和Javaapplet放在在同一個(gè)目錄。運(yùn)行時(shí)先起動(dòng)BOA服務(wù)器,動(dòng)態(tài)加載相關(guān)驅(qū)動(dòng),在PC機(jī)的瀏覽器上輸入嵌入式系統(tǒng)的IP地址,采集的數(shù)據(jù)就能夠動(dòng)態(tài)顯示在網(wǎng)頁(yè)上,用戶能夠點(diǎn)擊瀏覽器上的控制界面控制設(shè)備。圖6是基于CGI的控制界面,圖7是Javaapplet4結(jié)束語(yǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床嵌入式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng),給出了全新的硬件和軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)。在硬件平臺(tái)上首次采用LS7266R1、CAN總線以及ARM嵌入式CPU相結(jié)合。它能夠不需要PC機(jī)就能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式遠(yuǎn)程測(cè)控。在軟件設(shè)計(jì)上首次成功地實(shí)現(xiàn)了基于ARMlinux嵌入式操作系統(tǒng)和BOA