基于Windows平板电脑的全自动编织机的远程监控系统设计

刘冬敏，刘继军，沈娣丽，明五一（.中州大学工程技术学院，郑州450044；.郑州轻工业学院机电工程学院，郑州45000）



基于Windows平板电脑的全自动编织机的远程监控系统设计

刘冬敏1，刘继军1，沈娣丽1，明五一2
（1.中州大学工程技术学院，郑州450044；2.郑州轻工业学院机电工程学院，郑州450002）

摘 要：针对全自动编织机机床设备实时、动态监控的需求，并结合当前监控终端移动化、便捷化发展的趋势，设计一种基于Windows平板电脑的远程监控系统。采用一款Windows和Android的双系统平板电脑，实现工作、休闲融合一体的思路模式。在此设计思想指导下，本文构建了基于Windows和无线网络的全自动编织机的远程监控系统，人机界面设计充分考虑到了触屏的操作特点，系统采用C／S工作模式，实现机床监控的实时性、便捷性。

关键词：全自动编织机；远程监控；平板电脑；互联网

1　引言

全自编织机就是针对家庭作坊用户市场专门设计的新型电脑横机机型，在机械结构上，它与传统的手摇横机很相似，整体上来说差别不是很大，区别仅在于增加了机头的翻针电磁铁和趴针机构。与手摇横机相比，全自动编织机大大简化了功能部件，使用了全新的编织工艺，减少了用户的培训成本，可直接编程实现花型文件的编辑，大大降低了制造成本。近年来，随着企业经营、管理、人力资源等成本的增长，传统的手摇横机退出市场节奏明显加快［1－2］。简易数控编织机一个工人可在生产车间同时监管多台机床（4～8台）。进一步，借助远程实时监控，车间主管可通过便携性移动平板远程监控整个工厂各个车间的生产情况。

目前，移动终端主要是Android和IOS两大系统，但是由于这两个系统主要面向娱乐、休闲市场，其作为企业场景的使用并不多见，而随着Windows 8的发布，其工作、娱乐得到了平衡，相关为企业级开发的应用也很方便的移植到Windows移动平台中。再加上现在市场上已经有基于Windows和An droid的双系统平板电脑、智能手机等硬件平台，这就更进一步推动了传统应用在这些设备上使用的机会，也保护了企业级应用的前期投入。

本项目中，我们用蓝魔i9s Pro作为机床监控的硬件平台。它采用8.9寸1920*1200像素屏幕，搭载Intel Z3735F四核处理器，2GB运行内存。由于预装了Windows 8.1和Android两个系统，存储空间升级至64GB。这款机器最大的特色就是双操作系统，支持开机选择，Android数据分区空间可被Windows系统访问，实现双系统数据共享，后续通过OTA升级以后，还将支持系统热切换，可在Android系统中直接切换至Windows 8系统，无需关机。

目前，远程监控系统在数控机床上的应用有多种模式。本项目中，我们采用专用通信模块通信方式实现，系统具有易维护、易扩展和接线少等特点，在企业生产中得到了广泛的应用［3－5］。机床的运行数据和控制命令通过专用通信模块进行处理，中心端的专用服务器处理远程访问控制，监控端软件可部署在基于Windows的平板电脑上。

2　系统功能需要分析

基于Windows平板电脑的全自动编织机的远程监控系统，是一个集嵌入式微电子技术、互联网通信技术、无线通信技术、大容量数据库存储技术等的计算机应用系统。

2.1 功能需求

包含登录界面、主控界面、详细信息界面、历史信息界面、统计分析界面和系统设置界面。由于是为平板电脑进行设计，一些操作尽可能让用户通过触控方式完成，比如在登录界面中，系统自动记住当前的登录用户，输入密码时候系统弹出软键盘，只输入相应的数字密码（为安全起见，密码长度为8位以上）即可，不需要用户调取Windows系统的软键盘。主控界面中，可按车间分组，将机床分成不同的车间，单个车间组中一次最多可显示18台机床，如果该车间比较大，可建议分为多个虚拟组，这样用户可通过单击车间组别按钮方便切换。另外，系统主控界面中的各个机床监控的界面显示也非常形象，通过图片、状态灯、选择框和标签等多种形式进行展示该机床的工作状态。详细信息界面和历史信息界面可显示当前选中机床的详细信息和历史工作状态信息。统计分析界面可对单个或者多个机床的工作状态进行汇总、分析，通过图像或者Excel表格的方式展示，方便用户使用。系统设置中，可对所监控机床的名称、安放位置（车间）等信息进行数据库的增、删、改、查等操作，添加被监控对象时，系统可为每个机床自动生成一个编号。

2.2 可行性分析

该系统对所需的硬件设备，如专用数据存储服务器、通信服务器、应用服务器、无线终端设备、客户端平板电脑等都可采用目前市场上的现有设备。软件方面，系统所需要的操作系统，可以选择Windows Server 2003或者Windows Server 2008，数据库服务器可兼容Oracle或者Microsoft SQL Server等主流厂家的产品，采用标准的SQL－92语句。客户端平板电脑采用Windows 10或者Windows 8系统。开发工具采用Delphi 7.0，利用其可视化的快速开发环境，能在规定的时间内完成符合要求的监控平台。因而，本课题在技术上是可行的。

3　系统架构设计

基于Windows平板电脑的全自动编织机主要由三部分组成：平板监控端（TCC，Tablet Computer Client）、服务器端（Server）、数控机床控制端（NC machine Controller）。TCP／IP作为底层通信传输协议，用来连接三大模块（三大部分）。平板监控端通过Internet进行远端访问和控制，平板电脑与Internet的连接是通过WiFi连接方式实现，WiFi热点除了工厂、车间、宾馆的路由器外，还可以通过客户随时携带的智能手机实现。因而，全自动编织机的远程监控就可以通过以上的硬件、网络搭建好基础平台。系统中，特别是Windows平板电脑的使用，管理人员可在有WiFi热点信号覆盖的地方（或者3G／4G手机创建热点）实时连接到监控系统中，实现整个监控过程的7*24小时监控。其系统的构成如图1所示。

图1　基于Windows平板电脑的全自动编织机远程监控系统结构

4　平板监控端关键界面

4.1 登录界面

系统的登录界面主要包括登录名称和密码，登录名称由系统初始化时，通过管理员的权限为相关用户进行创建，用户的权限不同，所用的功能也不尽相同。登录界面自动记住上次登录用户的账号名称，减少用户的输入键盘时间，如果用户更改过登录名称，系统在下次启动的时候自动切换到新改的用户，登录界面的设计效果图如图2所示。另外，为了提高输入密码的安全性，以及方便便捷的输入数字密码，系统增加了数字键盘输入界面。

图2　登录界面

4.2 监控主界面

在监控主界面中，可按车间分组，将机床分成不同的车间，如图3所示。当前用户有三个车间，分别为A车间、B车间、C车间，如果系统中车间数比较大，可通过下面的“上一页”和“下一页”分页按钮实现切换，图3中车间数为3个，系统不需要分页，所以相关按钮默认为禁用状态。这些车间的设置可通过系统设置功能完成；另外，系统设置中还可以设置机床的一些常用的工作参数，实现对机床的一些基本控制。由于平板电脑尺寸的限制以及用户手指操作的空间限制，目前单个车间组中一次最多可显示18台机床（3行6列）。此外，考虑到监控系统的易用性、便捷性，监控主界面中的各个机床监控界面的显示，可通过图片、状态灯、选择框和标签等多种组合形态进行展示。

图3　监控主界面

4.3 详细信息界面

用户在监控主界面中单击相关的机床后，其中选择框为选中状态，再次单击后，变为未选中状态。用户选中相关机床后，单击“详细信息”按钮，系统会显示详细信息界面，如图4所示。界面中详细显示机床的名称、更新时间、工作状态、工作时长、编织件数、已织件数、工艺文件、总转数、当前工艺和故障次数等信息。

图4　详细信息界面

5　其他关键技术

5.1 数控机床控制端

采用嵌入式设备开发数控机床控制端［2］，ARM LM 9B92芯片为该系统的主控芯片，内置有以太网接口。进一步，通过移植LwIP协议栈，在TCP层每次只缓冲和发送一个包，使用简化的TCP／IP协议，保证正常的数据收发的前提下，可不实现完整的功能［6］，数控机床控制端软件与服务器端的通信采用基于TCP／IP协议之上的点到点协议［1，7］。

5.2 服务器端

该模块的通信部分采用Delphi 7编写，主要是Windows下的Socket编程和数据库访问操作。该部分软件也包括登录模块，用来验证管理员账号的安全，另外，能实现对各个控制端运行状态的查询，对运行状态进行实时监控。该模块还采用微软数据库访问技术操作Oracle或者Microsoft SQL Server数据库，存储被控对象的历史运行状态。进一步，通过Socket连接一方面为数控机床控制端提供本地服务，另一方面为基于Windows的平板电脑的客户控制端提供远程服务。

6　结论

面向全自动编织机远程监控领域，本文提出了一种基于Windows平板电脑的远程监控系统，该系统采用目前主流技术，其设计理念新、用户界面友好、系统研发成本低。采用基于Windows和Android的双系统的平板后，既充分利用了原有Windows系统下企业级的软件资源，也吸收了Android面向娱乐、休闲的功能，实现用户投入产出的最大化。在此设计思想指导下，本文人机界面设计充分考虑到了触屏的操作模式，构建了新一代基于Windows平板电脑的远程监控系统，实现对全自动编织机的远程监控，具有较高的应用价值。

参考文献：

［1］沈娣丽，陆程，孟雅俊，等.简易数控编织机远程监控系统的设计及实现［J］.机床与液压，2012（17）：84－87.

［2］沈娣丽，孟雅俊，陆程，等.嵌入式全自动收花机的控制系统设计［J］.机床与液压，2015（10）：120－123.

［3］刘鹤，王化建，赵聪聪，等.基于串口服务器的胶囊硫化机的监控系统［J］.电子技术，2015（4）：53－56.

［4］张文雷，杨世锡，黄超胜.一种基于GPRS无线通讯的分布式设备远程监控系统终端的研制［J］.机床与液压，2009（4）：82－85.

［5］陈光伟，徐达丽，董本志.数控机床远程监控系统的实现与优化［J］.机床与液压，2009（11）：148－150.

［6］徐鑫，曹其英.基于LwIP协议栈的UDP协议分析与优化［J］.计算机应用与软件，2011（3）：246－249.

［7］明五一，刘武发.基于ARM点到点通讯协议的设计及实现［J］.才智，2009（3）：243－244.

［7］张友生.远程控制编程技术［M］.北京：电子工业出版社，2002.

（责任编辑 赵冰）

Design of Remote Monitoring System of Fully Automatic Knitting Machine Based on Windows Tablet PC

LIU Dong－min1，LIU Ji－jun1，SHEN Di－li1，MING Wu－yi2
（1.College of Engineering and Technology，Zhongzhou University，Zhengzhou 450044，China；2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China）

Abstract：In view of the requirement of real－time and dynamic monitoring of fully automatic knitting machine and combined with the mobile and convenient trend of the current monitoring terminal，the remote monitoring system based on Windows tablet PC is designed.A Windows and Android dual system tablet computer is used to achieve the thinking mode of the integration of work and leisure.Under the guidance of the design idea above，this paper constructs a remote monitoring system based on Windows and wireless network.The man－machine interface design takes full account of the operation mode of the touch screen.The system adopts C／S mode to realize the real －time performance and convenience.

Key words：fully automatic knitting machine；remote monitoring；tablet computer；Internet

作者简介：刘冬敏（1961—），女，河南商丘人，中州大学工程技术学院教授，从事机械设计与制造教学和研究工作。

基金项目：2014郑州市科技攻关项目（141PPTGG354）

收稿日期：2015－07－13

文章编号：1008－3715（2015）05－0104－04

文献标识码：A

中图分类号：TP2

DOI：10.13783／j.cnki.cn41－1275／g4.2015.05.021