基于ARM的纺织机生产数据采集系统设计

2016-05-14常波刘望

软件导刊 2016年7期

常波刘望

摘要：纺织企业对数据实时性要求越来越高。设计了基于ARM的纺织机生产数据采集系统，系统由数据采集、数据传输以及PC（上位机）组成，数据采集部分采用STM32F407芯片，数据传输部分采用ATKRM04模块，数据采集部分与上位机间的通信以及数据传输采用WiFi无线网络。系统能快速组网，运行功耗低、实时性强、性能稳健，可有效提高纺织企业生产管理水平。

关键词关键词：ARM；数据采集；STM32F407；ATKRM04；WiFi

DOIDOI：10.11907/rjdk.161280

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）007008603

0引言

纺织行业是我国的传统行业，存在生产管理水平差、信息化程度低等问题。纺织企业进行了信息化改造，组建了生产实时监控系统，有效提升了纺织品生产自动化监控水平，但存在数据传输速率低、准确性差等问题。原有系统普遍采用总线方式传输数据，对安装环境要求相对苛刻，施工周期长、维护不方便、扩展性差、综合成本较高。采用WiFi无线网络可有效避免这些弊端，具有布网灵活、易于维护、扩展性较强的优点，布设成本以及运行、维护成本相对较低。

1开发平台

本文基于ARM设计了纺织机生产数据采集系统，系统由3部分组成：①与底层传感器相连的数据采集部分；②连接数据采集部分与上位机通信的数据传输部分；③运行于PC机上的上位机系统。

系统数据采集硬件主要由STM32F407ZGT芯片组成的最小系统扩展而成，软件部分则在Keil uVision5环境下开发。数据传输部分主要由ATKRM04模块和工业路由器所组成的无线网络组成。运行于PC机上的上位机管理系统在Visual C++ 6.0环境下开发。

1.1STM32介绍

STM32系列是基于高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortexM4内核，STM32功耗36mA，是市场上32位产品中功耗最低的产品。

ARMCortexM4处理器是由ARM公司开发的最新嵌入式处理器，在M3的基础上新加了浮点、DSP、并行计算并强化了运算能力，用以满足需要信号处理功能和混合数字控制信号市场，具有低功耗、低成本和易于使用的优点。

1.2ATKRM04介绍

ATKRM04是ALIENTEK推出的一款高性能UARTETHWiFi模块。ATKRM04模块加载了HiLink公司的HLKRM04模块，采用串口与MCU通信，内置了TCP/IP协议栈，能实现用户无线网、串口、以太网之间的相互转换。

通过ATKRM04模块，传统的串口设备在不需要更改任何配置的情况下就可通过网络传输数据。

ATKRM04模块支持RS232串口和LVTTL串口，支持DC6V～16V宽电压工作范围，支持串口转以太网、串口转WiFi STA、串口转WiFi AP等连接形式，方便设备使用互联网传输数据。同时，ATKRM04还带有路由器功能，完全可以当作路由器使用。

1.3Keil介绍

Keil是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机软件开发系统，Keil提供了包括C编译器、链接器、库管理、宏汇编和一个拥有强大功能的仿真调试器在内的开发方案，通过集成开发环境（μVision）使这些组合在一起。WIN98、NT、WIN2000、WINXP、WIN7、WIN8、WIN10等操作系统都可以运行Keil软件。如果使用C语言编程，那么Keil就是不二之选，即使不使用C语言编程而是用汇编语言编程，其简单方便的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会让工作事半功倍。2013年10月，Keil公司正式发布了Keil μVision5版本。

1.4Visual C++ 6.0介绍

Visual C++是一款功能强大的可视化软件开发工具。自Microsoft公司1993年推出Visual C++1.0以后，相继推出了许多新版本，现在已经推出了Visual C++.7.0（Visual C++NET），但它在应用上还是有很大的局限性，只适用于Windows 2000、Windows XP和Windows NT4.0系统平台，所以，更多使用的是Visual C++6.0。Visual C++6.0由编辑器、调试器以及程序向导AppWizard、类向导Class Wizard等许多组件组成，这些组件通过一个名为Developer Studio的组件集成为和谐的开发环境。它不仅是一个C++编译器，而且是一个基于Windows操作系统的可视化集成开发环境。

2关键技术

2.1C/OSII

μC/OSII操作系统绝大部分代码是用ANSII的C语言编写的，有一小部分用汇编编写，以便供不同架构的微处理器使用。μC /OSII是一个可裁剪、可固化、可移植的实时抢占式多任务内核。从8位到64位，μC/OSII已可以在超过40种不同架构的微处理器上运行。μC/OSII应用广泛，包括手机、飞行器、路由器、不间断电源、集线器、工业控制和医疗设备等很多领域。μC/OSII通过了严格的测试，得到美国航空管理局认证，被允许用在飞行器等设备上。这说明μC/OSII性能稳定可靠，更重要的是μC/OSII 源码公开，便于移植和维护。

2.2WiFi

WiFi技术指的是基于IEEE802.11 协议的无线局域网接入技术，WiFi网络可以无线接入，传输数据快且搭建成本低。

技术原理：以前各设备间通过网线连接，而无线WiFi则通过无线电波连接。最常见的是无线路由器，在无线路由器的有效电波覆盖范围内都可以采用无线方式连接。如果无线路由器连接了一条ADSL线路或其它上网线路，则该路由器被称为热点。

3系统结构与数据传输流程

根据车间每台纺织机生产的独立性和位置的相对分散性，本系统采用单台采集加集中管理的控制方式，即每台纺织机拥有自己的数据采集部分且各个数据采集部分相对独立。上位机系统可以接收各个数据采集器上传的数据并集中管理整个车间纺织机。系统由数据采集、数据传输和上位机系统3部分构成。其单台纺织机运行系统结构如图1所示。

数据采集部分与上位机系统采用客户端/服务器模式进行双向通信，数据采集部分向上位机上传数据流程如图2所示。

系统分3大模块：数据采集模块、数据传输模块、上位机系统模块。数据采集模块又可分为数据获取模块、数据存储模块、数据上传模块。数据传输模块分为通信连接模块和数据传输模块。上位机系统模块分为用户管理模块、显示模块、报表生成模块。系统功能如图3所示。

主要获取纺织机生产过程中的设备状态信息如转速、经断、纬断、绞边停、其它停以及温、湿度传感器上采集到的温度、湿度信息。

数据上传模块：将采集到的实时数据或存储在本地存储器上的历史数据上传到上位机系统。

数据存储模块：当通信中断时，将采集到的实时数据以历史数据形式存储到本地存储器上。

用户管理模块：用户登录管理和用户权限管理。

显示模块：将纺织机的工作状态及生产数据在显示器上显示。

报表生成模块：将采集到的信息生成报表，方便管理人员查看使用。

数据采集器与上位机系统连接的核心代码如下：

5结语

本系统采用STM32F407芯片作为数据采集模块的处理器，体积小、功耗低、运算能力强、中断响应快速。采用基于WiFi的无线传输网络进行数据传输，组网灵活，施工周期短，可扩展性强、维护简单快捷，数据传输实时性高。应用于纺织设备，对加快我国纺织企业信息化改造步伐具有很强的现实意义。

参考文献：