数控机床嵌入式远程测控系统设计与实现.doc

数控技术论文报告选题名称: 数控机床嵌入式远程测控系统设计与实现 系（院）: 计算机工程学院 专 业: 计算机科学与技术（嵌入式系统软件设计） 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 学年学期: 2010 2011 学年 第 1 学期2010年 12 月 10 日摘要: 为了满足数控机床远程测控的要求, 提出一种基于 JAVA和CGI相结合的嵌入式远程测控系统的全新设计方案, 从硬件和软件方面进行了论述。在机床远程控制中采用了CGI模式,可以快速响应用户的 WEB请求;针对嵌入式系统特点,在数据测试、处理中采用了Java apple的瘦服务器解决方案,与其他的嵌入式网络测控系统相比,该系统继承了典型的 B/S模型的优点,可以减轻嵌入式 WEB服务器的负担,以创建更为直观、丰富的用户界面(GUI)。同时该系统能更好地动态刷新。测试结果表明方案可行、实用。关键词: 数控机床;嵌入式系统;远程测控;Java ;CGI引言：目前, 国内一些数控系统还处于发展巩固时期,迫切需要一种能综合检测各种数控系统主要性能指标的检测装置,而国内目前尚没有这种测试装置。 将嵌入式系统应用于网络测控系统,可大大提高测控系统的性能,降低成本和功耗,体积也大大减小。由于数控机床的测试数据需要进行大量分析处理,且控制量也较多, 系统设计了全新的数控机床网络测控系统,它是基于 S3C2410CPU 和ARM linux嵌入式操作系统,采用基于嵌入式 WEB服务器的CGI+ Java applet瘦服务器 解决方案,此方案中 Java applet瘦服务器模式实现对机床测试的大量数据进行分析、处理,在浏览器上绘图并实时刷新,CGI实现给机床发出实时的控制信号。与传统的B/S模式的实时动态网络测控系统相比,由于采用了Java applet瘦服务器模式可以减小嵌入式WEB服务器的负担,因为在该系统中,数据分析、处理、绘图应用程序通过服务器下载到客户端运行,同时数据刷新不需要整个网页刷新, 数据更新更实时,利用Java技术提供了一个类库,可以在浏览器上显示更为直观、丰富的用户界面(GUI)。与传统的C /S模式相比,客户端不需要安装专用的客户端软件,方便系统软件升级,升级时不需要每台客户机重新安装,减少其维护和升级成本。1 硬件系统设计系统设计的全新硬件平台如图1所示, CPU选用 S3C2410,它主要完成系统管理和 WEB服务器的作用。它包含一个16/32bit的 RISC(ARM920T)的CPU内核, 主频为200Hz ,内部含有8通道10位A /D转换器和大量的I /O口, LCD 控制器等接口,能运行UCOSII、ARM linux和 W I NCE嵌入式操作系统。DM9000是10M /100M以太网接口控制芯片。通过CAN总线能够实现S3C2410对节点的数控系统的测试数据收集和控制。8位单片机 89C55实现实时数据采集和控制。由于该系统主要实现对数控机床的运行状态的测试分析,需要准确测试伺服电机编码器的信号,选用集成度较高的 LS7 266R1计数芯片。LS7266R1是24位双轴正交信号鉴相器,在采样滤波、鉴相倍频、抗干扰性等方面极具优势。一片LS726 6R1可同时输入2组信号,即可以检测 2个伺服电机。系统硬件系统结构简单、 成本低,不仅可以实现单台机床测控,还可以实现多台机床同时测控,不需要 PC机就可直接接入 Interne. t 在客户机上用标准浏览器通过 Internet就可以和嵌入式 Web服务器通信,成功取代了1台专用 PC服务器 (插有专用的接口卡和以太网接口卡 )或专用的通信芯片。实现了多点嵌入式设备与 Internel的直接互联互通。 图1 硬件系统框图2软件设计系统体软件设计中,嵌入式操作系统是整个嵌入式系统的核心,选ARM linux系统。由于嵌入式系统的存储容量很小, 因此要把 ARM Linux操作系统装入有限的存储容内,就要对它进行裁剪。对于数控机床的远程测控采取了CGI+Java全新的模式,既能实现远程测控,又能减轻嵌入式系统的负担,同时软件设计变得简单。体系结构如图 2所示。图2 系统结构2 .1嵌入式 WEB服务器设计嵌入式 WEB服务器设计是系统设计的关键。系统通过修改和移植成熟的 Web服务器 BOA 实现的。嵌入式 linux的Web Server主要有3个: HTTPD、 THTTPD和BOA. 其中BOA是一个单任务的小型HTTP服务器,源代码开放、 性能优秀,特别适合应用在嵌入式系统中。要实现测控功能,必须对BAO进行修改和移植,详细过程如下: 2 .1 .1 修改 BOA在 boa / src /boa . c中加入 Java applet数据通信线程,为了保证数据的实时性和通信可靠,给它指定一个端口号。系统使用的是1414端口。Java applet数据通信线程的主要功能是侦听客服端 1414端口,客服端有请求,立刻把从 CAN总线采集的数控机床数据发送到客服端。2 .1.2 修改boa /src/Make file里面的编译器CC= /opt/host/arm v4l/bin/arm v4l-unknown-linux-gccCPP= /opt/host/armv4l/bin/arm v4l-unknown-linux-g+然后直接在 boa/src目录下执行 make即可生成 BOA可执行文件,将其复制到 ram disk加载 mount的目录的 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ram disk即可。2 .1 .3 编制配置文件 boa . confLINUX下的应用程序的配置都是以配置文件的形式提供的,一般都放在目标板 / etc /目录下或者/etc/config目录下,但BOA的配置文件boa . conf一般都放置在目标板 /home/httpd /目录下。系统的 boa . conf文件编写如下:Server Name SAMSUNG- ARMDocumentRoot /home/httpd /h tmlScriptAlias /cgi- bin / /home/httpd /cgi-bin/ScriptAlias/index.html/home/httpd /html/ index.html它指定了HTML页面index.html必须放到/home/httpd /html目录下,cgi可执行文件必须放到/home/httpd/cgi-bin目录下。2. 2 远程数据动态测试实现远程数据动态测试使用的模型是Java applet的瘦服务器,就是B/S和C/S相结合,通过B/S模式的浏览后下载一个嵌入在浏览器中的应用程序,建立一个类似C /S模型的结构。用Java applet实现机床测试数据的处理分析、动态画图。先在PC机上把Java applet编译成可执行文件,与BOA一起烧写到测控系统的flash中, 通过 http协议把 Java applet下载到客服端,下载完后立刻运行,这时 Java applet就和 BOA服务器中自己加入的数据通信线程的1414端口建立连接,进行数据传送,如图3所示。图3 工作流程2 .2 .1 网页编写当用户需要数控机机床运行状态, 只需在客户端点击网页, 就可实时以图形显示,该网页采用 html语言, html语言中必须有 Applet标签, 其关键原代码如下, 其中 Draw1.class为 java applet:< Applet code= Draw1.class width= 600 height = 400>2 .2 .2 Java Applet程序设计Java Applet是用 Java语言编写的一些小应用程序, 这些程序直接嵌入到页面中, 由支持 Java的浏览器(IE或 Nescape)解释执行能够产生特殊效果的程序。现在大多数网络浏览器都支持Java.Applet运行于浏览器上,可以生成生动的页面,进行友好的人机交互,同时还能处理图像、声音、动画等多媒体数据。它可以大大提高 Web页面的交互能力和动态执行能力。包含 Applet的网页被称为 Java-po wered页,可以称其为 Java支持的网页。当用户访问这样的网页时, Applet被下载到用户的计算机上执行。由于 Applet是在用户的计算机上执行的, 所以它的执行速度不受网络带宽或者 Modem存取速度的限制,用户可以更好地通过 Applet来实现信息数据的传输和产生美妙的多媒体效果。设计的功能结构先是浏览器处理 < applet> 标签, 再将 applet程序装入并创建 applet对象,接着就是执行applet程序,不过因为程序中使用了 Runnable接口来实现数据更新线程,所以applet程序第一次执行时不会执行 Runnable接口的 start( )方法,而是 applet程序结构默认的start( )方法, 再执行绘图模块,最后回调Runnable接口的start( )方法来建立数据更新线程, 数据更新后再绘图并回调,这样就实现了不断更新数据和图形。其流程如图 4所示。功能模块及实现函数:public void init( ):实现对客户端程序中某些变量的初始化。public void start( ):由于要不断的对图形的更新,所以需要重启applet程序并建立新线程。public void run( ):通过线程建立socket连接来获取新数据。public void update(Graphicsg): 将当前获取的最新的数据重新绘制成所需要的图形。图4 Java Applet流程图2 .3 CGI技术实现数控机床远程控制为了实现对数控机床的起停、行程等控制,当用户在客服端打开浏览器,用户通过操作控制界面来调用相应的CGI程序, CG I程序获取用户的请求,通过CAN驱动程序传递给各节点机床控制程序, 其流程如图5所示。图5 数控机床控制流程其中CGI可以用任何一种语言编写,只要这种语言具有标准输入、输出和环境变量,可以用C、C + + 以及 SHELL等语言。3 测试及结果该系统重点是研究嵌入式远程测试技术及其应用,数控系统精度测试是测控对象,用户可以在 Internet或 Intranet上通过网络从测试仪获取数据。Web用户通过浏览器打开服务器所在的主页,进入相应的测试系统平台,提出所期望的服务请求, 通过动态请求机制 CGI把命令请求传给 Web服务器。测试前首先建立好基于 S3C2410嵌入式开发环境,把编译好的 Booloader、 嵌入式 linux内核和ram disk烧入FLASH中,WEB服务器和 Java applet放在在同一个目录。运行时先起动 BOA 服务器,动态加载相关驱动,在 PC机的浏览器上输入嵌入式系统的 IP地址,采集的数据就可以动态显示在网页上,用户可以点击浏览器上的控制界面控制设备。图 6是基于 CGI的控制界面,图 7是 Java applet把测试数据在客服端进行处理后画的,效果非常好。 4 结束语系统实现了数控机床嵌入式网络测控系统, 给出了全新的硬件和软件平台设计。在硬件平台上首次采用 LS7266R1、CAN总线以及ARM嵌入式CPU相结合。它可以不需要PC机就能实现多点分布式远程测控。在软件设计上首次成功地实现了基于 ARM linux嵌入式操作系统和 BOA 嵌入式 WEB服务器的 CGI+ Jav a applet的瘦服务器相结合解决方案。该方案充分利用嵌入式 WEB服务器的特点, 把传统的B/S与C/S模式完美结合,采集的数据能够以图形形式在浏览器上实时刷新。该平台具有一般通用性能,有一定的应用推广价值。参考文献: 1 肖继学,黎亚元, 陈廷成. 数控机床运行状态综合测试系统的分布式开发. 西华大学学报, 2005( 5) : 18 - 21 . 2 黄天戍, 余智欣. 新型嵌入式 Web服务器系统的设计与研究. 计算机工程, 2005 ( 11) : 179.