摘 要

最近几十年来，随着网络技术、数控技术、单片机和通信工程的发展与进步，人们对机床状态的监控方式也发生了相应的变化。以前机床的监控方式主要依靠工作人员在机床前亲自控制，这样就需要投入大量人力、物力，而且效率低下，现在利用相对成熟的网络技术和单片机控制技术就可以实现对机床远程操作、运行状态监控、远程故障诊断等功能。因此，本文设计了机床低成本远程通信和控制模块，具体工作如下：

（1）通过对机床远程在线监测系统的工作要求和方式进行分析，要实现对机床的远程控制，首先要对机床的运行状态进行数据采集，然后通过基于Internet的网络通信模块将状态信息发送至远程PC主机，工作人员通过分析状态信息，向单片机发送状态修改指令，最后由单片机实现对机床的控制。

（2）本文硬件方面使用美国德州仪器（TI）公司的MSP430单片机作为机床数据采集和状态控制的MCU，这款微控制器处理速度较快、内部包含了很多资源、闪存较大，便于保存数据。满足系统要求。在远程通信方面使用了中兴MC8635无线通讯模块。

（3）本文软件方面使用labview作为开发环境，基于TCP网络通信协议，研发了服务器端和客户端软件。

经过多次测试表明，本文设计的机床状态远程在线监测系统稳定可靠，符合设计要求。

关键词：机床状态；远程监控；单片机；TCP

Abstract

In recent years, along with the network technology, numerical control technology, the development and progress of single-chip computer and communication engineering, the monitoring mode of machine tools has also changed accordingly. In the past, the main way to monitor the machine tool is to rely on the staff to control the machine tool by themselves, this way requires a lot of manpower, material resources, and is inefficient. Now the use of relatively mature network technology and single-chip microcomputer control technology can be achieved on the remote operation of the machine, running state monitoring, remote fault diagnosis and other functions. Therefore, the low cost remote communication and control module of the machine tool is designed in this dissertation，specific work is as follows：

（1）The working requirements and methods of remote on-line monitoring system for machine tools are analyzed ，in order to realize the remote control of the machine, First of all, the operating state of the machine tool should be collected, then the state information is sent to the remote PC host through the network communication module based on Internet, through the analysis of the data, the corresponding control command is sent to the MCU, finally, the control of machine tools is realized by MCU.

（2）This dissertation hardware aspect uses TI Company's MSP430 microcontroller as the machine tool data acquisition and state controlling MCU, the microcontroller has a faster processing speed, rich features of the peripheral module and the large capacity of ROM and RAM, fully meet the requirements of the system. ZTE MC8635 wireless communication module is used in telecommunication.

（3）This dissertation software aspect uses labview as the development environment, based on the TCP/IP network communication protocol, I developed the server and client software.

After several tests, the results shows the design of the machine tool status online monitoring system is stable and reliable, in line with the design requirements.

Key Words: Machine tool condition; Remote monitoring; MCU; TCP

目录

第1章 绪论 1

1.1论文研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3论文的课题支撑 3

1.4论文主要研究内容 3

第2章 系统总体方案设计 4

2.1 系统总体结构 4

2.2 无线通信方式的选择 4

2.2.1 CDMA的通信原理 4

2.2.2 CDMA的发展历程 6

2.2.3 CDMA的技术优势 7

2.3 硬件模块的选择 7

2.3.1 无线通信模块 7

2.3.2 单片机控制模块 7

2.4 本章小结 9

第3章 系统硬件设计 10

3.1 系统硬件总体结构 10

3.2 系统硬件电路设计 10

3.2.1 电源模块 10

3.2.2 MCU模块 12

3.2.3 光耦模块 14

3.2.4 继电器模块 15

3.2.5 模数转换模块 16

3.3 本章小结 18

第4章 系统软件设计 19

4.1 系统软件的总体结构 19

4.2 通信协议与传输数据格式 20

4.2.1 通信协议的选择 20

4.2.2 传输数据结构 21

4.2.3 数据校验 22

4.3 监控软件功能分析 25

4.3.1 机床状态查询功能 25

4.3.2 机床状态控制功能 27

4.3.2 数据接受和保存功能 28

4.4 本章小结 29

第5章 远程监控系统运行实验 30

5.1 实验环境 30

5.2 实验内容 30

5.3 系统测试 30

5.3.1 远程监控系统管理员登录测试 30

5.3.2 远程监控系统TCP连接测试 31

5.3.3 远程监控系统机床状态查询功能测试 32

5.3.4 远程监控系统机床状态控制功能测试 34

5.3.5 远程监控系统数据接收和保存功能测试 35

5.4 本章小结 36

第6章 全文总结与展望 37

6.1全文总结 37

6.2 研究展望 37

参考文献 38

致谢 39

第1章 绪论

1.1论文研究背景

机床是制造业的核心装备，现代社会中，小到螺丝钉大到汽车飞机都是由机床加工而成，因此对机床加工方式、加工效率、监控方式的研究一直是工程人员研究的重点。随着微电子、计算机、自动控制等技术的发展，大量功能强大的智能芯片不断涌现，并随着在通信领域，特别是互联网通信方面取得的巨大成就使人们对设备的综合性能，尤其是安全性能提出了越来越高的要求：能够远程实时监控设备的生产过程，并在此基础上，对设备出现的突发情况能够进行故障诊断。事实上，远程监控技术的研究就是为了降低设备故障率，降低工人的劳动强度，从而提高生产效率。

最开始的机床监控方式是由工人人工监视和控制机床的运行状态，这种方式的弊端很多，首先工作人员要时刻精力高度集中，第一时间处理机床出现的故障。除此之外，有一些机床工作环境比较恶劣，如高温作业环境，高转速切削产生的噪声等，都会对工作人员的身体造成伤害^[1]。机床远程在线监控系统则可以实现机床状态的实时监控和控制，从而改善工作人员的工作环境。同时可以实现一台监控主机监控多台机床，完成多台机床的统一管理，减少对工作人员的需求量。

因此, 机床远程在线监控系统是未来监控方式的发展方向。一方面，生产过程的自动化和智能化得到很大的提升，另一方面，通过因特网工作人员可以远程方便地对机床出现的故障进行诊断和处理，从而可以大大缩短机床的因故障而停工的时间，提高生产效率，带来更大的经济效益，这对机床的使用者来说是十分有利的，目前很多国外公司，如Okuma，GE Fanuc，Mazak等，都提出了具有网络通信和智能控制的制造设备。