摘 要

随着经济的发展和社会的不断进步，机械化自动化生产将得到更为广泛的应用，数控机床的应用也更为广泛和普遍。为了保障其正常运行，需要投入较多的人力和财力资源进行检修，成本投入较大，因此需要一个更加完善的机床远程诊断系统进行机床的管理。本文基于对3G（3rd-Generation，第三代移动通信技术）通信模块电路的设计，研究基于3G通信的机床远程诊断数据传输系统。本文主要进行了以下几个方面的工作：

（1）通过对整个系统的工作环境以及功能要求进行分析，提出采用3G通信的方式让机床数据采集模块与后台数据处理模块进行网络通讯，并完成系统的整体结构设计；

（2）基于MSP430单片机，采用MC8635通信模块，设计硬件电路部分；

（3）基于MC8635通信模块芯片，设计系统的软件程序模块，通过系统调试，实现并验证系统功能。

根据系统调试运行结果显示，本文设计的3G通信模块比较稳定，能够实现模块之间的网络通讯和数据传输功能，符合设计要求。

关键词：3G通信；数控机床；数据传输；网络通讯

Abstract

With the economic development and social progress, mechanized automation production will be more widely used, and the application of CNC machine tools are more extensive and universal. In order to protect its normal operation, more human and financial resources for maintenance are needed. The cost of investment is large, so a more complete machine tool remote diagnosis system to improve the management of machine tools should be provided. This dissertation is based on the 3G (3rd generation, third generation mobile communication technology) communication module circuit design. Detailed and deeply researched on the 3G network communication system. This dissertation mainly carried out the following aspects of the work:

（1）Through the analysis of the entire system of the working environment and functional requirements, 3G communication mode is proposed for the network communication between the machine data acquisition module and the background data processing module, and complete the overall structure of the system design;

（2）Based on the MSP430 single-chip, using MC8635 communication module, then design hardware circuit part;

（3）Based on MC8635 communication module chip, design the system of software program module, and then through the system debugging to modify the program code.

According to the system debugging results, the design of the 3G communication module is relatively stable, and the system can achieve the goal of the network communication and data transmission functions among different modules, and basically meet the design requirements.

Key Words：3G communication；CNC machine tools；data transmission；network communication

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与研究对象 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究目的及意义 3

1.4 课题来源与主要研究内容 4

第2章 系统总体方案设计 5

2.1 系统功能需求分析 5

2.2 系统总体结构设计 5

2.3 系统主要芯片的选择 6

2.3.1 微处理器芯片的选择 6

2.3.2 3G通讯模块的选择 6

2.4 本章小结 7

第3章 系统硬件设计 8

3.1 3G模块整体电路设计 8

3.2 硬件电路设计 8

3.2.1 电源模块 8

3.2.2 复位电路 9

3.2.3 SIM卡电路 10

3.2.4 串口通讯接口 11

3.4 本章小结 12

第4章 系统软件设计 13

4.1 系统的软件总体结构 13

4.2 3G模块软件设计 13

4.2.1 AT指令 13

4.2.2 TCP/IP指令集 14

4.2.3 程序设计 15

4.3 上层程序设计 17

4.3.1 通讯流程设计 17

4.3.2 开启网络通讯的程序 17

4.3.3 数据接收 19

4.4 本章小结 20

第5章 系统调试 21

5.1 测试内容 21

5.2 测试验证 21

5.2.1 后台系统主界面 21

5.2.2 网络连接测试 22

5.2.3 机床状态测试 24

5.2.4 系统数据接收功能测试 24

5.3 本章小结 25

第6章 总结与展望 26

6.1 全文总结 26

6.2 研究展望 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 研究背景与研究对象

伴随着经济的飞速发展与工业化进程的加快，传统的生产设备已经不足以满足当今社会日益增长的物质需求。紧跟工业4.0的步伐，我国作为制造业大国，也将中国制造2025作为实现制造强国目标的行动纲领，随之而来的就是自动化生产设备和自动化系统的大范围使用。自动化设备的应用给企业带来了较高的收益，为企业节约了大量的劳动力，也提高了生产效率，但是同时机床出现故障后的维护与检修将是又一个巨大的投入。对于制造设备而言，其故障的产生是不可避免的，而对于企业来说，长期处于流水线的机床产生故障停机后将会给企业的生产带来极大的影响，又因为数控机床设备具有极为复杂的机械结构，企业自身很难对机床故障进行维护与检修，所以需要供货商提供更为快捷方便的技术支持和服务。传统的机床维护需要投入大量的人力和物力资源^[1]，已经不满足当今社会的市场节奏，而且也会给企业带来较大的经济负担。为此，我们有必要用科学又高效的方法来实现对自动化机床的故障检测，这能够有效地降低企业的生产成本，同时在市场中也能够拥有更强的产品竞争力。

随着信息化产业的涌现及其不断发展，远程监控诊断技术将代替传统视频监控技术投入使用，该技术也不断地受到越来越多的研究人员的关注。远程监控诊断技术^[2][3]是一种信息技术与故障检测诊断技术相结合的新技术，它可以通过设备上各处传感器所采集到的机床数据，经过系统模型的理论分析以及故障机理的仿真调试，对机床故障产生的原因进行分析，找到问题的所在，从而可以通过监控系统给用户提供更为专业的故障处理办法。这样一来，在机床产生故障之后，维修人员可以通过系统后台数据给用户提供技术支持，避免了技术人员的长途跋涉，而且可以用一台设备监控多个机床设备，减少了人员投入，也提高了生产效率。