摘 要

随着当今工业水平的不断进步和机械水平的持续提高，我们对机械设备运行的高效性，准确性和稳定性要求越来越严格，远程监控技术也随之出现。远程实时监控系统，即本地的计算机，对远程的控制系统通过网络系统进行实时的监控的系统。而其结构包括以下：远程操控层、Scada监测层和现场智能设备层。远程监控技术，通过各个监控平台对监控对象实行实时的和全面的监控，实现了一种通过网络连接的方式的资源共享。

本文设计了一种基于嵌入式和Java网络编程的温度远程监控系统。可以完成数控机床的温度采集，并上传到服务器，客户可以通过Android客户端远程实时读取到机床的温度信息。

本文采用STM32系列单片机进行硬件开发，设计一种温度数据采集卡，STM32系列单片机作为TCP服务端发送数据，手机作为TCP客户端接收显示数据。

关键词：嵌入式系统；Android客户端；远程监测

Abstract

Along with the advance of the modern industrial level and the level of machinery continues to improve, we for mechanical equipment operation efficiency, accuracy and stability requirements of more and more strict, remote monitoring technology has also emerged.Remote real-time monitoring system, that is, local computer, the remote control system through the network system real-time monitoring system.Its structure includes the following: remote control layer, Scada monitoring layer and field intelligent equipment layer.Remote monitoring technology enables real-time and comprehensive monitoring of monitoring objects through various monitoring platforms, and realizes resource sharing through network connection.

This paper designs a remote temperature monitoring system based on embedded and Java network programming.The temperature of the CNC machine tool can be collected and uploaded to the server. The customer can read the temperature information of the machine tool remotely and in real time through the Android client.

This article USES STM32 series MCU hardware development, design a kind of temperature data acquisition card, STM32 series single chip microcomputer as the TCP server to send data, mobile phone as a TCP client receives the display data..

Key words: Embedded system; Android client; Remote monitoring

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究现状 1

1.2 数控机床的概况 2

1.3 远程监测系统概况 3

1.4 研究内容与章节安排 3

第2章 系统的总体设计方案 4

2.1 系统功能分析 4

2.1.2 温度数据的采集 4

2.1.2 温度数据的发送 4

2.2 系统总体结构设计 5

2.3 本章小结 6

第3章 数据采集发送器的设计方案 7

3.1 温度数据采集方案 7

3.1.1 温度传感器的选择 7

3.1.2 温度传感器使用 7

3.2 温度数据发送方案 9

3.2.1 通信方式的选择 9

3.2.2 嵌入式通信模块 10

3.3 嵌入式数据采集发送器的实现 10

3.3.1数据采集发送器的硬件设计 10

3.3.2 数据采集发送器的软件设计 12

3.4 本章小结 13

第4章 TCP通信服务器与客户端的搭建 14

4.1 服务器搭建 14

4.1.1 通信协议的设计 14

4.1.2 Socket服务端的实现 15

4.2 Android客户端的实现 15

4.2.1 软件开发平台 15

4.2.2 Android 客户端界面设计 16

4.2.3 Adroid客户端程序设计 16

4.3 本章小结 17

第5章 系统的测试与分析 18

5.1 温度数据采集卡的功能测试分析 18

5.1.1 温度数据采集功能测试 18

5.1.2 温度数据发送功能测试 19

5.2 客户端功能测试分析 21

5.3 小结 22

第 6 章 总结 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 研究现状

在第二次工业革命过后，世界工业水平飞速提高，而随着工业水平的提高，人们对工业制造的产品的精度要求越来越严格，而在所有影响机械产品精度的因素中，主要有机械振动，机械形变，热误差等等。本次研究就是针对热误差对机械精度的影响，热误差是指由于机床各部件在生产过程中的热变形导致的刀具与工件之间的相对位移而导致的误差。热误差严重影响对精度要求高的工业产品，会严重降低机械工作的效率和生产成本，而且加工生产出来的产品质量会得不到保证。而随着现代工业水平的不断进步，我们的工业水平也越来越高，这些对工业生产会产生不利影响的因素，随着全世界工业水平的不断进步以及一步一步得到了解决，机械振动机械形变已经得到了一定程度的解决，所以本次研究的目的就是为了减少热误差对工业水平进步的限制。本次研究针对的对象是数控机床，由于设备以及技术限制，本次研究只对数控机床的主轴进行温度的远程监控。通过对数控机床主轴的温度信息进行采集和发送，实现在远端监测数控机床主轴温度的目的，以便相关工作人员能够及时发现并处理温度异常情况，减少生产成本，增加数控机床工作的效率和成品率，使生产的产品能够符合国内或者国际的标准，少走弯路，推动工业水平的进步。

在第三次工业革命中，出现了Intenet技术，以前人们对这个单词还很陌生，然而就在短短的几十年里，互联网技术超高速发展了起来，互联网已经走进了大部分人的生活，我们的生活处处都充斥着它的影子，比如电脑，手机，移动支付，共享单车，这些都是互联网技术发展过来的成果，可以说互联网技术极大的丰富和方便了我们的生活和工作，人们的工作效率和工作方式得到了很大的改善。所以本次也研究利用了互联网技术来设计我们的温度监测系统。我们可以利用现如今先进的无线通信技术，实现远程监测的目的，这样一来工作人员可以不在被限制在工作现场，而是可以通过远程通信技术，将需要监控的数据，远程发送到工作人员手中，极大的改善良了工作的方式和工作的效率。其实，这种远程监测系统早已经在我国得到了实现甚至是普及，例如山东青岛的无人全自动码头，就是利用无线通信技术，对码头的环境进行远程监控并通过机械手臂进行远程的控制^[1]。

本次设计的内容为基于STM32嵌入式和安卓客户端的温度远程监测系统。为什么选择android系统呢？那是因为随着Windows Phone等手机系统的逐渐衰退，现在在全球范围内，Android系统和iOS系统一跃成为智能手机市场上唯一的两个最活跃的操作系统，尤其是Android系统。在Kantar Worldpanel的最新市场研究显示，Android操作系统在三个月内已经达到76％的全球份额，直到四月底，几乎达到80％。为了满足市场需求，使我们设计的产品能够有更加大的市场，能够得到普及，所以我们采用安卓系统为我们本次设计的客户端。本次设计通过STM32系列单片机远程传输数据到Android手机上，从而达到在Android客户端上远程接受到信息实现远程监测的目的^[2]。

1.2 数控机床的概况

本次设计的对象是数控机床。由于技术水平、设计时间和环境条件水平限制，本次设计以武汉的一家ZK550机床为研究对象，如下图1.1所示，由于本次设计是为了减小热误差对工业生产的精确度的影响，而主轴温度的变化对数控机床的精确度影响最为严重，所以本次设计只对该机床的主轴进行温度的远程监控。

图 1.1 ZK5540 数控机床的实物图

要想对该机床的主轴温度实现远程监控的目的，我们第一步首先的采集到这款机床主轴的温度，这就需要用到温度传感器，它能将温度信息转化为计算机能读懂的数据，因此，第一步我们先进性温度传感器的选择和布点，本次我们采用的是DS18B20温度数据传感器，它是一种数字传感器。在布点方式上，采用正面、侧面和底面的全方位布点，具体布点方式为：主轴正面布置3个通道，8个温度传感器/通道；侧面布置3个通道，8个温度传感器/通道；主轴底面布置一个通道，8个温度传感器/通道。如下表1.1所示。本次社会及共计用了52个DS18B20温度传感器，这52个温度传感器能够对数控机床的主轴温度进行全方位的温度数据采集^[3]。

表1.1数控机床S18B20布置表

1.3 远程监测系统概况

本次设计的内容为温度远程监测系统。这个系统是以数控机床的主轴为检测对象，利用DS18B10温度传感器采集温度信息，用STM32单片机读取温度传感器数据，并通过该款单片机的WIFI模块实现无线通信，设计通信协议，在安卓客户端接受数据并从数据中分离出我们所需要的温度信息并在客户端界面显示，这样我们就完成了整个温度远程监测系统的设计。本次设计的温度远程监测系统的总体结构框图如下图1.2：

图1.2 远程监测系统的总体结构框图

1.4 研究内容与章节安排

本文设计的数控机床远程监测系统研究内容与章节安排如下：

第 1 章：绪论，介绍目前该领域的现状，以及本次设计的基本概况

第 2 章：系统的总体设计方案，通过对系统所需要的功能进行分析，设计系统的基本结构。

第 3 章：基于嵌入式微处理器的温度数据采集卡的设计，包括DS18B20的介绍和使用，数据发送方案的设计以及数据采集卡的硬件设计和软件设计。

第 4 章：设计了本次远程检测系统的通信协议，包括该协议的传输层和应用层的软件设计，该通信系统的服务器和客户端的设计。

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