基于單片機的繭質智能測試控制系統設計與實現

任強勝,劉季平,黎 鋼,段春穩,陳伍彪

(1.四川省絲綢科學研究院,四川 成都610031;2.四川省絲綢工程技術研究中心,四川 成都610031)

現有“SR繭質智能測試機”是四川省絲綢科學研究院(原四川省絲綢工業研究所)于2005年研制開發的智能型測試機[1]。該機通過專用電纜連接到智能裝置主機,采用有線傳輸方式進行數據采集、傳輸。通過專業定制的主機來實現數據的鍵盤錄入、處理及打印報告功能,其攜帶、操作、維護不便,無法對測試到的大量數據進行系統性的歸納、綜合分析。便攜式智能化無線信息傳輸設備已經在各行業廣泛應用,因此利用智能手機APP技術及無線傳輸技術,對SR繭質智能測試機控制系統進行升級改造,才能適應信息技術發展需要,更好地為繅絲企業服務。

現今便攜式智能設備向著信息化、智能化方面發展,無紙化數據存儲及無線傳輸成為主要的工作方式。有線傳輸將被無線方式所取代,無線數據傳輸有著成本低、可靠性高、維護方便、應用靈活等一系列有線傳輸無法比擬的優點。同時將交互技術應用于傳統繅絲企業,提升了操作過程可視化及易用性,降低操作復雜度。

升級改造繭質智能測試機控制系統,將智能手機APP技術應用于傳統企業,利用無線網絡、數據云備份與查詢可長期保存繅絲廠測試數據,具有隨身易帶、易用,便于操作、穩定,工作效率高,參數可調等優點。對繭質測試進行數據分類、歸檔、存儲,改變現有設備的數據采集、傳輸、存儲方式,將有助于提高繭質測試的管理水平和質量保證能力,對推動繭質測試技術進步具有非常積極的意義。

1 系統功能

測試機的控制系統具有數據采集、數據傳輸、數據計算、數據分析等功能。數據采集通過傳感器采集測試機上各種數據狀態,再進行數據初步計算,最后將計算后的數據以無線方式傳輸到智能設備,智能設備對數據進行計算、分析,完成對蠶繭質量的測試。

根據測試機功能需求,本系統設計了硬件數據采集部件和智能手機應用軟件兩部分。其中數據采集部件完成數據采集、存儲、發送等功能,通過傳感器采集數據,再將實時采集及計算完成的數據保存于SRA M中,防止在測試過程中由于電力故障或者操作失誤導致設備中途突然斷電造成的數據丟失。在測試結束后,智能手機應用軟件接收數據采集部件所發出的數據,在手機中輸入繭站名稱、樣號、類別、定粒數、供繭粒數、上車繭、樣繭、供試繭重量等其他數據生成最終報告。

應用軟件是基于安卓手機平臺,采用JAVA語言開發適合于繭質測試的專用軟件,可對生成的最終報告進行分析,得出樣繭的各項指標,為后期的繅絲生產提供重要的質量測試報告。

1.1 總體構架

SR繭質智能測試機智能控制系統由硬件數據采集部件和手機APP兩部分構成。傳感器采集數據至ST M32單片機。硬件數據采集部件與智能手機終端通過GSM/GPRS模塊進行數據發送和接收(圖1)。

1.2 系統工作流程

安裝在繭質智能測試機上的傳感器采集測試數據,控制系統對所采集的原始數據進行初步運算處理后,發送給智能手機。智能手機APP接收數據采集部件所發送的所測蠶繭試樣相關數據并進行計算分析。同時繭質智能測試機數據采集部件具備保證意外停電時,采集的數據不丟失。

圖1 系統構架

測試人員啟動智能手機上的繭質測試APP軟件,通過輸入相關數據處理,同時形成的檢測報告可保存在本地手機和云端上,可在手機APP上采用多種方式查詢檢測報告。

2 控制系統設計

2.1 硬件(數據采集與發射)

系統硬件主要由電源模塊、CPU模塊、Flash存儲模塊、通信GSM/GPRS模塊、I/O接口和液晶顯示模塊等組成。主要負責數據采集與發射,系統的各模塊控制電路如圖2所示。

圖2 系統模塊控制電路

(1)電源模塊采用NR25直流電源模塊將輸入220 V交流電轉換成直流24 V,再通過DC-DC降壓電源芯片MP2303給GSM/GPRS模塊等供4 V電源。同時在電路中加入7805穩壓電路輸出12、5、3.3 V直流電,供其他模塊使用。

(2)系統采用ARM公司的ST M32F103RBT6型單片機為CPU控制核心。ST M32是高性能、低功耗的32位ARM微控制器,工作頻率可達16 MHz,具有512 K字節系統內可編程Flash,多達16個輸入通道,能保證同時多路傳感器的數據采集、處理。

(3)存儲芯片選用的是W25 Q Flash芯片,該芯片是一種低功耗的可編程存儲器,擦寫周期多達10萬次,可將采集數據保存達20年之久。支持2.7～3.6 V的電壓,支持標準的SPI,還支持雙輸出/四輸出的SPI。能很好實現ST M32與該芯片的數據存儲,保證斷電數據不丟失。

(4)通信GSM/GPRS模塊使用安信可科技公司最新推出的GSM-A6透傳模塊。該模塊是一款GPRS數據傳輸核心模塊[2],只要有移動3G/4G信號的地方,就能通過GSM-A6模塊實現數據傳輸,測試操作者按照操作步驟完成繭質數據測試。其操作狀態轉換圖如圖3所示。

圖3 狀態轉換圖

通過管理員授權GSM-A6的3G/4G網絡向智能手機終端繭質測試APP軟件傳輸數據,繭質測試APP軟件自動抓取信息數據。現場測試完后,運行繭質測試APP軟件就能接收到測試結果。

2.2 軟件設計(數據處理與分析)

2.2.1 開發環境選擇

測試機APP軟件主要運行于Android平臺,通過Java語言實現各種功能。開發軟件主要采用andr oid studio 2.3版本作為開發工具,構建URI的統一視圖,運行按鈕提供更直觀和可靠地實現UI控件、數據庫等之間統一協調[3]。

2.2.2 數據庫設計

Android Studio SQLite數據庫SQLite是一款輕量級的關系型數據庫,運行速度很快,占用資源少[4]。本系統后臺數據庫采用SQLite作為數據存儲,主要建立用戶信息表、數據錄入1表(繭站編號、樣號、季別、干鮮繭類別、粒繭絲長、解舒絲長、解舒率、上車繭率)等數據,數據錄入2表(生絲干量、吊糙次數、長吐干量、蛹衣干量、全繭量、繭層量、剝蛹襯粒數)等數據。這些數據主要通過用戶錄入后生成數據報告“干繭出絲率、毛繭出絲率、光折、毛折、繭絲長、繭絲纖度(旦)、繭絲纖度(分特)”等重要數據。生成的數據報告存儲于手機或云端方便后期的查詢、分析工作。

2.2.3 用戶界面(UI)設計

繭質測試APP軟件主要包括用戶登錄界面、服務界面、錄入界面、錄入2界面、查詢界面組成。能清晰直觀地顯示不同時間、批次的詳細測試數據報告。

當測試操作者開啟軟件時程序首先去sqlite庫中查詢是否已經保存有使用過的User ID號,如果存就直接進入繭質測試界面,反之則彈出用戶登錄提示,也可在服務界面修改密碼,更換手機號和服務號。用戶登錄與服務界面如圖4所示。

圖4 用戶登錄與服務界面

數據錄入分為2次數據錄入,即生絲烘干前和烘干后的相關數據。錄入模塊主要接收來自數據采集部件的GSM/GPRS模塊所發送的各種數據,同時手工錄入其他數據,如繭站名稱、樣號、定粒數、上車繭重量等。由于每次測試完畢,生絲還需要烘干、稱重、第二次數據錄入。錄入完成后,通過計算生成最終測試報告,如圖5所示。

2.2.4 軟件功能

首次啟動設備,設備控制面板的LED數碼管會全9顯示用作提示用戶,此時用管理員手機給設備發送相關指令進行注冊。授權管理員和普通用戶,可實現管理員與普通用戶之間的添加、刪除讀取、繼承的操作。

圖5 錄入模塊及查詢

通過繭質測試APP軟件系統可以計算出繭絲總長、解舒率、干/鮮毛繭出絲率、萬米吊糙、解舒光折、預計(實繅)光折等數據[5]。

測試報告可以導出后直接打印或者以“備份時間+數據”形式導出到EXCEL數據表進行數據分析,同時也可保存到云端存儲或分享給管理者。

2.3 軟件與硬件數據交換及意外故障處理

系統具備遠程控制功能。管理員可以在任何地方通過手機APP發送指令就可以調取存放于數據采集板上的歷史數據,同時也可以通過指令獲取系統設備狀態。

繭質智能測試機意外停電時,數據采集部件具有斷電保護功能,保證采集的數據斷電不丟失,來電時可以繼續當前測試。

系統具備管理員手機出現故障或離開生產企業,系統有復位清零功能,可以重啟測試機數據,采集發射部件清空先前全部管理數據;管理人員變動時,手機APP向測試機數據采集發射部件發送指令,變換管理員手機號。

網絡出現異常時,手機APP向測試機數據采集發射部件發送指令,要求重新發送指定數據。

3 結語

將無線通信方式、手機繭質測試應用軟件融入到SR繭質智能測試機,使設備的功能得到提升。手機進行數據操作簡便,查詢存儲更加方便。

[1] 陳祥平,姚代芬,劉季平,等.SR型繭質智能測試機的設計與應用[J].四川絲綢,2006,(1):16-18.

[2] 伍連明,陳世元.基于GPRS的遠程數據采集模塊[J].現代電子技術,2009,(3):25-28.

[3] 沈愛濤,程 濤.基于Android平臺的應用系統開發環境研究[J].計算機光盤軟件與應,2013,(7):247.

[4] 馬獲蕾,湯海鳳.Android系統中SQLite數據庫的研究[J].電腦知識與技術,2013,(28):6 243-6 245.

[5] 成都紡織工業學校.制絲工藝學[M].北京:紡織工業出版社,1986.