基于ZigBee与SQL Server的焊机远程监控系统

摘要

焊接是制造业中一种传统的加工工艺，其地位极为重要。随着大数据时代的来临，制造业有了信息化、智能化的需求，焊接作为制造业的重要工艺，其实现信息化对制造业的发展有着深远的意义。本文结合企业需求，开发了基于ZigBee与SQL Server的焊机远程监控系统，实现对焊机、焊接过程的远程宏观监控，多平台、信息化监控。为企业监督焊接生产、管理设备提供依据。 选取CC2530通信模块，基于ZigBee协议栈，设计了网状网络结构的车间数据传输网络。同时，结合CC2530与ESP8266通信模块，开发了现场网关，实现ZigBee网络中数据与Internet中数据进行交互。以STM32单片机为控制核心，通过传感器的选型，信号调理电路、焊机控制电路的设计以及单片机程序的编写，开发完成采集控制终端并建立以现场网关为网络核心的现场采集控制系统。 以SQL Server2014作数据库服务器，完成数据库的概念模型设计、逻辑结构设计，建立焊机监控系统数据库。采用LabVIEW开发应用服务器，设计了以状态机+多线程为框架的应用程序结构，并开发数据接收与处理模块、客户端请求响应模块等，实现数据接收、处理与存储。同时，建立焊机能耗与利用率统计数学模型，实现使用梯形积分法计算焊机能耗。 采用LabVIEW开发PC监控客户端软件，进行UI设计与程序设计。设计了多线程程序框架，在此基础上运用公式节点、子Vi调用等技术实现焊机总览监控、焊机分布地图、焊接生产数据分析等功能。采用E4A安卓程序开发工具进行UI设计与程序设计，开发了具有精简功能的Android监控客户端软件，实现随时随地监控焊接现场、查询历史数据。 为验证系统功能，搭建系统测试环境，对焊机监控系统进行黑盒测试。采用TIG焊远程监控试验对焊机监控系统软硬件进行通信测试、稳定性测试、功能测试，测试结果表明所开发焊机监控系统满足设计需求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 焊机监控技术发展现状

1.2.1 焊机现场监控

1.2.2 焊机远程网络监控

1.2.3 移动互联监控

1.3 本课题主要研究内容

第2章 系统总体设计

2.1 引言

2.2 系统需求分析

2.3 系统总体方案设计

2.3.1 三层C/S架构

2.3.2 系统总体框架

2.3.3 现场采集控制系统方案设计

2.3.4 数据服务中心方案设计

2.3.5 用户监控客户端方案设计

2.4 系统的开发环境

2.4.1 数据库管理系统

2.4.2 LabVIEW程序开发环境

2.4.3 E4A安卓程序开发环境

2.5 本章小结

第3章 现场采集控制系统的设计与实现

3.1 引言

3.2 ZigBee组网设计

3.2.1 CC2530通信模块

3.2.2 车间ZigBee组网

3.2.3 现场网关设计与实现

3.3 采集控制终端的设计与实现

3.3.1 数据采样理论设计

3.3.2 单片机与传感器

3.3.3 信号采集调理电路

3.3.4 焊机开关控制电路

3.3.5 无线通信模块

3.3.6 采集控制终端实现

3.4 采集控制终端程序设计

3.4.1 程序运行逻辑

3.4.2 模拟信号A/D转换程序

3.4.3 串口通信程序

3.4.4 焊机开关控制程序

3.5 本章小结

第4章 数据服务中心设计与开发

4.1 引言

4.2 数据库的设计

4.2.1 数据库概念模型设计

4.2.2 数据库的逻辑结构设计

4.2.3 数据库访问

4.3 应用服务器的设计与开发

4.3.1 应用服务器框架设计

4.3.2 服务器客户端通信模块

4.3.3 焊接生产数据处理与存储模块

4.3.4 客户端请求响应模块

4.4 焊机能耗与利用率统计

4.4.1 焊机能耗与利用率统计数学模型

4.4.2 梯形积分法计算焊机使用能耗

4.4.3 程序实现

4.5 本章小结

第5章 用户监控客户端的设计与开发

5.1 引言

5.2 PC监控客户端设计与开发

5.2.1 PC监控客户端总体设计

5.2.2 焊机总览监控

5.2.3 焊机分布地图

5.2.4 焊接生产数据查询

5.2.5 焊机能耗与利用率显示

5.3 焊接过程参数分析功能设计与开发

5.3.1 数据统计分析模块

5.3.2 软件滤波与波形回放模块

5.3.3 导数分析模块

5.3.4 U-I相图分析模块

5.4 Android监控客户端设计与开发

5.4.1 Android监控客户端总体设计

5.4.2 焊机分布显示

5.4.3 历史数据查询

5.4.4 焊机状态监控

5.4.5 报警记录查询

5.5 本章小结

第6章 系统测试与分析

6.1 引言

6.2 系统测试环境

（1）模拟车间焊机监控测试环境

（2）系统软件部分测试环境

6.3 焊机监控系统测试

6.3.1 现场采集控制系统测试

6.3.2 数据服务中心功能测试

6.3.3 PC监控客户端功能测试

6.3.4 Android监控客户端功能测试

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢