基于网络总线的机器故障报检系统资料.docx

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基于网络总线的机器故障报检系统资料

《单片机与总线开发技术及实践》

设计报告

题目：

基于网络总线的机器故障报检系统

目录

绪论：

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设计题目：

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一、设计名称：

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二、设计目的：

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三、设计方案：

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四、设计原理：

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五、设计内容：

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七、设计实现：

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参考文献：

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心得：

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绪论：

随着微电子技术的发展，自动化水平的提高，嵌入式技术在人们生活的逐渐渗透，“物联网”已经不再是纸上谈兵了，其市场的需求量也逐渐增大，其应用领域也日趋广泛。

然而，对于物联网产品的性能也有了相对要求，本次课程设计题目是基于网络总线的机器故障检测系统，在本次课程设计中充分体现了嵌入式的特点。

本次课程设计主要用到的器件有：

光学识别串口扫码器，Stm32f103的主控芯片，触摸屏，交叉网线等；涉及的技术有:

串口传输技术，扫码器的光型号识别技术，屏幕显示及触摸技术，网络传输技术，串口菜单技术，SD卡存储技术等。

本人郑重申明此次课程设计纯属个人设计，绝对无盗用抄袭的成分。

2016年12月31日

设计题目：

基于网络总线的机器故障检测系统

基本要求：

本次课程设计是基于网络总线的机器故障检测系统，为了使实验更接近实际情况以及实验现象更显著，本次课程设计要求使用两块stm32开发板分别模拟机器故障申报端和服务器端。

当工作机器故障后，操作员需要使用条形码扫描枪获取故障机器的条形码编号，和操作员本身的员工编号，并且根据故障特征选择相应的故障类型，当确认无误后把这三个信息进行申报到服务器端，其传输技术需要使用网络技术，当服务器端接收到相应的申报信息后，将申报信息进行存储并且将派遣相应的故障维修人员对故障机器进行维修，维修完成后，维修人员也需要对维修信息进行申报，申报信息通过网络传到服务器后，服务器端将对申报信息进行存储。

背景

在当代社会，我相信依然是个发展生产力的时代，国家要发展，民族要强盛，都离不开生产力的推动。

并且现在工厂产线都在向自动化方向发展，网络是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的。

通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递。

网络通信是通过网络将各个孤立的设备进行连接，通过信息交换实现人与人，人与计算机，计算机与计算机之间的通信。

只有解决了这些通讯问题，我相信一个工厂的生产力会得到很大的提高，资源利用率更高。

基于这一现状，我组本次的设计是针对机器故障后不能得到及时修理，从而耽误工厂生产力这一现状设计了机器故障检测系统。

关键词：

数字链路层网络通讯、扫描枪、触摸屏显示、UCGUI界面、SD卡读写、STM32开发板、Keiluvision5软件

一、设计名称：

基于网络总线的机器故障报检系统

二、设计目的：

1、了解并熟练运用网络的通讯功能

2、了解扫描枪的使用

3、熟悉FAT文件系统的移植

4、了解SD卡的读写

4、了解并掌握触摸屏的界面设

三、设计方案：

面对这个题目首先是结合工业的当前现状，整体考虑了一下系统的完整性和实用性，接着是考虑了一下方案的可行性，最后确定方案如下所述：

由于工厂的生产线机器容易产生故障，从而导致工厂的整个生产进度受到影响，并且故障机器也不能及时修理。

并且处于人性化考虑我们还设计了显示屏模块，使得操作员更容易上手，并且解决了故障机器不能及时修理而耽误工厂生产进度带来的负面影响，使得生产更加自动化，智能化。

由于工厂的工作机器和操作员都有相应的编号以及条形码，为了容易或取故障机器信息我能这次设计选用了光学识别扫码枪，如果工作机器出现故障从而不能正常工作了，操作员只需要用每个机器上配置的扫码枪，扫描出故障机器的条形码以及自己的条形码，在上报的服务器端，服务器端会把上报信息进行相应的存储，当服务器工作人员收到操作员申报信息后，可立即派遣维修人员立即对故障机器进行维修，维修人员对故障机器进行维修完成后也可以把维修结果进行上报，从而服务器端工作人员可根据维修情况做相应的安排，我们组的设计解决了工厂因机器故障而耽误工厂生产进度这一现象。

四、设计原理：

1.交换局域网

交换局域网即交换式局域网。

传统的以太网中，在任意一个时刻网络中只能有一个站点发送数据，其他站点只可以接收信息，若想发送数据，只能退避等待。

因此，共享式以太网的固定带宽被网络上所有站点共享，随机占用，网络中的站点越多，每个站点平均可以使用的带宽就越窄，网络的响应速度就越慢。

交换式局域网的出现解决了这个问题。

2.扫码枪的扫码原理

根据条形码扫描枪的原理的不同，条形码扫描枪可以分为光笔、CCD、激光三种。

物体的颜色的不同，决定其反射光的类型也不同，白色物体能反射各种波长的可见光，黑色物体则吸收各种波长的可见光，所以当条形码扫描器光源发出的光在条形码上反射后，反射光照射到条形码扫描枪内部的光电转换器上，光电转换器根据强弱不同的反射光信号，转换成相应的电信号。

电信号输出到条形码扫描枪的放大电路增强信号之后，再送到整形电路将模拟信号转换成数字信号。

白条、黑条的宽度不同，相应的电信号持续时间长短也不同。

然后译码器通过测量脉冲数字电信号0,1的数目来辨别条和空的数目。

通过测量0,1信号持续的时间来辨条和空的宽度。

此时得到的数据依然是杂乱无章的，要知道条形码所包含的信息，则需要根据不同的码制对应的编码规则将条形码符号转化成相应的数字、字符信息。

最后，由计算机系统进行数据处理与管理，物品的详细信息便被识别了。

可见条形码扫描枪的扫描原理是根据反射关的不同，将光信号转化成电信号的过程，其中包括：

光电转换，模拟数字转换。

3.触摸屏

触摸屏（touchscreen）又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。

4.SD卡

SD卡总线采用的是单主多从结构，总线上所有卡共用时钟和电源线。

主机依次分别访问每个卡，每个卡的CID寄存器中已预编程了一个唯一的卡标识号，用来区分不同的卡。

并且其访问方式可以是SPI访问或SDIO访问。

五、设计内容：

1.界面的设计：

本次界面设计主要使用的是UCGUI系统设计，主要设计了下面四个界面：

1.通讯设计：

本次子机和服务器之间的通讯方式主要使用的是数字链路层的网络通讯方式，子机的发送方式采用的是按键发送，即如上界面的“确认申报”按钮，服务器接收采用了中断接收方式，即实现了随发即收的实时性要求；

2.存储设计：

本次设计采用的存储方式是SD卡存储，之所以采用SD卡存储方式，是因为SD卡具有存储容量大，使用简洁，使用寿命长等特点；

3.代码设计：

扫码器数据接收代码：

网络初始化及发送代码：

网络接收代码：

七、设计实现：

本次课程设计总体来说还是比较成功的，虽然和预想的结果有所出入，单也实现了相应的功能。

经过反复测试该系统还从在一些不足，我们这次设计中使用的通讯方式是数字链路层的网络通讯，并且只是点对点的通讯；我们的系统所使用的界面系统是UCGUI，该系统的稳定性还有些欠缺，系统有时会出现跑飞现象；子机给服务器上报信息时没有时间信息；以上几点是本次设计中所存在的问题，这些问题我组会想办法解决，我相信这些问题解决好的话我们的设计将是一款很实用的软件系统。

参考文献：

《enc28j60开发手册》

《UCGUI开发手册》

《STM32F10X中文开发手册》

《Cortex-M3开发技术及实践》

心得：

此次课程设计最大的收获不是我学习到了多少知识而是这几天实训给我们的感悟：

首先是心态。

必须要有一个用心的心态，独立解决问题的意识，培养扎实基础的认识。

不要什么东西都感觉简单（很多东西可能是看似简单）就不去做了或者不屑一做，以至于网上搜搜就够了，这样很不好。

有自我的东西有自我的付出才会有程序运行成功时的喜悦和小自豪，这样有助于培养自我的兴趣。

要时刻牢记态度决定一切。

其次是兴趣，感觉学习工作中兴趣很关键，这是一个引发人用心的问题，有了兴趣就自觉了，效率自然就高了。

再次要敢于尝试和挑战。

不要安于现成的程序，而且不要害怕失败，在程序调试的过程中这点尤为重要，“发现问题然后解决问题”是一个积累经验的过程，而且很高效。

最后要不懈追求。

对于源代码进行不断地完善，要尽可能的实现课题所要求的功能。

对于初学者或者开发较少的人来说。

超多大写程序还是有必要的，但同时要注意思考，理解其实现的内在好处。

还能够自我添加一些有好处的功能来实现。

当看到在我编写的程序正常运行时，兴趣也会随之而来，乐此不疲，构成一个良性循环。