基于单片机的茧质智能测试控制系统设计与实现

任强胜,刘季平,黎 钢,段春稳,陈伍彪

(1.四川省丝绸科学研究院,四川 成都610031;2.四川省丝绸工程技术研究中心,四川 成都610031)

现有“SR茧质智能测试机”是四川省丝绸科学研究院(原四川省丝绸工业研究所)于2005年研制开发的智能型测试机[1]。该机通过专用电缆连接到智能装置主机,采用有线传输方式进行数据采集、传输。通过专业定制的主机来实现数据的键盘录入、处理及打印报告功能,其携带、操作、维护不便,无法对测试到的大量数据进行系统性的归纳、综合分析。便携式智能化无线信息传输设备已经在各行业广泛应用,因此利用智能手机APP技术及无线传输技术,对SR茧质智能测试机控制系统进行升级改造,才能适应信息技术发展需要,更好地为缫丝企业服务。

现今便携式智能设备向着信息化、智能化方面发展,无纸化数据存储及无线传输成为主要的工作方式。有线传输将被无线方式所取代,无线数据传输有着成本低、可靠性高、维护方便、应用灵活等一系列有线传输无法比拟的优点。同时将交互技术应用于传统缫丝企业,提升了操作过程可视化及易用性,降低操作复杂度。

升级改造茧质智能测试机控制系统,将智能手机APP技术应用于传统企业,利用无线网络、数据云备份与查询可长期保存缫丝厂测试数据,具有随身易带、易用,便于操作、稳定,工作效率高,参数可调等优点。对茧质测试进行数据分类、归档、存储,改变现有设备的数据采集、传输、存储方式,将有助于提高茧质测试的管理水平和质量保证能力,对推动茧质测试技术进步具有非常积极的意义。

1 系统功能

测试机的控制系统具有数据采集、数据传输、数据计算、数据分析等功能。数据采集通过传感器采集测试机上各种数据状态,再进行数据初步计算,最后将计算后的数据以无线方式传输到智能设备,智能设备对数据进行计算、分析,完成对蚕茧质量的测试。

根据测试机功能需求,本系统设计了硬件数据采集部件和智能手机应用软件两部分。其中数据采集部件完成数据采集、存储、发送等功能,通过传感器采集数据,再将实时采集及计算完成的数据保存于SRA M中,防止在测试过程中由于电力故障或者操作失误导致设备中途突然断电造成的数据丢失。在测试结束后,智能手机应用软件接收数据采集部件所发出的数据,在手机中输入茧站名称、样号、类别、定粒数、供茧粒数、上车茧、样茧、供试茧重量等其他数据生成最终报告。

应用软件是基于安卓手机平台,采用JAVA语言开发适合于茧质测试的专用软件,可对生成的最终报告进行分析,得出样茧的各项指标,为后期的缫丝生产提供重要的质量测试报告。

1.1 总体构架

SR茧质智能测试机智能控制系统由硬件数据采集部件和手机APP两部分构成。传感器采集数据至ST M32单片机。硬件数据采集部件与智能手机终端通过GSM/GPRS模块进行数据发送和接收(图1)。

1.2 系统工作流程

安装在茧质智能测试机上的传感器采集测试数据,控制系统对所采集的原始数据进行初步运算处理后,发送给智能手机。智能手机APP接收数据采集部件所发送的所测蚕茧试样相关数据并进行计算分析。同时茧质智能测试机数据采集部件具备保证意外停电时,采集的数据不丢失。

图1 系统构架

测试人员启动智能手机上的茧质测试APP软件,通过输入相关数据处理,同时形成的检测报告可保存在本地手机和云端上,可在手机APP上采用多种方式查询检测报告。

2 控制系统设计

2.1 硬件(数据采集与发射)

系统硬件主要由电源模块、CPU模块、Flash存储模块、通信GSM/GPRS模块、I/O接口和液晶显示模块等组成。主要负责数据采集与发射,系统的各模块控制电路如图2所示。

图2 系统模块控制电路

(1)电源模块采用NR25直流电源模块将输入220 V交流电转换成直流24 V,再通过DC-DC降压电源芯片MP2303给GSM/GPRS模块等供4 V电源。同时在电路中加入7805稳压电路输出12、5、3.3 V直流电,供其他模块使用。

(2)系统采用ARM公司的ST M32F103RBT6型单片机为CPU控制核心。ST M32是高性能、低功耗的32位ARM微控制器,工作频率可达16 MHz,具有512 K字节系统内可编程Flash,多达16个输入通道,能保证同时多路传感器的数据采集、处理。

(3)存储芯片选用的是W25 Q Flash芯片,该芯片是一种低功耗的可编程存储器,擦写周期多达10万次,可将采集数据保存达20年之久。支持2.7～3.6 V的电压,支持标准的SPI,还支持双输出/四输出的SPI。能很好实现ST M32与该芯片的数据存储,保证断电数据不丢失。

(4)通信GSM/GPRS模块使用安信可科技公司最新推出的GSM-A6透传模块。该模块是一款GPRS数据传输核心模块[2],只要有移动3G/4G信号的地方,就能通过GSM-A6模块实现数据传输,测试操作者按照操作步骤完成茧质数据测试。其操作状态转换图如图3所示。

图3 状态转换图

通过管理员授权GSM-A6的3G/4G网络向智能手机终端茧质测试APP软件传输数据,茧质测试APP软件自动抓取信息数据。现场测试完后,运行茧质测试APP软件就能接收到测试结果。

2.2 软件设计(数据处理与分析)

2.2.1 开发环境选择

测试机APP软件主要运行于Android平台,通过Java语言实现各种功能。开发软件主要采用andr oid studio 2.3版本作为开发工具,构建URI的统一视图,运行按钮提供更直观和可靠地实现UI控件、数据库等之间统一协调[3]。

2.2.2 数据库设计

Android Studio SQLite数据库SQLite是一款轻量级的关系型数据库,运行速度很快,占用资源少[4]。本系统后台数据库采用SQLite作为数据存储,主要建立用户信息表、数据录入1表(茧站编号、样号、季别、干鲜茧类别、粒茧丝长、解舒丝长、解舒率、上车茧率)等数据,数据录入2表(生丝干量、吊糙次数、长吐干量、蛹衣干量、全茧量、茧层量、剥蛹衬粒数)等数据。这些数据主要通过用户录入后生成数据报告“干茧出丝率、毛茧出丝率、光折、毛折、茧丝长、茧丝纤度(旦)、茧丝纤度(分特)”等重要数据。生成的数据报告存储于手机或云端方便后期的查询、分析工作。

2.2.3 用户界面(UI)设计

茧质测试APP软件主要包括用户登录界面、服务界面、录入界面、录入2界面、查询界面组成。能清晰直观地显示不同时间、批次的详细测试数据报告。

当测试操作者开启软件时程序首先去sqlite库中查询是否已经保存有使用过的User ID号,如果存就直接进入茧质测试界面,反之则弹出用户登录提示,也可在服务界面修改密码,更换手机号和服务号。用户登录与服务界面如图4所示。

图4 用户登录与服务界面

数据录入分为2次数据录入,即生丝烘干前和烘干后的相关数据。录入模块主要接收来自数据采集部件的GSM/GPRS模块所发送的各种数据,同时手工录入其他数据,如茧站名称、样号、定粒数、上车茧重量等。由于每次测试完毕,生丝还需要烘干、称重、第二次数据录入。录入完成后,通过计算生成最终测试报告,如图5所示。

2.2.4 软件功能

首次启动设备,设备控制面板的LED数码管会全9显示用作提示用户,此时用管理员手机给设备发送相关指令进行注册。授权管理员和普通用户,可实现管理员与普通用户之间的添加、删除读取、继承的操作。

图5 录入模块及查询

通过茧质测试APP软件系统可以计算出茧丝总长、解舒率、干/鲜毛茧出丝率、万米吊糙、解舒光折、预计(实缫)光折等数据[5]。

测试报告可以导出后直接打印或者以“备份时间+数据”形式导出到EXCEL数据表进行数据分析,同时也可保存到云端存储或分享给管理者。

2.3 软件与硬件数据交换及意外故障处理

系统具备远程控制功能。管理员可以在任何地方通过手机APP发送指令就可以调取存放于数据采集板上的历史数据,同时也可以通过指令获取系统设备状态。

茧质智能测试机意外停电时,数据采集部件具有断电保护功能,保证采集的数据断电不丢失,来电时可以继续当前测试。

系统具备管理员手机出现故障或离开生产企业,系统有复位清零功能,可以重启测试机数据,采集发射部件清空先前全部管理数据;管理人员变动时,手机APP向测试机数据采集发射部件发送指令,变换管理员手机号。

网络出现异常时,手机APP向测试机数据采集发射部件发送指令,要求重新发送指定数据。

3 结语

将无线通信方式、手机茧质测试应用软件融入到SR茧质智能测试机,使设备的功能得到提升。手机进行数据操作简便,查询存储更加方便。

[1] 陈祥平,姚代芬,刘季平,等.SR型茧质智能测试机的设计与应用[J].四川丝绸,2006,(1):16-18.

[2] 伍连明,陈世元.基于GPRS的远程数据采集模块[J].现代电子技术,2009,(3):25-28.

[3] 沈爱涛,程 涛.基于Android平台的应用系统开发环境研究[J].计算机光盘软件与应,2013,(7):247.

[4] 马获蕾,汤海凤.Android系统中SQLite数据库的研究[J].电脑知识与技术,2013,(28):6 243-6 245.

[5] 成都纺织工业学校.制丝工艺学[M].北京:纺织工业出版社,1986.