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CN105335316A - 一种基于云计算的电机装配线串口服务器 - Google Patents

一种基于云计算的电机装配线串口服务器 Download PDF

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CN105335316A
CN105335316A CN201510808750.6A CN201510808750A CN105335316A CN 105335316 A CN105335316 A CN 105335316A CN 201510808750 A CN201510808750 A CN 201510808750A CN 105335316 A CN105335316 A CN 105335316A
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朱正伟
张南
钱露
周谢益
宋文浩
黄晓竹
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Huaide College of Changzhou University
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Huaide College of Changzhou University
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Abstract

本发明涉及一种基于云计算的电机装配线串口服务器，包括处理器模块、通讯模块、串口模块以及显示交互模块；各模块上电或接入网络后，根据出厂写入的云服务器独立IP及约定的放开端口自主连接服务器并上传本机码作为登录验证，验证通过口即可开始向云服务器传输数据，主控终端开始收集这些实时数据或接收以前存储在云服务器中的数据。本发明采用云服器作为多个串口采集器的汇总终端，负责终端的登录验证、数据存储、调用和分析；支持有线或者无线网络的接入方式，采用通用的协议及相关无线协议将串口设备的数据协同发送到云服务器上；自动登录到云服务器，并完成登录验证，不同于传统的嵌入式设备的联网，需要繁琐的设置，可以做到即插即用。

Description

一种基于云计算的电机装配线串口服务器
技术领域
本发明涉及基于物联网电机装配设备和工业控制等技术领域，尤其涉及一种基于云计算的电机装配线串口服务器。
背景技术
世界电机加工制造正逐步向我国转移，目前我国已经成为电机制造的生产大国和出口大国。但我国还不是电机制造强国，世界著名电工设备制造企业目前已经实现了电机的全自动装配。目前国内的全自动电机装配线大多处于研发阶段，但是存在功能相对简单、装配过程实时监控能力弱、报警系统不完善和信息通信不及时等问题。目前现有的电机装配线主要注重电机装配过程中基本功能的实现，普遍缺乏对整条电机装配线的实时监测与控制，对装配线的数据采集不准确、不及时、不全面，难以对装配关键环节和过程进行动态监控和管理。针对这样的现状，提出了一种基于云计算的电机装配线数据采集服务器的设计。
电机装配线有多种多样的传感设备，这些设备具有不同协议的串行通信接口，如RS485，RS232，RS422等等，在智能化电机装配系统中，要求这些设备最终可以通过网络集中链接起来，基于云计算的串口服务器就是这些串口通信设备和互联网交换数据的设备。串口服务器采用Cortex-A9框架的华为海思Hi3515芯片，该芯片基于Linux2.6.24，提供SDK开发包。设备支持有线或者无线网络的接入方式，采用通用的TCP/IP协议及相关无线协议将串口设备的数据协同发送到云服务器上。设备接入或者上电时，自动登录到云服务器，并完成登录验证，不同于传统的嵌入式设备的联网，需要繁琐的设置，可以做到即插即用，也是设计的亮点之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种基于云计算的电机装配线串口服务器。
本发明所采用的技术方案为：一种基于云计算的电机装配线串口服务器，其特征在于：包括处理器模块、通讯模块、串口模块以及显示交互模块；
处理器模块，为串口服务器的微处理器，支持多路UART异步串行全双工输出，具有以太网控制器和MII(MediaIndependentInterface)接口、多个外设接口和多个调试端口；处理器模块使用Cortex-A9架构的华为海思Hi3515作为串口服务器的微处理器，主频达到400MHZ，包含基于Linux2.6.24的SDK开发包；所述的外设接口包括SATA接口、SDIO接口、SPI接口、UART接口以及USB接口；所述的调试端口包括SDRAM端口、NANDFLASH端口和JTAG端口。
通讯模块，用于从云服务器上接收数据或者是串口服务发送数据，将帧数据转换为以太网报文后从进行接收或者发送；通讯模块包括以太网通讯模块和无线WIFI模块；所述的太网通讯模块包括高速网口控制芯片DM9161A和隔离网络变压器11FB-05NL，提供10/100M的有线以太网传输功能；所述的无线WIFI模块采用ESP8266模块，内置LWIP协议，通过异步串行接口连接微处理器，并集成TCP/IP工具箱，可通过AT指令控制传输。
串口模块，完成串口的多路拓展和串口的类型匹配；串口模块使用ST16C554作为串口拓展芯片，配合LC4064VCPLD芯片设计的逻辑电路，将一路串口拓展为4路，配合微处理器的4路异步串行接口，最多可拓展16路串口；串口模块还包括电平转换芯片和隔离电路，实现RS232，RS485或者RS422的连接。
显示交互模块，用于显示服务器状态；交互模块包括LED显示模块，分别指示电源状态，联网状态，传输状态和错误指示。
上述各模块上电或接入网络后，根据出厂写入的云服务器独立IP及约定的放开端口自主连接服务器并上传本机码作为登录验证，验证通过口即可开始向云服务器传输数据，主控终端开始收集这些实时数据或接收以前存储在云服务器中的数据。
本发明的有益效果是：采用云服器作为多个串口采集器的汇总终端，负责终端的登录验证、数据存储、调用和分析；支持有线或者无线网络的接入方式，采用通用的TCP/IP协议及相关无线协议将串口设备的数据协同发送到云服务器上；设备接入或者上电时，自动登录到云服务器，并完成登录验证，不同于传统的嵌入式设备的联网，需要繁琐的设置，可以做到即插即用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的系统原理框图；
图2是本发明的通信示意图；
图3是本发明的数据帧格式说明；
图4是本发明的方法流程图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，基于云计算的电机装配线串口服务器主要包含处理器模块、通讯模块、串口模块以及显示交互模块。
本实施例使用Cortex-A9架构的微处理器，利用基于Linux2.6.24的SDK包开发应用软件。云计算服务商为阿里云，云服务器配置为Linux操作系统。模块上电或接入网络后，根据出厂写入的云服务器独立IP及约定的放开端口自主连接服务器并上传本机码作为登录验证，验证通过口即可开始向云服务器传输数据，主控终端即可开始收集这些实时数据，当然，也可以接收以前存储在云服务器中的数据。这些数据可以为智能装配系统提供实时有效的检测数据，以提供智能控制策略。
处理器模块中，使用Cortex-A9架构的华为海思Hi3515作为串口服务器的微处理器，主频达到400MHZ，包含基于Linux2.6.24的SDK开发包，并且支持多路UART异步串行全双工输出，具有以太网控制器和MII(MediaIndependentInterface)接口。除此之外，Hi3515集成丰富的外设接口(SATA/SDIO/SPI/UART/USB)，足以应对嵌入式开发需求。此外模块还包含一些嵌入式系统的基础外设，有RTC时钟，SDRAM,NANDFLASH和JTAG调试端口。
通讯模块中，主要包含以太网通讯模块和Wifi通讯模块。通讯模块是网络传输的基础部分，无论是从云服务器上接收数据或者是串口服务发送数据，都需要将帧数据转换为以太网报文后从通讯模块接收或者发送。
(1)以太网通讯模块。主要由高速网口控制芯片DM9161A和隔离网络变压器11FB-05NL组成，提供10/100M的有线以太网传输功能。
(2)无线WIFI模块。采用成本低性能高的ESP8266模块，内置LWIP协议，可通过异步串行接口连接微处理器，并集成TCP/IP工具箱，可通过AT指令控制传输。
串口模块中，主要完成了串口的多路拓展和串口的类型匹配。主要使用ST16C554作为串口拓展芯片，配合LC4064VCPLD芯片设计的逻辑电路(完成多路中断识别)，可以将一路串口拓展为4路，配合微处理器的4路异步串行接口，最多可拓展16路串口。再根据需要，添加电平转换芯片和隔离电路，实现RS232，RS485或者RS422的连接。
交互模块中，主要是4路用于显示服务器状态的三色LED，分别指示电源状态，联网状态，传输状态和错误指示。
具体步骤如下：
步骤1，linux操作系统移植。主要包含Bootloader,文件系统，linux内核，应用程序等4个部分的移植。其中华为海思提供了Hi3515的基于Linux2.6.24的SDK，包含必要外设的驱动。根据需要，裁剪linux内核，修改系统文件(主要修改config.h，setup.c等，声明一些外设及内存块数据)，制作内核镜像，制作文件系统(yaffs2)，最后通过JTAG下载到Nandflash。
步骤2，TCP/IP协议栈的移植。考虑到处理器能力及软件轻量性，设计采用小型TCP/IP的开源的LWIP协议栈。LWIP可以在裸机运行也可以在linux下运行。由于LWIP模块化的设计，只需修改几个函数使之与linux系统和硬件接口联系起来。修改ethernerif_init()函数，设置协议栈与系统底层的关联，设置工作方式，并对网络模块的初始化。low_level_output()及low_level_input()函数使以太网数据包解析成LWIP可以识别的数据结构。
步骤3，租用云服务器，从阿里云服务页面获取云服务器的独立IP地址及64位连接密码，在本地终端linux系统使用root命令+IP地址连接远程服务器，添加密码(或者在云服务页面添加本地终端的机器码)，使用yum命令安装好必要的支持包及FTP服务(Vsftp)。最后上传串口服务器的云端应用程序到服务器，并调试运行。
步骤4，将电机装备线上的检测设备通过RS232或者RS485接口连接到串口服务器，连接上网线或者通过WIFI连接无线网络，上电后串口服务器会自动通过LWIP协议上传本机码及登录密码给云服务器的8045端口，端口监测到数据后比对数据库，完成登录验证操作。整个过程不需要工作人员设置复杂的IP端口，掩码等等繁琐的数据，均由串口服务器自动操作，由云服务器完成验证操作。
步骤5，串口服务器会工作于一个固定时间的循环中，每个循环周期会一次轮询各个串口，以此发送询问指令，串口设备判忙后传输自己的一帧数据。以此类推，完成对各个串口的轮询。每次轮询会有一个定时器检测，若在检测时间内没有收到该串口的信息，则该串口的数据帧写0填充。判断全0为无效帧，标记该串口为ERROR状态。串口服务器完成一次循环后将数据帧打包成以太网数据包，发送给云服务器接收保存。
步骤6，控制端可以通过连接云服务器，从数据库实时获取串口服务器传输的数据，从云服务器上实时取出数据包，经过解析就可以得出所需的设备数据，提供给智能电机装备调度系统作为重要参数，做出下一步的策略。至此，整个传输过程完成。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (5)

1.一种基于云计算的电机装配线串口服务器，其特征在于：包括处理器模块、通讯模块、串口模块以及显示交互模块；
处理器模块，为串口服务器的微处理器，支持多路UART异步串行全双工输出，具有以太网控制器和MII(MediaIndependentInterface)接口、多个外设接口和多个调试端口；
通讯模块，用于从云服务器上接收数据或者是串口服务发送数据，将帧数据转换为以太网报文后从进行接收或者发送；
串口模块，完成串口的多路拓展和串口的类型匹配；
显示交互模块，用于显示服务器状态；
上述各模块上电或接入网络后，根据出厂写入的云服务器独立IP及约定的放开端口自主连接服务器并上传本机码作为登录验证，验证通过口即可开始向云服务器传输数据，主控终端开始收集这些实时数据或接收以前存储在云服务器中的数据。
2.如权利要求1所述的一种基于云计算的电机装配线串口服务器，其特征在于：所述的处理器模块使用Cortex-A9架构的华为海思Hi3515作为串口服务器的微处理器，主频达到400MHZ，包含基于Linux2.6.24的SDK开发包；所述的外设接口包括SATA接口、SDIO接口、SPI接口、UART接口以及USB接口；所述的调试端口包括SDRAM端口、NANDFLASH端口和JTAG端口。
3.如权利要求1所述的一种基于云计算的电机装配线串口服务器，其特征在于：所述的通讯模块包括以太网通讯模块和无线WIFI模块；所述的太网通讯模块包括高速网口控制芯片DM9161A和隔离网络变压器11FB-05NL，提供10/100M的有线以太网传输功能；所述的无线WIFI模块采用ESP8266模块，内置LWIP协议，通过异步串行接口连接微处理器，并集成TCP/IP工具箱，可通过AT指令控制传输。
4.如权利要求1所述的一种基于云计算的电机装配线串口服务器，其特征在于：所述的串口模块使用ST16C554作为串口拓展芯片，配合LC4064VCPLD芯片设计的逻辑电路，将一路串口拓展为4路，配合微处理器的4路异步串行接口，最多可拓展16路串口；串口模块还包括电平转换芯片和隔离电路，实现RS232，RS485或者RS422的连接。
5.如权利要求1所述的一种基于云计算的电机装配线串口服务器，其特征在于：所述的交互模块包括LED显示模块，分别指示电源状态，联网状态，传输状态和错误指示。
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