手持終端通過紅外遙控數控機床的無線控制系統設計

【摘要】基于機械加工系統的自動化和遠程控制化的需求，本文提出了一種通過手持終端利用紅外信號對數控機床實現無線控制的設計方案，為控制信號設計了一條“手持終端-硬件開發板-紅外發射模塊-紅外接收模塊-機床數控部分（PLC）”的單向鏈路，可在實現對數控機床的無接觸控制，對于一些危險有害的加工過程有很強的實用性，封裝了代碼，避免了多次重復輸入的繁瑣。此外，該系統具有性能價格比高，實現簡單，抗電磁干擾等優勢。

【關鍵詞】Android，紅外遙控；數控機床；無線控制

一、研究背景

數控機床技術及其發展而來的制造產業，是改造傳統制造行業，構建數字化制造行業的重要基礎。雖然近幾年來數控技術在設備性能上有大幅度的提高，但是還保留著原有的操作模式。一方面，對一些危險的生產過程，操作人員不能遠離數控機床，對操作人員的身體造成損害。另一方面，程序輸入方法笨拙，人工編寫的NC程序依賴操作者逐條輸入到數控機床，效率低下，操作困難，操作者疲勞是常態，錯誤在所難免。

手持終端是一種新興的手持設備，集信息處理、數據通信、遠程操控于一身。具備典型嵌入式系統的特征。數控機床專用手持終端的開發使用，將給操作員帶來極大的方便，甚至徹底改變機床的操作模式。為了保護主控設備和操作人員，需要進行遠距離的控制。本文選擇了對其他電器設備和周邊環境影響較小的紅外通信機制結合手持終端設計了一套數控機床無線控制系統。

二、研究方案

三、研究內容

1、手持終端軟件開發

手持終端的軟件設計包括界面設計和核心模塊設計。主要功能是通過Wi-Fi連接硬件開發板，進而控制數控機床。

程序分為兩層，傳輸層和應用層，每個層完成不同的配置，在傳輸層主要完成底層鏈路的基本連通，而應用層負責與用戶進行信息交互，包括接受用戶的命令以及信息的讀取等功能。

在傳輸層，我們使用Ad-Hoc模式，提供底層的物理連通，而Android的本身是在Linux系統內核的基礎上裁剪而成，然后有一個Java虛擬機執行程序，所以在底層配置Wi-Fi即可保證Android和硬件開發板的物理鏈路暢通。

在應用層，使用xml設計語言，設計好相應控件，包括按鈕和文本顯示，然后在具體的Activity中設計按鈕響應，如發送命令以及顯示工作狀態等功能。

2、硬件開發板程序設計

硬件開發板需要完成的任務是接收手持終端的信號，通過分析后向紅外發射模塊發出指令。

該模塊自帶的微處理器可對收到的信息進行處理，其存儲功能可以實現將紅外信號存在此模塊中，通過簡短的命令尋址調用，而不需計算機每次都將全部紅外碼發過來。這樣不僅減少了計算機和該模塊間的數據量，且在此二者間的通信可以設置校驗位，進一步保證了通信的可靠性。

紅外接收裝置選用IR-u64，與PLC通過TTL方式通信。

4、PLC

存儲常用的程序段，在收到命令后，對命令進行解析，決定要用的程序，然后通過尋址找到相應程序，開始執行，即開始進行加工工作。

所以，該系統的工作流程為：機床操作人員操作手持終端，手持終端通過無線與硬件開發板相連，硬件開發板通過usb接口發送命令，命令通過USB轉TTL芯片的處理后，傳送給紅外接收模塊，紅外接收模塊對收到的信息進行校驗，若有錯則丟棄，等待前端重發，若檢測無誤，對命令進行處理、解析，根據得到的結果找到模塊中存儲的某條紅外命令發射出去。

紅外接收模塊接收到紅外信號，先將其轉換為電信號，而后對信號進行整理和變換，以PLC可讀的形式傳送給PLC，PLC收到后，尋找和調用PLC存儲器中的相應程序，控制數控機床的動作部分執行相應的動作。這樣完成了整個生產過程。

結語

該系統利用了手持終端和紅外遙控兩種技術，實現了“人機分離”，即操作人與機床的分離，為人身的安全提供了更多保障。此外，將更多的程序可處理的過程更多地交給了計算機、單片機等，解放了人，向數控機床自動化邁出了一步。手持終端真正解放了工作人員的雙手，將工作重心轉換為驗證方案的設計和可靠性，提高工作效率。

基金項目：黑龍江省教育廳高職高專院校科學技術研究項目（12525119）；黑龍江職業學院院級課題資助。