高溫高壓設(shè)備溫度記錄儀移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 芳， 金 敏

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所， 山西 太原 030024）

引言

全自動(dòng)除泡機(jī)是目前液晶行業(yè)全自動(dòng)生產(chǎn)線中的一個(gè)重要設(shè)備，該設(shè)備屬于壓力容器，為LCD產(chǎn)品提供高溫高壓的生產(chǎn)環(huán)境，用于除去偏光片貼合或者玻璃蓋板與觸摸屏貼合后的殘存氣泡。除泡機(jī)主要工藝參數(shù)有溫度、壓力、時(shí)間，其中溫度是除泡機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵工藝指標(biāo)。但因溫度的特異性，在生產(chǎn)運(yùn)行中溫度的精準(zhǔn)控制是設(shè)備穩(wěn)定可靠性的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。當(dāng)前設(shè)備通過機(jī)械攪拌腔體內(nèi)空氣，采用單點(diǎn)檢測，來確定腔體內(nèi)空氣溫度值。生產(chǎn)商希望得到腔體內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度分布情況來確保產(chǎn)品的良品率。然而，市場上銷售的普通溫度記錄儀不能在高溫高壓的環(huán)境下工作。因此，為了解決此問題，我們將傳統(tǒng)技術(shù)與新興移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)有效結(jié)合，研發(fā)WJL溫度記錄儀及相應(yīng)手機(jī)APP軟件，通過網(wǎng)絡(luò)將溫度記錄儀與手機(jī)等手持設(shè)備連接起來，實(shí)時(shí)檢測并反饋腔體內(nèi)多點(diǎn)溫度值、相關(guān)曲線和溫度均勻性等，實(shí)現(xiàn)用戶對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)備行業(yè)的有效應(yīng)用。

1 溫度記錄儀結(jié)構(gòu)及工作原理

WJL系列溫度記錄儀采用STC15型單片機(jī)作為運(yùn)行CPU，定時(shí)采集六路高精度溫度傳感器溫度值，進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過WIFI模塊實(shí)時(shí)將采集到的六個(gè)通道溫度值發(fā)出。由于現(xiàn)有溫度記錄儀監(jiān)控顯示方式單一，只能在WJL溫度記錄儀工作完成后，通過上位機(jī)軟件將存儲(chǔ)的六通道溫度值一起讀出到PC機(jī)中，上位機(jī)軟件計(jì)算、顯示溫度曲線，給出測試結(jié)果分析，生成報(bào)表文件進(jìn)行保存、歸類的現(xiàn)狀，作者提出相應(yīng)的移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，即通過使用配套手機(jī)APP及上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)并顯示六個(gè)通道的各條溫度曲線，實(shí)時(shí)反饋腔體內(nèi)多點(diǎn)溫度值，從而體現(xiàn)出溫度均勻性。

針對不同需求，制定出不同規(guī)格的溫度記錄儀，有 WJL-4A、WJL-6A、WJL-6B（具有 WIFI功能）和WJL-15A等一系列溫度記錄儀。

1.1 WJL系列產(chǎn)品規(guī)格設(shè)計(jì)

1）外觀尺寸：WJL-4A、WJL-6A/B，114 mm×155 mm×33 mm；WJL-15A，120 mm×135 mm×65 mm。

2）采集溫度精度：±0.01℃。

3）工作電壓：4.5～5.0 V。

4）工作時(shí)長：大于100 h。

5）工作環(huán)境：10～100 ℃，0～0.8 MPa。

如下頁圖1所示，六通道溫度記錄儀共有CH1至CH6六個(gè)測溫傳感器，側(cè)面黑色部分為WIFI模塊。

記錄儀工作原理如下頁圖2所示，WJL系列溫度記錄儀采用單片機(jī)為主控單元和高精度溫度傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、記錄與傳輸。上位機(jī)軟件可一次性整體讀取并顯示記錄數(shù)據(jù)，繪制溫度曲線，并生成報(bào)表文件。利用配套手機(jī)APP或上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)腔體外遠(yuǎn)程的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，并繪制溫度曲線。

1.2 上位機(jī)軟件部分

WJL系列溫度記錄儀使用三極管半導(dǎo)體溫度傳感器，可以直接測量生產(chǎn)中不同范圍的溫度。除泡完成以后，可以讀取除泡過程中的溫度曲線。研發(fā)的上位機(jī)軟件基于NI公司的Labview軟件編寫，在PC機(jī)上運(yùn)行，與溫度記錄儀通過USB線連接，一次性讀取記錄儀中的數(shù)據(jù)。該軟件通過計(jì)算、分析記錄儀中的原始數(shù)據(jù)，繪制各個(gè)通道的溫度曲線，并分析數(shù)據(jù)得出溫度均勻性結(jié)論。可根據(jù)用戶需求制作Html、Word、Excel等格式數(shù)據(jù)報(bào)表[1]。

2 系統(tǒng)需求分析和設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)目標(biāo)

WJL-6A溫度記錄儀使用三極管半導(dǎo)體溫度傳感器，可以直接測量生產(chǎn)中不同范圍的溫度。除泡完成以后，可以讀取除泡過程中的溫度曲線。通過增加WIFI模塊，使溫度記錄儀可以通過手機(jī)端APP對設(shè)備的溫度等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而使用戶可以實(shí)時(shí)查看除泡機(jī)腔體內(nèi)溫度動(dòng)態(tài)曲線，了解到腔體內(nèi)溫度的均勻性。整體系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖1 六通道溫度記錄儀

圖2 溫度記錄儀工作原理

圖3 整體系統(tǒng)架構(gòu)

WJL溫度記錄儀移動(dòng)應(yīng)用APP基于Android平臺(tái)，客戶端采用Eclipse+ADT（Android Development Tools）進(jìn)行開發(fā)，服務(wù)器端以Tomcat6.0為工具，通過MySQL對各個(gè)數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行管理，以Java作為開發(fā)語言。系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器模式，在邏輯上分為用戶界面層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)提取層三個(gè)層次。

2.2 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)的需求分析主要從用戶所需功能和應(yīng)用本身需求兩個(gè)角度來考慮。

1）移動(dòng)終端應(yīng)該具有普遍性，能滿足大多數(shù)用戶的使用需求。

2）用戶界面應(yīng)當(dāng)滿足大多數(shù)人的操作習(xí)慣，功能點(diǎn)清晰明了，操作簡單方便，另外還需要方便后臺(tái)管理。

3）通信設(shè)置方面，應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備與溫度記錄儀的連接，確保用戶端與后臺(tái)的通訊和數(shù)據(jù)交互。

4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面應(yīng)選擇適合該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫類型，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

2.3 客戶端功能設(shè)計(jì)

Android應(yīng)用程序可能由一個(gè)或者多個(gè)組件組成，所以他的開發(fā)是采用基于組件的模式進(jìn)行的。Android的應(yīng)用程序由底層核心和上層組件兩部分組成，正是因?yàn)榈讓雍诵牡拇嬖冢我鈨蓚€(gè)組件之間可以通過它來進(jìn)行消息的傳遞和識(shí)別從而產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，這使得Android應(yīng)用程序不會(huì)像一般的應(yīng)用程序那樣出現(xiàn)邏輯交互的零散性和模糊性。

該應(yīng)用采用的客戶端/服務(wù)器模式，即C/S模式，如圖4所示。其中：客戶端提供了用戶登錄注冊、設(shè)備信息查詢、各個(gè)通道實(shí)時(shí)溫度及曲線顯示、歷史溫度查詢以及通信和設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的功能；服務(wù)器端通過數(shù)據(jù)庫的管理，為客戶端提供用戶個(gè)人信息、設(shè)備信息、溫度數(shù)據(jù)等，從而實(shí)現(xiàn)前后臺(tái)的有機(jī)結(jié)合以及數(shù)據(jù)交互[2]。

圖4 客戶端應(yīng)用C/S模式

本應(yīng)用系統(tǒng)的客戶端分為首頁、功能、曲線、我們和更多等五個(gè)功能模塊，具體如下頁圖5所示。

1）用戶可以注冊登錄APP，可在客戶端首頁了解WJL系列溫度記錄儀的基本信息。

2）功能和曲線模塊中，用戶可選擇除泡機(jī)通道號(hào)，查看各個(gè)通道的當(dāng)前溫度值及溫度動(dòng)態(tài)曲線，了解實(shí)時(shí)溫度的均勻性。

3）模塊中介紹設(shè)備的詳細(xì)信息，以及最新開發(fā)的新品，起到很好的宣傳作用。

4）更多模塊用于功能擴(kuò)展，便于后期對應(yīng)用升級(jí)優(yōu)化的管理。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)涉及到用戶信息、設(shè)備各個(gè)通道當(dāng)前溫度、設(shè)定溫度及歷史溫度等眾多信息，這些數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，以便管理。根據(jù)總體系統(tǒng)和功能模塊的需求，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)了系統(tǒng)用戶信息表、設(shè)備參數(shù)表、當(dāng)前溫度表、設(shè)定溫度表和歷史溫度表等多個(gè)數(shù)據(jù)表。

圖5 客戶端總體流程圖

每個(gè)數(shù)據(jù)表包含該表各個(gè)成員的字段名稱、數(shù)據(jù)類型、字段大小、主鍵（是否必填）以及備注等信息。以系統(tǒng)用戶表結(jié)構(gòu)為例，具體如表1所示。

表1 系統(tǒng)用戶表結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

3.1 APP與服務(wù)器通訊的實(shí)現(xiàn)

用戶通過點(diǎn)擊客戶端應(yīng)用界面來觸發(fā)APP與服務(wù)器端的通訊。界面中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是應(yīng)用請求服務(wù)器端而獲取的，應(yīng)用模塊的數(shù)據(jù)交互都是通過通訊模塊完成的。通訊架構(gòu)圖如圖6所示。

由圖6可知，該模塊實(shí)現(xiàn)APP與服務(wù)器的連接，負(fù)責(zé)消息的發(fā)送和接收。應(yīng)用模塊包括數(shù)據(jù)的顯示以及響應(yīng)用戶的操作。數(shù)據(jù)模塊定義了通訊所需要的數(shù)據(jù)對象以及類型。解析模塊解析請求返回的Json格式的數(shù)據(jù)并封裝成相應(yīng)對象，以便更新UI。

圖6 App與服務(wù)器通訊架構(gòu)圖

3.2 APP仿真測試

測試是移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)和發(fā)布過程中一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)。移動(dòng)項(xiàng)目開發(fā)如同所有QA(Quality Assurance)過程一樣，能夠從漏洞跟蹤系統(tǒng)、周期性構(gòu)建和有計(jì)劃的測試中受益。早測試、常測試、真機(jī)測試，這是在測試移動(dòng)應(yīng)用程序時(shí)質(zhì)量保證的前提。

測試應(yīng)用時(shí)，將帶有WIFI模塊的WJL溫度記錄儀打開電源開關(guān)后放在罐體式自動(dòng)除泡機(jī)中，并將Android操作系統(tǒng)的手機(jī)與溫度記錄儀連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，登錄后點(diǎn)開各個(gè)模塊進(jìn)行測試。客戶端功能測試主要包括登錄模塊、首頁模塊、功能曲線顯示模塊、通信模塊和擴(kuò)展功能等各個(gè)模塊功能測試，并展示對應(yīng)效果。

4 結(jié)語

本文提出的除泡機(jī)設(shè)備目前使用的溫度記錄儀移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了罐體式除泡機(jī)溫度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線顯示，使用戶可以更好地對產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控管理。該應(yīng)用系統(tǒng)提升了現(xiàn)有除泡機(jī)設(shè)備的智能化水平，可接入工業(yè)智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，為即將到來的智能化生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉邦，趙乃輝.山西電子技術(shù)[M].太原：電子出版社，2017.

[2]江麗.基于android平臺(tái)的實(shí)時(shí)互動(dòng)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信，2016（2）：77-79.