基于多串口转以太网的数据采集及分析系统设计

摘要

工业大数据的基础是数据来源的准确性。传统的零件尺寸数据检测方法是先通过测量仪器进行测量，然后手工记录再输入上位机，此模式不仅人力成本高，还会增加出错率。与此同时，随着以太网技术的发展，基于以太网的网络互联设备的使用也开始越来越普及。在这个背景下，工业互联网及工业4.0的提出使工业的发展突破传统“制造”的内涵，并让制造和生产更加智能化和低成本化，这在人力成本日益增加的今天，对于企业的扩大产能和健康发展具有非常重要的意义。
　　尽管让所有设备都能连入互联网已成为一种趋向，但设备通信互联的模式仍在不断发展和进步。串行通信的可靠性和安全性较高，传输协议也相对简单，在近距离的数据通信中容易实现，正是由于上述特点，RS-232/RS-485等异步串行接口广泛应用于很多终端设备。但是串行通信存在无法与距离传输，无法接入主流网络等缺点，并且串行通信连接的接头不支持带电插拔，这给调试过程也带来诸多不便。
　　而零件尺寸数据的采集，不仅是为了判断生产的零件是否合格，也为了对零件尺寸数据进行相关分析并且用以反馈以及调整生产情况。孔轴匹配就是零件数据分析中的一个重要问题，传统的解决方法普遍是任意匹配或分组匹配，这种策略在对精度要求很高的场合很难兼顾匹配精度和成本。
　　本文的研究基于目前行业中零件的数据采集与分析中现实问题以及大部分测量设备集成了串口且未联网的现状展开。本文的多串口转以太网的数据采集及分析系统可以在无需更换传统检测设备的基础上，实现将串行通信检测设备的串行通信数据通过以太网实时传输，这可以解决串行通信本身无法与距离传输的问题，实现串口设备的监控与网络化管理，并且可以对采集到的孔轴数据进行孔轴匹配分析。
　　本文提出了多串口转以太网的数据采集及分析系统的总体架构，并采用迈冲科技公司设计的 MC-A5D3X-GKA底板以及MC-A5D3X-CORE核心板为硬件载体，使用基于嵌入式 Linux的软件系统实现串口数据到以太网的传输，利用 C＃开发上位机软件实现采集数据的实时显示和已采集数据的查询，使用 SQL SERVER2012数据库作为后台数据存储及前端数据展示的媒介。对采集到的合格的孔轴直径数据，提出用智能优化算法中的遗传算法对孔轴匹配问题进行优化，以达到同批量孔轴对匹配成功的对数最多，并在匹配对数最多的情况下让孔轴间间隙最小的优化结果，与传统人工匹配的结果相比，在确保匹配精度基础上，大大提高了匹配率。同时，有效的匹配也在一定程度上降低了孔轴加工过程的偏差要求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题背景意义

1.2国内外研究现状分析

1.3课题的主要研究内容

第2章 多串口转以太网数据采集部分相关理论及整体设计

2.1以太网

2.2嵌入式以太网

2.3串口转以太网的关键技术

2.4系统的整体设计

2.5本章小结

第3章 多串口转以太网系统的硬件介绍及软件设计

3.1多串口转以太网系统的硬件介绍

3.2多串口转以太网系统的软件设计

3.3本章小结

第4章 安装编译以及上位机的搭建

4.1Linux环境下的安装与编译

4.2上位机的搭建以及效果展示

4.3本章小结

第5章 孔轴配合数据分析相关研究

5.1 孔轴配合的模型描述

5.2 孔轴配合的优化算法选择

5.3遗传算法解决孔轴优化问题

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

硕士期间科研成果

致谢

附录

附录1 100对孔轴直径原始数据表

附录2 经过算法优化后匹配成功的孔轴对及对应孔轴间偏差表