基于Android的远程四轴运动控制系统研发

摘要

在传统工业中，控制系统大都以工业PC机为操作平台，通过RS-485或PCI总线实现系统通信，存在前期布线复杂、后期维护困难、通信距离有限以及不便于移动控制等缺点。近年来，电子技术与设备、智能移动终端以及各种无线网络通信技术的迅猛发展，带动了工业自动化与智能化的发展与推进。Android智能操作系统自2007年首次发布以来，由于其良好的用户体验、多样的控制功能、优越的性能表现以及较低的成本，已占据智能操作系统的市场主导地位。
　　鉴于以上分析，结合多工位工件自动装配系统，本文对基于Android的远程四轴运动控制系统相关技术进行了分析与研究，设计并实现了一种基于Android智能操作系统的四轴运动平台远程控制原型系统。通过对系统整体结构与功能需求的分析，主要完成了系统硬件的设计与搭建，以及系统软件的开发与实现。
　　基于四轴运动平台的三维模型，加工并搭建出实验样机。以自上而下的设计原则，将控制系统硬件主体的搭建分为三部分LAndroid智能移动控制终端模块、中央控制器模块和电动机运动控制模块。其中，中央控制器包括单片机系统和串口WIFI通信模组;电动机运动控制模块包括步进电机、步进电机驱动器和驱动电源模块。分别对各个功能模块进行硬件的设计与选型，完成了整个控制系统中硬件平台的搭建以及电路的设计，为后期软件系统的功能实现提供有利保障。
　　控制系统中，软件系统的设计开发与实现是整个系统中最关键的部分。本文中，系统软件的设计与开发工作主要包括:
　　(1) Android智能手机的APP在Android Studio集成开发环境下开发。按照模块化设计思路，使用Android系统中不同的布局、组件以及控件，分别完成了首页欢迎界面、用户注册登录、系统主界面、系统参数配置、系统控制模块以及系统其它信息等模块的功能以及UI的设计与实现。
　　(2)针对系统操作过程中涉及到的数据处理以及存取，完成了Android系统SQLite数据库的设计与开发。同时，采用Handler、Message和AsyncTask两种通信机制，实现了Android APP中本地线程之间的通信。
　　(3)系统采用成熟的C/S(Client/Server)架构，Android智能手机作为移动客户端，通过WIFI无线网络与服务器端即中央控制器建立远程连接，基于TCP/IP协议的Socket通信机制，实现了系统通信以及数据信息的传输与交互，同时详细设计了系统控制过程中的通信协议。
　　(4)在中央控制器主控制程序的设计开发中，实现了单片机的初始化配置，串口通信以及步进电机启停、加减速和换向的运动控制。同时，在步进电机控制过程中，提出“基脉冲控制法”，实现了一个定时器对四个步进电机的运动控制。
　　完成系统软硬件的设计与开发后，将APK文件安装到Android智能手机上，实现了基于Android的远程四轴运动控制原型系统，系统界面友好、操作灵活，且稳定可靠。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 控制技术与控制系统

1．2．1 控制技术

1．2．2 开放式控制系统

1．3 国内外研究现状与发展趋势

1．3．1 运动控制系统的研究现状与发展趋势

1．3．2 Android系统的研究现状与发展趋势

1．4 研究内容与章节安排

1．4．1 课题研究内容

1．4．2 论文章节安捧

1．5 小结

2 理论技术

2．1 Android平台技术

2．1．1 Android系统整体架构

2．1．2 Android客户端所需组件

2．1．3 SQLite数据库

2．2 系统通信功能

2．2．1 本地通信

2．2．2 异地通信

2．2．3 CRC校验码算法

2．3 步进电机相关技术

2．3．1 步进电机驱动控制系统的构成

2．3．2 步进电机驱动技术

2．4 小结

3 远程控制系统总体设计

3．1 系统功能与技术要求

3．2 系统整体架构设计

3．3 Android终端功能模块设计

3．4 系统数据库设计

3．5 通信功能及通信协议设计

3．5．1 Socket通信机制

3．5．2 系统通信协议

3．6 小结

4 系统硬件设计与搭建

4．1 硬件系统设计原则

4．2 Android控制终端的选型

4．3 中央控制器的设计与搭建

4．3．1 中央控制器单片机系统

4．3．2 串口WIFI通信模组

4．4 电机控制模块的设计与搭建

4．4．1 步进电机

4．4．2 步进电机驱动器

4．4．3 电源模块

4．5 小结

5 系统软件开发与实现

5．1 客户端UI与功能的实现

5．1．1 注册登录模块

5．1．2 主界面的实现

5．1．3 系统配置模块

5．1．4 系统控制模块

5．1．5 系统其它模块

5．2 系统通信模块实现

5．3 SQLite数据库实现

5．4 中央控制器主控程序

5．5 小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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