新型电动机械千斤顶监控系统的软件设计

摘要

在飞机装配生产线上，各工位之间的转换需要千斤顶进行顶升固定，设备的运行安全对飞机装配、维修十分重要。本课题组设计了一套新型电动机械千斤顶监控系统，来对飞机专用千斤顶运动过程进行监测与控制，并对千斤顶的压力数据进行实时采集、处理以及显示，该系统主要针对于千斤顶监控系统的软件设计。系统中通过 MCGS触摸屏运动控制、A/D数据转换、文件操作系统FATFS、传感器标定、数据存储与查询等技术，完成了高精度、大容量、实时监控等功能的软件系统。
　　该监控系统软件由监测系统软件与运动控制系统软件两部分组成。监测系统软件分为下位机与上位机软件：下位机软件基于STM32微处理器，主要包含有定时采集程序、串口通信程序、A/D转换程序、SD卡存储程序以及文件操作系统FATFS嵌入程序等。定时采集程序保证了每组数据采集时的间隔；串口通信程序保证了下位机与上位机之间的数据传输；A/D转换程序保证了采集数据的转换与精度；SD卡存储与文件操作系统FATFS嵌入程序则保证了数据能够以文件的形式大容量存储。
　　上位机软件是基于 C++Builder的开发平台，实现与下位机数据通信。主要包括传感器标定、数据采集显示、数据存储查询等界面以及后台应用程序。其中使用最小二乘法进行传感器的标定，降低系统误差；使用 Windows的API函数设置串口通信，实现压力数据的采集；使用ADO进行数据库开发，建立SQL数据库，能够实现千斤顶现场数据的存储以及历史数据查询与曲线显示。
　　运动控制系统软件是以MCGS组态软件与PLC控制器为开发平台，通过控制驱动器来控制电机。其中，使用MCGS组态软件来设计触摸屏运动控制系统，采用PLC的脉宽调制PWM方式输出高速脉冲来控制驱动器。
　　本论文完成了基本的千斤顶监控系统软件的设计，在该电动机械千斤顶样机的基础上，于汉中陕飞测试中心进行了软件功能的测试，已完成了大部分的应用功能。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 本课题在国内外研究现状及发展趋势

1.3 本课题研究目标与内容

1.4 本章小结

2 电动机械千斤顶监控系统软件总体方案设计

2.1 千斤顶监控系统的控制原理

2.2 千斤顶监控系统总体功能分析

2.3 千斤顶监控系统软件分析

2.4 千斤顶监控系统软件的最小二乘法标定

2.5 本章小结

3 电动机械千斤顶监测系统下位机软件设计

3.1 千斤顶监测系统软件总体设计

3.2 下位机主控芯片选型及Cortex-M3介绍

3.3 下位机定时器定时采集千斤顶承载数据程序

3.4下位机串口通信程序

3.5千斤顶承载数据的采集与转化

3.6 下位机千斤顶承载数据存储程序设计

3.7下位机文件系统FatFs的移植

3.8 本章小结

4 电动机械千斤顶监测系统上位机管理软件设计

4.1 千斤顶监测系统上位机管理软件平台

4.2 千斤顶监测系统上位机管理软件结构设计

4.3 用户登陆权限程序设计

4.4 千斤顶承载数据采集与显示程序设计

4.5 上位机与下位机通讯程序设计

4.6 拉压传感器标定程序设计

4.7 数据库查询千斤顶承载数据程序设计

4.8 上位机应用程序发布

4.9 本章小结

5 电动机械千斤顶运动控制系统设计

5.1 千斤顶运动控制系统结构设计

5.2 触摸屏选型与软件功能分析

5.3 千斤顶运动控制系统软件设计

5.4 触摸屏用户应用系统设计

5.5 千斤顶运动控制系统电机控制设计

5.6 本章小结

6 监控系统软件实验与结果分析

6.1 运动控制系统控制电机运动实验

6.2 监测系统软件测试分析

6.3 监测系统软件精度测试

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间所发表的论文