数控机床数据采集与处理嵌入式适配器

摘要

本发明涉及一种数控机床数据采集与处理嵌入式适配器，该适配器接在数控机床与上位机之间，所述的适配器包括处理器、存储器和外部接口，所述的处理器分别与存储器、外部接口连接，所述的外部接口分别与数控机床、上位机连接；所述的适配器中设有基础信息模块、初始化模块、侦听请求模块、请求类型解析模块、数据采集模块和数据处理模块，所述的基础信息模块分别与初始化模块、数据采集模块、数据处理模块连接，所述的初始化模块、侦听请求模块、请求类型解析模块、数据采集模块依次连接，所述的初始化模块与数据采集模块连接，所述的数据采集模块与数据处理模块连接。与现有技术相比，本发明具有扩展性好、灵活度高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控机床相关技术，尤其是涉及一种数控机床数据采集与处 理嵌入式适配器。

背景技术

目前，以网络化制造为代表的先进制造模式正逐渐取代传统的制造模式。其中， 实现数控车间数控机床的网络化是网络化制造的重要组成部分。为了实现数控机床 的网络化，必须实现数控机床与上位机通信、数控机床数据采集与处理。

在数控机床与上位机通信方面，目前主要有通用串行通信、现场总线通信和工 业以太网通信三种方式，基于这三种有线构建通信网络，布线困难，车间扩展性和 重构性差。

在数控机床数据采集与处理方面，一方面，主要基于PC和PLC进行数据采 集，PC机体积大、功耗高，灵活性低，PLC提供的数据类型和功能有限，采集数 据类型有限且没有一种具有通用性但又能针对特定应用进行扩展的数据采集模式， 采集方式适应性差；另一方面，对于来自多种类型数控机床的数据，存在语法异构 现象，现有系统很少考虑到对语法异构数据进行处理，实现数控机床透明化。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种扩展性好、 灵活度高的数控机床数据采集与处理嵌入式适配器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种数控机床数据采集与处理嵌入式适配器，该适配器接在数控机床与上位机 之间，其特征在于，所述的适配器包括处理器、存储器和外部接口，所述的处理器 分别与存储器、外部接口连接，所述的外部接口分别与数控机床、上位机连接。

所述的存储器为SDRAM和NAND FLASH。

所述的外部接口包括串行通信接口、GPIO WiFi接口、USB接口和RJ45网络 接口，所述的串行通信接口与数控机床连接，所述的GPIO WiFi接口包括依次连 接的GPIO口和WIFI单元，所述的WIFI单元与上位机连接。

所述的适配器中设有基础信息模块、初始化模块、侦听请求模块、请求类型解 析模块、数据采集模块和数据处理模块，所述的基础信息模块分别与初始化模块、 数据采集模块、数据处理模块连接，所述的初始化模块、侦听请求模块、请求类型 解析模块、数据采集模块依次连接，所述的初始化模块与数据采集模块连接，所述 的数据采集模块与数据处理模块连接。

所述的基础信息模块用于保存嵌入式适配器数据采集通道的配置信息、采集数 据类型对应的XML Schema信息、数据映射对应的XML XSLT信息。

所述的初始化模块用于创建与绑定套接口，依据数据采集通道配置信息确定系 统运行模式。

所述的侦听请求模块用于循环侦听客户请求，所述的请求类型解析模块用于解 析请求类型，并将解析出的请求类型发送给数据采集模块。

所述的数据采集模块用于依据请求类型模块解析的数据类型或者配置信息配 置的数据类型建立对应的数据采集通道，采集数控机床数据并将采集数据发送到数 据处理模块。

所述的数据处理模块包括XML文档生成器、XML映射器和XML封装/发送 器；所述的XML文档生成器将采集的数据转化为XML文档，所述的XML映射 器依据XML Schema和XML XSLT将XML文档映射为统一的表达方式，所述的 XML封装/发送器将映射后的文档进行封装并发送到上位机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)硬件系统可依据具体需求进行定制，可以针对特定应用添加或裁减相应模 块，扩展性好，灵活度高；

2)具有GPIO WiFi接口，可以通过WiFi模块实现与上位机的无线通信，便 于车间进行布局与扩展；

3)处理器的操作系统基于Windows Embedded CE6.0，全模块化结构，可依据 具体需求进行定制，实现高效紧凑的操作系统；

4)数据采集模块可以根据需求扩展数据采集通道，实现多种类型数据采集；

5)数据处理模块可以将来自不同类型数控机床的语法异构数据，利用XML 系列技术同构化，实现数控机床透明化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的功能模块示意图；

图3为本发明的初始化模块、侦听请求模块与请求类型解析模块运行流程图；

图4为本发明的数据采集模块运行流程图；

图5为本发明的数据处理模块运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种数控机床数据采集与处理嵌入式适配器，该适配器接在数控 机床与上位机之间，包括处理器1、存储器和外部接口，所述的处理器1分别与存 储器、外部接口连接，所述的外部接口分别与数控机床、上位机连接。所述的存储 器为SDRAM22和NAND FLASH21。所述的外部接口包括串行通信接口33、GPIO WiFi接口31、USB接口32和RJ45网络接口34，所述的串行通信接口33与数控 机床连接，所述的GPIO WiFi接口31包括依次连接的GPIO口和WIFI单元，所 述的WIFI单元与上位机连接。

如图2所示，所述的适配器中设有基础信息模块11、初始化模块14、侦听请 求模块15、请求类型解析模块16、数据采集模块12和数据处理模块13，所述的 基础信息模块11分别与初始化模块14、数据采集模块12、数据处理模块13连接， 所述的初始化模块14、侦听请求模块15、请求类型解析模块16、数据采集模块12 依次连接，所述的初始化模块14与数据采集模块12连接，所述的数据采集模块 12与数据处理模块13连接。

本发明的嵌入式适配器的操作系统基于Windows Embedded CE6.0进行定制， 定制工具为Visual Studio 2005+Platform Builder for CE6.0，具体定制流程分为5步， 首先新建Windows Embedded CE6.0开发项目，第二步选择BSP、模板和组件创建 初始的操作系统，接着第三步展开Catalog Items View，进行修改，第四步生成操 作系统，利用SD卡将操作系统镜像烧写到开发板，第五步利用测试程序对操作系 统进行测试，根据测试结果进行反馈、修改直至满足需求，最后发布系统。

所述适配器的功能模块由基础信息模块、初始化模块、侦听请求模块和请求类 型解析模块、数据采集模块和数据处理模块组成。

基础信息模块保存嵌入式适配器数据采集通道的配置信息、采集数据类型对应 的XML Schema信息、数据映射对应的XML XSLT信息。

初始化模块创建与绑定套接口，依据数据采集通道配置信息确定系统运行模 式；侦听请求模块循环侦听客户请求；请求类型解析模块对请求类型进行解析，将 解析出的请求类型发送给数据采集模块。其运行流程如图3所示，首先，初始化程 序创建并绑定套接口，然后从基础信息模块读取配置信息，判定系统运行模式。如 果是订阅/发布模式，则系统需要采集的数据类型由数据采集通道配置信息确定， 无需进行请求类型解析，如果是请求/响应模式，则侦听程序开始循环监听客户端 请求，依据请求的XML Schema文件解析请求类型，将解析出的请求类型发送到 数据采集模块。

数据采集模块依据请求类型模块解析的数据类型或者配置信息配置的数据类 型建立对应的数据采集通道，采集数控机床数据，并将采集数据发送到数据处理模 块，其运行流程如图4所示，首先，数据采集模块获取需要采集的数据类型，依据 数据类型建立数据采集通道。对应不同的类型，建立不同的数据采集通道，数据采 集通道可以根据采集类型进行扩展。对于不同的数据采集通道，各自依据各自的运 行流程采集数据。以串口数据采集通道为例，其具体流程如下：创建串口，依据数 据采集通道配置信息配置串口参数；打开串口；读/写串口数据；读写完毕后关闭 串口。最后将采集的数据发送到数据处理模块。

数据处理模块包括三部分：XML文档生成器，XML映射器和XML封装/发送 器。XML文档生成器将采集的数据转化为XML文档，XML映射器依据XML Schema和XML XSLT将XML文档映射为统一的表达方式，最后，XML封装/发 送器将映射后的文档进行封装并发送到上位机的嵌入式适配器接口，其运行流程如 图5所示，首先，获取数据采集模块采集的语法异构数据，依据XML Schema解 析采集的数据类型，XML生成器依据数据类型将采集的数据转化为XML文件， 然后解析XML文件，获取封装规则定义的各个属性，读取XML文件，XML映射 器依据数据类型对应的XML XSLT将异构的XML文件同构化，最后，XML封装/ 发送器将同构数据进行封装，发送到上位机的嵌入式适配器接口。

实验结果表明：

1)嵌入式适配器实现了与数控机床双向的稳定的串口通信；

2)嵌入式适配器基于WiFi实现了与上位机的无线通信；

3)嵌入式适配器实现了机床参数、偏置数据、螺距误差补偿数据、机床启停 数据、机床主轴转速、进给速率、当前加工的数控程序号、开始加工时间和结束加 工时间的采集；

4)经过嵌入式适配器异构数据同构化处理，语法异构的数据被转化为统一的 格式，实现了数控机床的透明化。