專利名稱：基于ARM9系列微控制器和ZigBee無線通訊技術(shù)的曲面膠印機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)化控制領(lǐng)域、ZigBee無線通信技術(shù)和Internet通信技術(shù),尤其涉及一種基于ARM9系列微控制器和ZigBee無線通訊技術(shù)的曲面膠印機(jī)，是現(xiàn)有的曲面膠印機(jī)的技術(shù)提升，具有印刷工藝簡單、自動(dòng)化程度高、套印準(zhǔn)確、印面圖案清晰美觀、著色牢固，印刷成本低等特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
隨著包裝工業(yè)的迅速發(fā)展，包裝印刷產(chǎn)業(yè)在我國具有越來越重要的位置。但就目前現(xiàn)狀看，整體技術(shù)水平與國外相比還存在一定的差距。與國外同類設(shè)備相比，我國傳統(tǒng)的印刷設(shè)備裝置水平相對(duì)滯后，特別是印桶方面勻墨不均勻，運(yùn)行不穩(wěn)定，無論從關(guān)鍵部件的精密度方面，還是整機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，特別是智能化高新科技的應(yīng)用，總體水平都落后于國外。機(jī)械裝備工業(yè)的發(fā)展水平是國家在科學(xué)技術(shù)方面的綜合實(shí)力的反映。目前，西方發(fā)達(dá)國家占據(jù)了國際高檔包裝印刷設(shè)備的大部分市場份額，尤其在大直徑曲面印刷技術(shù)上更是處于壟斷地位。目前國內(nèi)有一些廠家通過技術(shù)攻關(guān)中央數(shù)字集成控制裝置、版輥和色組模塊化設(shè)計(jì)裝置、二個(gè)在飼服電機(jī)同步使被工件與色組同步套印裝置、墨量調(diào)節(jié)裝置、UV光固系統(tǒng)裝置、智能自檢裝置等關(guān)鍵技術(shù)配置，使整機(jī)的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效能實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，達(dá)到國際先進(jìn)水平，在國內(nèi)和國際市場上占有一定的份額。但還需在核心技術(shù)上進(jìn)一步加大研發(fā)力度，使得產(chǎn)品具有更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無線通訊已日趨成熟，無線通訊技術(shù)可以避免工業(yè)現(xiàn)場的布線繁瑣，實(shí)現(xiàn)控制室對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的無線控制已能實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型采用ZigBee無線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控端與下位機(jī)控制端的數(shù)據(jù)通訊與指令控制。本實(shí)用新型實(shí)用便捷，工控機(jī)位置不受線路支配，操作員可在室內(nèi)輕松操作。同時(shí)，本實(shí)用新型采用ARM9系列微控制器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與處理，并能根據(jù)處理結(jié)果對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行快速的指令操作，實(shí)現(xiàn)該曲面膠印機(jī)的高度自動(dòng)化操作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了目前新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在曲面膠印機(jī)的應(yīng)用，使原始曲面膠印機(jī)能完全實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化和全過程化。本實(shí)用新型通過ZigBee無線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的曲面膠印機(jī)的全生產(chǎn)過程控制，并通過對(duì)曲面膠印機(jī)生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的層次化設(shè)計(jì)，滿足了各種用戶和處理現(xiàn)場的不同需求，確保生產(chǎn)過程的便捷性、多層次性、可靠性和安全性。技術(shù)方案本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:[0009]本實(shí)用新型由網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程、本地工控機(jī)和現(xiàn)場手動(dòng)三級(jí)層次的監(jiān)控系統(tǒng)組成，其中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的級(jí)別最高。本實(shí)用新型系統(tǒng)包括:由工業(yè)控制機(jī)構(gòu)成的上位機(jī)監(jiān)控端、由ARM9系列微控制器構(gòu)成的下位機(jī)監(jiān)控端、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器和遠(yuǎn)程監(jiān)控端構(gòu)成。其中，上位機(jī)監(jiān)控端和下位機(jī)監(jiān)控端采用ZigBee無線通信技術(shù)傳輸采集數(shù)據(jù)和上位機(jī)監(jiān)控指令。上位機(jī)監(jiān)控端與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連傳輸待存儲(chǔ)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的控制指令信息。上位機(jī)監(jiān)控端與Web服務(wù)器相連傳輸數(shù)據(jù)交換請(qǐng)求及應(yīng)答信息。遠(yuǎn)程監(jiān)控端分別與Web服務(wù)器相連傳輸客戶端的請(qǐng)求信息和應(yīng)答信息。上位機(jī)由工業(yè)控制機(jī)構(gòu)成，考慮到印刷操作工人的手經(jīng)常會(huì)粘到油墨，采用觸摸屏容易弄臟屏面，采取操控簡單、對(duì)話方便的人機(jī)操作界面，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)顯示與指令控制。上位機(jī)監(jiān)控端與下位機(jī)控制端采用ZigBee無線通信方式傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息和上位機(jī)控制指令信息。 下位機(jī)包括ARM9嵌入式處理器、ZigBee無線通訊模塊、傳感器機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，傳感器機(jī)構(gòu)與嵌入式處理器相連采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，嵌入式處理器對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并通過ZigBee無線通訊模塊上傳到上位機(jī)，同時(shí)，嵌入式處理器通過ZigBee無線通訊模塊接收上位機(jī)傳達(dá)的指令，嵌入式處理器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連傳輸控制信息和處理后的數(shù)據(jù)信息。所述的下位機(jī)與上位機(jī)之間采用ZigBee無線通信方式互聯(lián)傳輸現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)和上位機(jī)的指令，無線通訊使數(shù)據(jù)傳輸更便捷，避免了布線繁瑣使得控制設(shè)備更簡單。此段刪除所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控端是客戶瀏覽器，客戶瀏覽器監(jiān)控端包括測(cè)試員用戶瀏覽器和管理員用戶瀏覽器，其中測(cè)試員用戶瀏覽器只能對(duì)曲面膠印機(jī)生產(chǎn)過程工藝數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢，而管理員用戶瀏覽器可以對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制。采用友好的人機(jī)界面，減少了現(xiàn)場布線量和維護(hù)工作量，系統(tǒng)便于擴(kuò)展和集中管理。同時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)曲面膠印機(jī)生產(chǎn)過程參數(shù)采用基于智能算法的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的智能化。全過程完全自動(dòng)控制徹底讓操作人員解放雙手，避免因人為誤操作對(duì)處理過程的影響，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制自動(dòng)化。

圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架；圖2是微控制器功能結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型的工作流程圖；主要組件符號(hào)說明:I上位機(jī)監(jiān)控端9執(zhí)行機(jī)構(gòu)2下位機(jī)控制端10物位傳感器3數(shù)據(jù)庫服務(wù)器11壓力傳感器4 Web服務(wù)器12伺服變頻單元5廠管理系統(tǒng)13交流伺服電機(jī)6嵌入式處理14旋轉(zhuǎn)編碼器[0027]7 ZigBee 無線模塊8傳感器機(jī)構(gòu)
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例。本實(shí)用新型由網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程、本地工控機(jī)和現(xiàn)場手動(dòng)三級(jí)層次的監(jiān)控系統(tǒng)組成，其中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的級(jí)別最高。如圖1所示，本實(shí)施例包括:上位機(jī)監(jiān)控端1、下位機(jī)控制端2、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3、Web服務(wù)器4、工廠管理系統(tǒng)5和ZigBee無線通訊模塊7。其中，上位機(jī)監(jiān)控端I與下位機(jī)控制端2采用ZigBee無線通訊模塊7傳輸采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息和上位機(jī)控制指令信息。上位機(jī)監(jiān)控端I與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3相連傳輸待存儲(chǔ)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3的控制指令信息。工廠管理系統(tǒng)5與Web服務(wù)器4通過TCP/IP協(xié)議相連傳輸客戶端的HTTP請(qǐng)求信息和Web服務(wù)器4的網(wǎng)頁應(yīng)答信息。所述的上位機(jī)監(jiān)控端I選用西門子工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，開發(fā)友好的人機(jī)界面。上位機(jī)監(jiān)控端I通過ZigBee無線模塊與下位機(jī)控制端2實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工藝流程和數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)分析顯示。所述的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3采用了數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server2008創(chuàng)建和管理,該服務(wù)器與上位機(jī)監(jiān)控端I相連，配合用戶賬戶的管理、網(wǎng)頁的生成及各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)、控制參數(shù)的存儲(chǔ)和管理，以備上位機(jī)監(jiān)控端l、Web服務(wù)器4訪問。所述的Web服務(wù)器4分別與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3和上位機(jī)監(jiān)控端I相連傳輸數(shù)據(jù)請(qǐng)求信息和應(yīng)答信息。Web服務(wù)器4以網(wǎng)頁的形式完成于客戶端的動(dòng)態(tài)交互，通過響應(yīng)遠(yuǎn)程客戶的HTTP請(qǐng)求，將用戶程序完全發(fā)布到客戶端瀏覽器，同時(shí)將客戶提交的控制命令存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3。所述的工廠管理系統(tǒng)5采用用戶瀏覽器的方式。其中，用戶采用IE6.0以上版本瀏覽器，分為普通用戶瀏覽器和管理員用戶瀏覽器。普通用戶瀏覽器只能對(duì)曲面膠印機(jī)生產(chǎn)過程工藝數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢，而管理員用戶瀏覽器可以對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制。如圖2所示，下位機(jī)控制端2包括嵌入式處理器6、ZigBee無線通訊模塊7、傳感器機(jī)構(gòu)8和執(zhí)行機(jī)構(gòu)9。其中,傳感器機(jī)構(gòu)8與嵌入式處理器6相連傳輸傳感器機(jī)構(gòu)8米集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，嵌入式處理器7對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并通過ZigBee無線通訊模塊7上傳到上位機(jī)監(jiān)控端I，同時(shí)，嵌入式處理器6通過ZigBee無線通訊模塊7接收上位機(jī)監(jiān)控端I傳達(dá)的指令，嵌入式處理器6與執(zhí)行機(jī)構(gòu)9相連傳輸控制信息和處理后的數(shù)據(jù)信息。所述的嵌入式處理器6自帶A/D轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)模擬量的輸入，采用MICR0MASTEP440變頻器實(shí)現(xiàn)模擬量的輸出。嵌入式處理器6對(duì)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理，對(duì)系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)智能控制。所述的傳感器機(jī)構(gòu)8包括:物位傳感器10、壓力傳感器11。分別安裝于曲面膠印機(jī)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)分別檢測(cè)桶推是否到位和桶是否被吹出，與嵌入式處理器7相連傳輸處理物位與壓力等相關(guān)參數(shù)。所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)9包括:伺服變頻單元12、交流伺服電機(jī)13和旋轉(zhuǎn)編碼器14。通過變頻器與嵌入式處理器6相連，根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)輸出指令運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)全過程的完全自動(dòng)化。圖3是本實(shí)用新型的工作流程圖，本實(shí)施例在曲面膠印機(jī)生產(chǎn)過程的應(yīng)用如下:用戶根據(jù)自身的所處的位置和權(quán)限選擇合適的監(jiān)控方式，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)服務(wù)器存儲(chǔ)的用戶信息對(duì)用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證。用戶在上位機(jī)界面能完整地觀察到曲面膠印機(jī)的整個(gè)生產(chǎn)流程，從桶傳入到桶傳出，用戶能根據(jù)生產(chǎn)過程中曲面膠印機(jī)的各種狀態(tài)對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證曲面膠印機(jī)的印刷工藝清晰可靠。為了避免上位機(jī)的誤操作而導(dǎo)致現(xiàn)場設(shè)備的破壞，現(xiàn)場手動(dòng)控制具有最高級(jí)別的權(quán)限。實(shí)用新型的最佳效果本實(shí)施例方法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，并且成本較低。本實(shí)施例建立一個(gè)以工控機(jī)為控制中心，通過檢測(cè)裝置各傳感器反饋，實(shí)現(xiàn)從進(jìn)桶、電暈、印刷、固化、出桶的全自動(dòng)控制模型。采用伺服電機(jī)控制印刷色組和印刷工件同步，避免傳統(tǒng)利用萬向聯(lián)軸傳動(dòng)所產(chǎn)生的多邊形效應(yīng)，大大提高了印刷精度。通過檢測(cè)結(jié)果對(duì)微機(jī)控制系統(tǒng)的反饋控制，在線實(shí)時(shí)的通過對(duì)外圍電路的控制，桶推不到位或桶沒有被吹出時(shí)，做出報(bào)警，并停機(jī)。本實(shí)施例采用友好的人機(jī)界面，系統(tǒng)便于擴(kuò)展和集中管理，將ZigBee無線通訊運(yùn)用于該系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)監(jiān)控端與下位機(jī)控制端的無線通訊減少了現(xiàn)場布線量和維護(hù)工作量，避免了工藝現(xiàn)場通訊線路繁多，布線繁瑣的狀況。同時(shí)，技術(shù)人員不必親臨處理現(xiàn)場就可以獲取重要的處理數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行。此外，本實(shí)施例提供多層次的控制模式，滿足了各種控制現(xiàn)場的不同要求，控制過程實(shí)現(xiàn)基于智能算法的閉環(huán)控制，保證了工藝參數(shù)準(zhǔn)確性，確保處理過程的精確、可靠性能。
權(quán)利要求1.基于ARM9微控制器和ZigBee無線通訊技術(shù)的曲面膠印機(jī)，包括:由工業(yè)控制機(jī)構(gòu)成的上位機(jī)監(jiān)控端、由ARM9系列微控制器構(gòu)成的下位機(jī)監(jiān)控端、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器和遠(yuǎn)程監(jiān)控端構(gòu)成，其中下位機(jī)控制端由嵌入式處理器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、指令傳達(dá)以及與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)ZigBee無線通訊，上位機(jī)由工業(yè)控制機(jī)構(gòu)成，考慮到印刷操作工人的手經(jīng)常會(huì)粘到油墨，采用觸摸屏容易弄臟屏面，我們采用人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，使得操控簡單、人機(jī)對(duì)話方便，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)顯示與指令控制，上位機(jī)監(jiān)控端與下位機(jī)控制端采用ZigBee無線通信方式傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息和上位機(jī)控制指令信息，上位機(jī)監(jiān)控端與Web服務(wù)器相連傳輸數(shù)據(jù)交換請(qǐng)求及應(yīng)答信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控端與Web服務(wù)器相連傳輸客戶端的請(qǐng)求信息和應(yīng)答信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9系列微控制器和ZigBee無線通訊技術(shù)的曲面膠印機(jī)，其特征是，上位機(jī)監(jiān)控端選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)友好的人機(jī)界面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9系列微控制器和ZigBee無線通訊技術(shù)的曲面膠印機(jī)，其特征是，下位機(jī)包括ARM9嵌入式處理器、ZigBee無線通訊模塊、傳感器機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中，傳感器機(jī)構(gòu)與嵌入式處理器相連采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，嵌入式處理器對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并通過ZigBee無線通訊模塊上傳到上位機(jī)，同時(shí)，嵌入式處理器通過ZigBee無線通訊模塊接收上位機(jī)傳達(dá)的指令，嵌入式處理器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連傳輸控制信息和處理后的數(shù)據(jù)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9系列微控制器和ZigBee無線通訊技術(shù)的曲面膠印機(jī)，其特征是，所述的下位機(jī)與上位機(jī)之間采用ZigBee無線通信方式互聯(lián)傳輸現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)和上位機(jī)的指令，無線通訊使數(shù)據(jù)傳輸更便捷，避免了布線繁瑣使得控制設(shè)備更簡單。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9系列微控制器和ZigBee無線通訊技術(shù)的曲面膠印機(jī)，其特征是，所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控端是客戶瀏覽器，客戶瀏覽器監(jiān)控端包括測(cè)試員用戶瀏覽器和管理員用戶瀏覽器，其中測(cè)試員用戶瀏覽器只能對(duì)曲面膠印機(jī)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢，而管理員用戶瀏覽器可以對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制。
專利摘要一種基于ARM9系列微控制器和ZigBee無線通訊技術(shù)的曲面膠印機(jī)，包括由工業(yè)控制機(jī)構(gòu)成的上位機(jī)監(jiān)控端、由ARM9系列微控制器構(gòu)成的下位機(jī)監(jiān)控端、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器和遠(yuǎn)程監(jiān)控端構(gòu)成。其中，上位機(jī)監(jiān)控端和下位機(jī)監(jiān)控端采用ZigBee無線通信技術(shù)傳輸采集數(shù)據(jù)和上位機(jī)監(jiān)控指令。上位機(jī)監(jiān)控端與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連傳輸待存儲(chǔ)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的控制指令信息。上位機(jī)監(jiān)控端與Web服務(wù)器相連傳輸數(shù)據(jù)交換請(qǐng)求及應(yīng)答信息。遠(yuǎn)程監(jiān)控端分別與Web服務(wù)器相連傳輸客戶端的請(qǐng)求信息和應(yīng)答信息。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了曲面膠印機(jī)通過ARM9系列微控制器控制大飼服電機(jī)同步印刷，具有印刷工藝簡單、自動(dòng)化程度高、印面圖案清晰美觀、印刷成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B41F33/16GK202956641SQ20122061664
公開日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者熊偉麗, 陳樹, 秦寧寧, 姚樂, 林玉惠, 徐保國 申請(qǐng)人:江南大學(xué)