-9-第4章上位機系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)4.1上位機系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計圖4.1所示為本文所提出的面向多規(guī)格螺母自動擰緊機系統(tǒng)—上位機系統(tǒng)的整體框架。首先用戶可以通過系統(tǒng)登錄界面選擇賬號注冊按鈕，進入賬號注冊界面，填寫例如姓名、性別等相關(guān)的基本注冊信息之后即可獲得登錄系統(tǒng)的合法賬號。用戶可以在登錄界面輸入注冊所得到的合法賬號進行登錄，進入到主操控界面，在相機控制功能組驅(qū)動相機，實現(xiàn)相機對工作場景的實時采集，采集到所需圖像之后，系統(tǒng)內(nèi)部會調(diào)用提前編寫好的圖像處理算法以及匹配模板，對所采集到的圖像進行處理和模板匹配，講匹配到的區(qū)域的中心坐標提取出來，自動存儲到數(shù)據(jù)庫里，同時在主操控界面的控件進行顯示。每一個所提取出的坐標值對應著一個待裝配位，用戶可在坐標值后的控件里設(shè)定裝配的扭矩值，通過C#語言里的串口類實現(xiàn)串口通信，將數(shù)據(jù)指令發(fā)送給下位機，此外點擊波形顯示控件可以顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄐ螌崟r動態(tài)。圖4.1上位機系統(tǒng)整體架構(gòu)4.2系統(tǒng)上位機功能模塊圖4.2上位機功能模塊如圖4.2所示，本文上位機系統(tǒng)的總體功能模塊主要有幾下幾部分：通信模塊，把圖像處理模塊得到的坐標信息以及用戶自己設(shè)定的扭矩信息，通過串口通信傳送給下位機，并且能夠?qū)崟r顯示傳輸時的模擬信號；系統(tǒng)管理模塊，能實現(xiàn)用戶的注冊、登錄、自動登錄、記住密碼等功能；圖像處理模塊，根據(jù)提前編寫好的算子語法和保存好的匹配模板對圖像進行處理，并進行模板的匹配，對匹配區(qū)域的坐標值進行提取，為后續(xù)的上下位機的通信提供參數(shù)；數(shù)據(jù)存儲模塊，對基本的用戶信息、采集圖像的存儲信息、匹配區(qū)域的坐標信息進行存儲，方便用戶進行查看，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的科學管理，能讓用戶對工作進行把控。4.3系統(tǒng)上位機開發(fā)環(huán)境的選擇對于本課題的上位機開發(fā)，主要選擇以VisualStudio為開發(fā)環(huán)境，用C#為開發(fā)語言，聯(lián)合HALCON視覺處理軟件以及SQLServer2016數(shù)據(jù)庫為開發(fā)技術(shù)支撐。對于上位機系統(tǒng)的開發(fā)，在市面上有很多開發(fā)平臺可以選擇，例如：VB(VisualBasic)、VC(VisualC++)、WinForm等，對于VB，雖然在它較為流行的時候，有大量的功能庫可以使用，比如典型的數(shù)據(jù)庫管理控件，但由于平臺的老舊以及basic編程語言自身的一些缺點，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人使用，而VC最大的兩點就是MFC框架，以C++類的形式封裝了WindowsAPI,并且包含了應用程序框架，對于初學者有很大幫助，但這也是它的缺點，導致使MFC開發(fā)軟件的效率較低，而WinForm是目前很流行的Windows應用程序開發(fā)平臺，現(xiàn)狀大部分應用程序都是使用WinForm開發(fā)，開發(fā)的應用程序?qū)indows所有系統(tǒng)都有非常好的兼容性，而且是基于C#語言進行開發(fā)的，C#去掉了指針的操作，語法簡潔，徹底的面向?qū)ο笤O(shè)計，具有封裝、繼承、多態(tài)的特性，遵循.NET的公共語言規(guī)范，因為公共語言規(guī)范的存在，使其包含了許多應用程序所需的一套基本語言功能，并且定義了在中間語言中使用的預定義數(shù)據(jù)類型，保證能夠與其他語言的開發(fā)的組件兼容。因此本文選擇以C#為開發(fā)語言，運用C#進行復雜自動檢測控制系統(tǒng)的開發(fā)，能夠提高開發(fā)效率和實用性，使得控制系統(tǒng)界面更加友好，易于系統(tǒng)更新升級REF_Ref24309\r\h[16]。為了方便調(diào)試、以及查看內(nèi)存和錯誤列表，選擇VisualStudio2017為開發(fā)平臺。對于圖像處理相關(guān)算子的編寫和圖像匹配模板的制作，目前市場上主流的圖像處理軟件主要有OpenCV和HALCON，OpenCV是屬于開源軟件，很多高校和科研都以它為工具來進行圖像處理，但比起HALCON，它的調(diào)試過于復雜化，而且項目開發(fā)周期過長，所以針對于本文的上位機系統(tǒng)，選擇HALOCN更為合適。HALCON是目前被廣泛使用的視覺處理軟件，它具有很多獨立的函數(shù)和底層的資料管理核心，包含了濾波、形態(tài)學計算分析、校正、分類辨識等基本的圖像計算功能，能一整套標準的機器視覺技術(shù)且能被C#等開發(fā)語言進行調(diào)用。目前，因為多CPU的計算機發(fā)展迅速，提升了計算機視覺系統(tǒng)的速度，HALCON具備的算子并行化，很好的支持了這種速度的提升。對于數(shù)據(jù)管理方面功能的實現(xiàn)，經(jīng)常被人們使用的三大數(shù)據(jù)庫分別是：MySql、SQLServer、Oracle。MySql純粹就性能而言，是相當出色的，適用于所有平臺，因為是開源軟件，版本更新也比較快，但它不支持事物處理，沒有視圖、存儲過程和觸發(fā)器，也不能完全使用標準的SQL語法，所以具有一定的局限性。與MySql在性能上平分秋色的還有Oracle，它具備了良好的兼容性、可移植性、可連接性、和高生產(chǎn)率，但缺點就是價格過于昂貴，如果不是工業(yè)領(lǐng)域極其大的項目，一般不采用。從綜合性上來講，比起以上兩個數(shù)據(jù)庫，SQLServer具有更大的優(yōu)勢，它是微軟公司推出的一套產(chǎn)品，運用SQL語句實現(xiàn)數(shù)據(jù)的插入、更新、刪除和查詢操作REF_Ref26072\r\h[17]。由于其易操作以及友好的界面，贏得了廣大用戶的青睞，而且操作安全性高，價格也相對較低，因此對于開發(fā)上位機系統(tǒng)軟件，SQLServer是一個正確的選擇。4.4系統(tǒng)管理模塊用戶注冊和登錄：在開發(fā)實現(xiàn)用戶登錄的模塊時，應該使最終設(shè)計的登錄界面簡潔、大方、操作簡單、能實現(xiàn)基本的登錄功能和輸入提示。圖4.3所示為本文所實現(xiàn)的上位機系統(tǒng)的登陸界面。第一次使用時，點擊申請賬號的按鈕就可以進入賬號申請的界面。圖4.3自動螺母擰緊機系統(tǒng)的用戶登錄界面如圖4.4所示為用戶注冊界面。用戶需在指定的控件框體內(nèi)填寫相關(guān)信息，如果格式出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)會調(diào)用MessageBox.Show（）方法來對用戶進行提醒。參數(shù)按照要求設(shè)定完畢之后，點擊注冊按鈕，系統(tǒng)會調(diào)用自定義的進行數(shù)據(jù)庫操作的方法對設(shè)定的參數(shù)插入數(shù)據(jù)庫中，其中最為核心的問題是，如果實現(xiàn)在參數(shù)插入完畢之后，系統(tǒng)會自動返回一個讓用戶能夠登錄上位機系統(tǒng)的賬號。這一核心功能的實現(xiàn)可以利用SQL語句“select@@Identityfromtb_User”（tb_User為數(shù)據(jù)庫中管理用戶信息的數(shù)據(jù)表）進行實現(xiàn)，@@Identity表示的是最近一次向具有identity屬性（identity即標識屬性，也是數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的自增列）的表插入數(shù)據(jù)時的自增值，是系統(tǒng)定義的全局變量，在數(shù)據(jù)庫的操作中，以@@開頭的一般是系統(tǒng)定義的全局變量，而以@開頭的則是用戶自定義的變量，在使用“select@@Identity”語句時，需要保證數(shù)據(jù)庫屬于連接狀態(tài)，且必須在insert插入語句之后才可以使用。在本界面實現(xiàn)的注冊功能中，編寫好插入用戶基本信息的SQL語句之后，調(diào)用command.ExecuteScalar方法，即實現(xiàn)SQL語句命令，而此方法的返回值就是插入數(shù)據(jù)時的自增值，也就是本系統(tǒng)的分配給用戶的登錄賬號是采用數(shù)據(jù)表里標識列的自增值，然后系統(tǒng)會通過MessageBox.Show方法通知用戶登錄賬號。賬號注冊成功之后，用戶就可以使用獲取的賬號和密碼進行系統(tǒng)登錄。用戶根據(jù)標簽提示在指定的TextBox控件中輸入賬號密碼，此時系統(tǒng)還會根據(jù)自定義的類方法進行輸入格式的檢測，如果格式輸入不合格要求，通過提示對話框提醒用戶按要求進行輸入。賬號密碼合法輸入之后，點擊登錄按鈕，系統(tǒng)會通過查詢SQL語句進行數(shù)據(jù)庫查詢，如果數(shù)據(jù)庫中存在對應的賬號和正確的密碼信息，則實現(xiàn)成功登錄，進入主操作界面，進行圖像處理、串口通信、數(shù)據(jù)增刪查改等功能，如圖4.5所示。此外，如果用戶選擇了記住密碼和自動登錄兩個radioButton控件，系統(tǒng)會在數(shù)據(jù)庫中更新用戶的對應字段，在下一次登陸時，會實現(xiàn)自動填寫密碼到TextBox控件以及自動登錄功能。圖4.5主操作界面用戶注銷：在登陸界面配備有實現(xiàn)用戶注銷的Button控件，點擊之后會進入如圖4.6所示的用戶注銷界面，在對應的框體內(nèi)需要注銷的賬號，點擊確認注銷則實現(xiàn)在用戶數(shù)據(jù)庫的用戶信息的刪除，實現(xiàn)用戶的注銷圖4.6用戶注銷界面用戶登錄實現(xiàn)的部分核心代碼如下：privatevoidlogin_Click（）（登錄功能的實現(xiàn)方法）{if(ValidateInput())（檢查用戶輸入信息的合法性）{stringsql="selectcount(*)fromtb_UserwhereID="+int.Parse(txtid.Text.Trim())+"andPwd='"+txtpwd.Text.Trim()+"'"（SQL查詢語句）intnum=DataOper.ExecSQL(sql);（進行SQL操作）if(num==1)（返回受影響行數(shù)）{PublicClass.loginID=int.Parse(txtid.Text.Trim());//設(shè)置登錄的用戶號碼if(remember.Checked)（檢查記住密碼控件是否被勾選）{DataOper.ExecSQLResult("updatetb_UsersetRemember=1whereID="+int.Parse(txtid.Text.Trim()));（記住密碼）if(autolgin.Checked)（檢查記住自動登錄控件是否被勾選）DataOper.ExecSQLResult("updatetb_UsersetAutoLogin=1whereID="+int.Parse(txtid.Text.Trim()));（自動登錄）}else{DataOper.ExecSQLResult("updatetb_UsersetRemember=0whereID="+int.Parse(txtid.Text.Trim()));（更新數(shù)據(jù)庫操作）DataOper.ExecSQLResult("updatetb_UsersetAutoLogin=0whereID="+int.Parse(txtid.Text.Trim()));（更新數(shù)據(jù)庫）}DataOper.ExecSQLResult("updatetb_UsersetFlag=1whereID="+int.Parse(txtid.Text.Trim()));//設(shè)置在線狀態(tài)Form_MainfrmMain=newForm_Main();//創(chuàng)建主窗體對象frmMain.Show();//顯示操作主窗體this.Visible=false;//隱藏登錄主窗體

4.5圖像處理模塊4.5.1C#聯(lián)合HALCON混合編程簡述HALCON是一款提供交互式編程的圖像處理平臺，它作為目前業(yè)內(nèi)功能最完善、效率最高的軟件之一，已被廣泛應用于機器視覺各個領(lǐng)域REF_Ref29214\r\h[18]。在其軟件中編寫好的程序可以導出為其他高級編程語言，例如可以導出為：C語言、C++、C#、VB等代碼，本文所設(shè)計的上位機是以C#為開發(fā)語言，故將HALCON程序?qū)С鰹镃#語言。當在開發(fā)平臺配置好相應的混合編程環(huán)境之后，就可以實現(xiàn)在開發(fā)平臺調(diào)用HALCON導出類的方法。在配置混合編程環(huán)境時，首先需要把窗體程序的目標框架更改為“.NETFramework4”及其以上，如果采用這個框架以下的版本，將不支持HALCON與C#混合編程。選擇框架之后，需要在解決方案資源管理器下的引用選項右擊并選擇添加引用，如圖4.7所示，將HALCON安裝包目錄下的“halcondotnat.dll”動態(tài)庫鏈接添加進來，如圖4.8所示。至此，完成了混合編程環(huán)境的配置。圖4.7添加引用圖4.8添加動態(tài)庫鏈接為了能使HALCON相關(guān)功能在VisualStudio中也能得到實現(xiàn)，還需要配置HALCON的相關(guān)控件。在“工具箱”的空白處右擊得到工具箱的屬性列表，單擊“選擇項”，在“選擇工具箱項”對話框中添加halcondotnat.dll，便將HALCON相關(guān)控件添加進VisualStudio。4.5.2圖像處理模塊的開發(fā)流程在本文所設(shè)計的上位機系統(tǒng)中，圖像處理模塊主要包含對工件圖像的采集并進行坐標識別和低于執(zhí)行部件電批頭的識別。由于HALCON屬于交互式的編程平臺，因此可以在HALCON中進行圖像處理程序的編寫，再導出為C#程序，以便再VisualStudio開發(fā)環(huán)境對整個功能模塊進行開發(fā)和完善。添加HALCON圖像處理可視化控件hWindowControl1，并在VisualStudio對整個功能模塊的實現(xiàn)程序進行調(diào)試，最后將圖像處理模塊以及界面功能實現(xiàn)程序一起進行封裝，形成可執(zhí)行應用程序。圖4.9圖像處理實現(xiàn)流程4.5.3圖像處理模塊的實現(xiàn)首先，為了可以調(diào)用HALCON導出類的屬性和方法，在VisualStudio中進行開發(fā)，需要通過usingHalconDotNet;添加HALCON的相關(guān)引用，并在主操作界面添加顯示控件hWindowControl1，如圖4.10所示。圖4.10圖像顯示控件圖像處理模塊下的主要子功能主要有：相機打開、圖像實時采集、相機拍攝+圖像處理、執(zhí)行部件電批的識別。圖4.11圖像處理模塊基本功能相機實時采集的主要核心控件是C#窗體程序中提供的timer1控件，可稱為定時器控件。可在timer1控件的點擊觸發(fā)事件中，編寫采集圖像圖像的算法，并在實時采集按鈕的點擊事件中將timer1的屬性一直設(shè)置為打開狀態(tài)，在此情況下，timer1事件內(nèi)部的圖像采集代碼將會一直不但反復循環(huán)執(zhí)行，就實現(xiàn)了實時采集的效果，如圖4.12所示。因為拍照的速度很快，人眼無法識別，所以在視覺上就給人實時動態(tài)采集的效果。圖4.12圖像實時采集效果顯示在本上位機的電批識別和相機拍攝控件的點擊事件中，分別編寫了圖像處理的算法，主要包括第三章中所進行闡述的圖像增強、圖像平滑等處理技術(shù)，并采用基于形狀的模板匹配方式，對需要提取的區(qū)域進行識別提取。如圖4.13所示，為電批頭模板匹配的制作，為了使匹配的算法更加簡潔，再考慮到本人對于圖像技術(shù)的掌握程度不足，故采用輔助模板匹配的方式，再需要識別匹配的電批頭上粘貼上寫有漢字的方形制片，并編寫識別紙片的算法，間接達到識別電批頭的效果。圖4.13電批頭匹配模板制作而對于待裝配工件的指定安裝位置的識別，根據(jù)螺栓柱的形狀特性，采用基于圓形區(qū)域形狀匹配方式，對工件的待安裝位進行匹配識別，并提取區(qū)域的中心坐標，顯示在操作界面上，如圖4..15所示。圖4.14待安裝位的模板匹配圖4.15安裝位的坐標識別4.6系統(tǒng)通信模塊4.6.1通信方式的基本介紹目前，在工業(yè)控制鄰域，常用的上位機與下位機的通信方式主要有串口232、串口485、有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi、USB通信、藍牙通信。對于方式的選擇，我們考慮的因素主要包含以下幾個方面：對無線通信的需求、防干擾需求、傳輸距離需求、傳輸速度需求、連接便捷性、通信穩(wěn)定性、傳輸數(shù)據(jù)的特點、硬件設(shè)備的特性。RS系列的232串口通信是最為常用的通信方式，大多數(shù)情況是應用在工業(yè)設(shè)備和儀器設(shè)備上，具有全雙工、接線簡單、通信穩(wěn)定、開發(fā)方便的特點，一般的單片機芯片都配有與它連接的串口，主要應用于遠距離傳輸，比如15M以上。串口485通信是對串口232通信技術(shù)的進一步優(yōu)化，采用半雙工的通信的方式，由于是使用的差分信號，所以具備抗干擾的能力，最大可達10Mb/s的傳輸速率。有線網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)構(gòu)一般應用在設(shè)備復雜的情況下，如有有多臺上位機和多臺下位機的情況，采用網(wǎng)絡(luò)連接比較適合。和232串口通信一樣，屬于全雙工通信，通過中繼器可以實現(xiàn)通信距離的擴展，甚至可以連接整個地球網(wǎng)絡(luò)，而且可對設(shè)備進行分區(qū)管理。在有線網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)，進一步簡便化實現(xiàn)的無線網(wǎng)絡(luò)通信，最大優(yōu)點就是可以實現(xiàn)自由連接，不受空間布局的影響。與此類似的，還有藍牙通信技術(shù)，它是基于低成本的近距離無線連接，適用于近距離的連接，而且手機和平板電腦都支持藍牙功能，當用手機或者平板電腦做上位機的時候，藍牙通信是一個不錯的選擇?；诮?jīng)濟性和現(xiàn)實條件的考慮，本文設(shè)計的上位機系統(tǒng)采用的是基于CH340轉(zhuǎn)接芯片的USB轉(zhuǎn)串口通信方式，硬件接口是USB接口，用于規(guī)范電腦端和外部設(shè)備的連接和通訊，是一種應用于計算機領(lǐng)域的接口技術(shù)。因為所有電腦都具備這一接口，所以連接上比較方便，而且在通信穩(wěn)定性和通信速度上也有一定的保證。4.6.2基于CH340的USB串口通信“串口”嚴格意義上來講只是一個簡稱，它的全稱是串行接口，顧名思義，就是用于接受、發(fā)送串行數(shù)據(jù)的接口。本文的上位機系統(tǒng)主要是通過PC端與基于STM32的下位機控制系統(tǒng)實現(xiàn)通信。單片機有一個全雙工的串行通信口，所以單片機和PC機之間可以方便地進行串口通信REF_Ref18610\r\h[19]。此通信方式具有一定的穩(wěn)定性，可靠性，上位機監(jiān)控軟件能夠直接監(jiān)控，操作便捷REF_Ref20126\r\h[20]。在PC端發(fā)送數(shù)據(jù)時，串行接口剛好可以實現(xiàn)將PC端來自CPU的并行數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，變成連續(xù)的串行數(shù)據(jù)進行發(fā)送，在PC端接受數(shù)據(jù)時，串行接口又可以將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)流給CPU的各電子器件，也就是一種按位（bit)進行接受和發(fā)送數(shù)據(jù)的通信方式。但出于顯示條件的考慮，因目前的電腦端設(shè)備不配備有端口進行通信，故本文所設(shè)計的上位機系統(tǒng)采用了基于CH340轉(zhuǎn)接芯片的USB串口通信方式。CH340是一個USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，主要用于USB轉(zhuǎn)串口功能的實現(xiàn)。如圖4.16所示為USB與電腦端的連接，圖4.17為USB與下位機控制器STM32的連接。如圖4.18所示為所設(shè)計上位機系統(tǒng)和同組同學所設(shè)計的基于STM32的下位機實現(xiàn)通信的框架圖。首先PC端采用USB協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機，下位機機端通過CH340芯片解析USB協(xié)議數(shù)據(jù)，并發(fā)送給微控制器。在接受數(shù)據(jù)時，PC端也通過CH340驅(qū)動解析USB協(xié)議獲取UARST數(shù)據(jù)。它實現(xiàn)了仿真標準串口，硬件上內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，采用全雙工通信，圖4.19-圖4.21分別展示了單工、半雙工、全雙工的通信模型，單工是指通信中，互相通信的兩設(shè)備只能分別擔當接收者或者發(fā)送者，身份不能發(fā)生互換。半雙工的通信使通信雙方既可以充當接收者，也可以充當發(fā)送者，但是當一方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，另一方只能接受數(shù)據(jù)。而不能發(fā)送數(shù)據(jù)。而本文采用的基于CH340的USB通信方式采用了全雙工方式，雙方可以在同一時間同時完成數(shù)據(jù)的接受的發(fā)送，很大程度上提升了通信的效率，而且能及時收到通信信息的反饋。圖4.16USB與電腦端的連接圖4.17USB與STM32的連接圖4.18通信示意圖圖4.19半雙工圖4.20全雙工圖4.21單工4.6.3通信模塊的實現(xiàn)本文的通信模塊主要以VisualStudio為開發(fā)平臺，C#為編程語言進行實現(xiàn)。主要實現(xiàn)工具有：Button、TextBox、serialPort控件。在VisualStudio的窗體應用程序中，提供了很多可視化的控件給開發(fā)者進行使用，實現(xiàn)通信的核心控件就是serialPort，嚴格意義上它屬于一個“類”，類是面向?qū)ο缶幊趟枷胫械囊粋€基本概念，可以通俗理解為對某一類特定事物的特定處理方式的集合，也可以稱之為“封裝”。serialPort類是位于System.IO.Ports命名空間下的，主要用于控制串行端口的數(shù)據(jù)資源。圖4.22串口通信流程圖4.23通信界面（實時獲取了執(zhí)行機構(gòu)運動狀態(tài)）圖4.22和圖4.23所示分別為通信模塊的工作流程以及工作界面。首先，運用serialPort（）這個類初始化SerialPort類的新實例，這個初始化的新實例就可以調(diào)用類下的方法，或者設(shè)置屬性。首先，我們可以通過界面的掃描控件調(diào)用SerialPort這一類下所提供的SerialPort.Open方法，這個方法專用于打開新的端口（引文本文采用了CH340轉(zhuǎn)接芯片，可以實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口，所以界面上任會顯示COM端口），并把獲取的可用端口顯示在TextBox控件。端口獲取成功之后，點擊打開串口控件，調(diào)用用SerialPort.PortName這一屬性來獲取和設(shè)置端口號，并將端口號通過TextBox控件顯示在界面上，如果因為硬件因素或者人為原因?qū)е露丝诖蜷_不成功，將會通過MessageBox類下的Show方法進行報錯提醒。串口初始化完成之后，通過點擊發(fā)送按鈕，系統(tǒng)就會調(diào)用串口通信SerialPort這一類下的serialPort1.Write方法，實現(xiàn)將圖像處理模塊識別出的坐標信息以及用戶自己設(shè)定的扭矩值傳輸給下位機系統(tǒng)。4.7數(shù)據(jù)管理模塊在數(shù)據(jù)管理功能模塊方面。主要包含了用戶信息、圖像存儲信息、裝配坐標信息的管理。并且在主操作界面可以通過相關(guān)控件實現(xiàn)都數(shù)據(jù)表的增刪查改功能。表4.1用戶信息表字段名類型空Key默認說明IDint否是0賬號Pwdvarchar否0密碼Sexnchar否0性別Ageint否0年齡Rememberint否0記住密碼AutoLoginint否0自動登錄Flagint否0在線表4.2采集圖像文件信息字段名類型空Key默認說明FileNamevarchar否是0文件名FilePathvarchar否0路徑Filelengthint否0文件長度CreationTimevarchar否0創(chuàng)建時間

表4.3裝配坐標信息字段名類型空Key默認說明IDint否是0標識號[X-Coordinate]float否0X坐標[Y-Coordinate]float否0Y坐標Torqueint否扭矩值Timevarchar否裝配時間表4.1-表4.3所示為本文上位機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計，對必要信息進行了科學有效的管理。在用戶登錄界面通過用戶注冊和用戶注銷可以實現(xiàn)對用戶的信息的更新與刪除，具體實現(xiàn)方法已在系統(tǒng)管理模塊的實現(xiàn)部分進行了詳細說明。在圖像處理之后，如需保存數(shù)據(jù)，可以點擊數(shù)據(jù)管理模塊的數(shù)據(jù)更新控件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫中。查看實時系統(tǒng)工作的裝配信息，可以通過數(shù)據(jù)查看控件，系統(tǒng)會通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫操作類中的SqlDataAdapter類，并進行實例化，建立起用于顯示數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的dataGridView1控件與數(shù)據(jù)源之間的連接。SqlDataAdapter類會識別用戶指定的SQL查詢語句，執(zhí)行查詢命令，并將查詢結(jié)果返回給一個DataSet數(shù)據(jù)集，DataSet數(shù)據(jù)集可以理解為系統(tǒng)在內(nèi)存中開辟的獨立的用于接受數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表信息的一片內(nèi)存，主要用于充當dataGridView1控件和數(shù)據(jù)源之前溝通的橋梁，控件和數(shù)據(jù)源可以通過它進行數(shù)據(jù)交互，當DataSet數(shù)據(jù)集接收到數(shù)據(jù)時，只需將dataGridView1控件的數(shù)據(jù)源屬性指定為DataSet數(shù)據(jù)集中的相關(guān)數(shù)據(jù)表，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢的可視化。數(shù)據(jù)的刪除操作則可以通過基本的SQL刪除語句指定數(shù)據(jù)庫操作命令，就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫對應數(shù)據(jù)的實時刪除，再加上刷新dataGridView1控件的刷新程序，則更新的數(shù)據(jù)也能實時更新到人機交互界面。4.8本章小結(jié)在前幾章對本文上位機系統(tǒng)設(shè)計所涉及到的相關(guān)技術(shù)進行詳細介紹之后，本章在此基礎(chǔ)上主要著重于對功能實現(xiàn)方面的闡述，分別對系統(tǒng)管理、圖像處理、通信模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等功能模塊的實現(xiàn)方法以及具體實現(xiàn)細節(jié)、實現(xiàn)效果分別進行了展示和詳細說明。

經(jīng)濟性分析5.1經(jīng)濟因素分析經(jīng)濟性分析的目的是在于進行開發(fā)設(shè)計之前，對已有的方案進行初步評估，在可行性和經(jīng)濟效益進行對比，而從擇優(yōu)選擇出一個較良好的方案用于實際的工作開展。本位所設(shè)計的是面向多規(guī)格螺母自動擰緊機系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)，在硬件的選擇上，首先是為了滿足系統(tǒng)圖像處理功能模塊的實現(xiàn)，其中最為重要的就是相機的選型。目前，市場上較為知名的工業(yè)相機企業(yè)主要有德國的AlliedVision、BASLER、映美精、IDS等，在國內(nèi)的工業(yè)自動化領(lǐng)域，使用的工業(yè)相機大多數(shù)都是以上提到企業(yè)的進口產(chǎn)品，其中售價最高的是AlliedVision的工業(yè)相機，跟隨其后的是BASLER和IDS，最后是映美精。在相機的制作上，AlliedVision的技術(shù)相對于其他制造商更勝一籌，目前在工業(yè)相機這一產(chǎn)品上，能實現(xiàn)的最小制造尺寸，就出自于AlliedVision，而且其相機系列也相對更全面，品質(zhì)也是處于領(lǐng)先地位，一般適用于對于經(jīng)濟成本沒有要求的高端用戶。對于最早引進國內(nèi)的BASLER品牌相機，它在線陣掃描系列相機上具有一定的優(yōu)勢，適用于對速度和分辨率要求較高的客戶。從性價比上來看，最高的是映美精，但缺點就是系列不夠全面。近幾年，隨著機器視覺技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)也興起一批工業(yè)相機的制造商，大恒，凌云，北京微視新紀元、深圳邁德威視等，因為本文所設(shè)計的上位機系統(tǒng)處于初次開發(fā)與設(shè)計階段，首要目的是功能的實現(xiàn)，性能優(yōu)化暫且不予考慮，圖像采集硬件上的要求不需要過高，因此本文上位機系統(tǒng)選擇的是邁德威視工業(yè)相機，在保證滿足功能需求德前提下，還節(jié)約了經(jīng)濟成本。數(shù)據(jù)管理模塊的實現(xiàn)是需要考慮經(jīng)濟因素的另一方面。對于數(shù)據(jù)管理方面功能的實現(xiàn)，經(jīng)常被人們使用的三大數(shù)據(jù)庫分別是：MySql、SQLServer、Oracle。MySql純粹就性能而言，是相當出色的，適用于所有平臺，因為是開源軟件，版本更新也比較快，但它不支持事物處理，沒有視圖、存儲過程和觸發(fā)器，也不能完全使用標準的SQL語法，所以具有一定的局限性。與MySql在性能上平分秋色的還有Oracle，它具備了良好的兼容性、可移植性、可連接性、和高生產(chǎn)率，但缺點就是價格過于昂貴，如果不是工業(yè)領(lǐng)域極其大的項目，一般不采用。從綜合性上來講，比起以上兩個數(shù)據(jù)庫，SQLServer具有更大的優(yōu)勢，它是微軟公司推出的一套產(chǎn)品，由于其易操作以及友好的界面，贏得了廣大用戶的青睞，而且操作安全性高，價格也相對較低，因此對于開發(fā)上位機系統(tǒng)軟件，SQLServer是一個正確的選擇。5.2本章小結(jié)本章主要以本文設(shè)計的上位機系統(tǒng)中的軟硬件為例，提出了不同的功能實現(xiàn)方案，并進行分析對比，最總擇優(yōu)選出較為適合本文所設(shè)計系統(tǒng)的方案。

第六章總結(jié)與展望實現(xiàn)工業(yè)自動化是提升工業(yè)制造、生產(chǎn)、裝配以及解放人工勞動力的唯一途徑。為滿足企業(yè)的需求，廣泛查閱資料以及閱讀相關(guān)國內(nèi)外文獻，了解國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，依據(jù)現(xiàn)有的研究方法和技術(shù)路線，結(jié)合前人的研究案例，確定出本文所設(shè)計上位機系統(tǒng)的設(shè)計方案，根據(jù)工業(yè)需求，明確出系統(tǒng)所需的功能模塊，并對實現(xiàn)方案進行深入研究。結(jié)合上位機和下位機的通信特點和圖像處理的技術(shù)方法，以VisualStudio為開發(fā)平臺，運用C#語言結(jié)合HALCON圖像處理函數(shù)庫、SQLServer數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)出一套面向多規(guī)格自動螺母擰緊機系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)。結(jié)合CH340轉(zhuǎn)接芯片的特點，實現(xiàn)上位機與基于STM32的下位機進行通信，實現(xiàn)了坐標信息以及扭矩值的傳送，在一定程度上實現(xiàn)了裝配的自動化，對今后的二次開發(fā)以及功能優(yōu)化，具有必要的指導作用。對于此上位機系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，本文完成的工作內(nèi)容如下：針對本上位機系統(tǒng)的用戶界面設(shè)計，利用C#語言的窗體程序?qū)崿F(xiàn)了基本的用戶注冊、用戶登錄、用戶注銷、切換用戶，在主操作界面，通過控件設(shè)計了簡潔、大方、直觀的操作界面，可實現(xiàn)可視化數(shù)據(jù)管理、扭矩值參數(shù)設(shè)定，為用戶提供了友好的人機交互環(huán)境。采用HALCON圖像處理軟件，對圖像處理以及模板匹配模塊的算法進行編寫，并導出為C#程序，在VisualStudio開發(fā)環(huán)境下，采用混合編程的方式，對圖像處理功能模塊進行了實現(xiàn)。通過C#高級編程語言，以serialPort1類為技術(shù)核心，編寫與基于STM32的下位機通信的程序，實現(xiàn)坐標數(shù)據(jù)以及設(shè)定扭矩值的傳輸。結(jié)合C#語言和SQLServer數(shù)據(jù)庫，以SQL語句為操作中介，實時用戶信息、圖像存儲信息、實施裝配信息的科學管理。除了以上功能的實現(xiàn)，由于時間和經(jīng)驗的不充足以及本人實力的欠缺，此上位機系統(tǒng)仍然存在不足，需今后進行優(yōu)化。結(jié)合目前的實現(xiàn)成果，可以提出的改進點有以下幾個方面：圖像采集硬件和圖像處理算法的優(yōu)化：對于本上位機系統(tǒng)，坐標點提取的精確程度決定了整個系統(tǒng)的可靠性，所以對于圖像質(zhì)量的要求很高，在今后的工作中，可以先從硬件設(shè)施上給予優(yōu)化，高質(zhì)量的圖像可以降低圖像處理算法編寫的難度，也更有利于算法性能的優(yōu)化。自動化程度：結(jié)合目前實現(xiàn)的功能效果上看，還并未實現(xiàn)工件裝配的全自動化，今后可以從實時采集獲取執(zhí)行機構(gòu)運動位置的方向進行研究，實現(xiàn)裝配全自動、檢錯反饋全自動。-46-參考文獻呂淑芬.定扭矩電動扳手扭矩值的設(shè)定及使用[J].化工管理,2013(4):32-32,34.DOI:10.3969/j.issn.1008-4800.2013.04.027MATSUMURA,M.,ITOU,S.,INSTITUTEOFELECTRICANDELECTRONICENGINEER.Tighteningtorqueestimationofascrewtighteningrobot[C].//RoboticsandAutomation,1995.Proceedings.,1995IEEEInternationalConferenceonvol.2.1995:2108-2112.LAM,HAK-KEUNG,ALTHOEFER,KASPAR,SECCO,EMANUELELINDO,etal.AccurateBoltTighteningUsingModel-FreeFuzz