1、应用在RP设备中的GPRS远程控制系统摘 要： 本文介绍了以 VC+作为编程工具，在GPRS网络环境下，通过Winsock接口编程开发的基于快速原型制造设备的GPRS网络远程控制系统。实现了远程控制中心与多个快速原型设备终端间.及时准确地。无线通信和控制，而且系统的造价低、易于维护和推广。关键词：GPRS；远程控制；Winsock；VC+；快速原型设备Application of A GPRS Network Control System on Rapid Prototyping ApparatusAbstract: A GPRS network control system based on
2、 rapid prototyping apparatus in Visual C+ is introduced, which is accomplished between the upper and lower computers with Winsock control by the network based on the technology of GPRS. The wireless communication and control between the remote control center and a number of rapid prototyping apparat
3、uses accurately in time are realized. Furthermore, it has such advantages as low cost and easy to maintain and promote. Key words: GPRS；remote control ；Winsock；VC+；rapid prototyping apparatus1 引 言 快速原型制造技术（Rapid Prototyping 简称 RP）产生于 20 世纪 80 年代，它与传统的模具、零件制造技术不同，直接使用计算机辅助设计（CAD）数据采用逐点或逐层成型方法自动制造物理模型
4、、模具和零件，是一种全新概念的制造技术。RP 技术能显著地缩短产品投放市场的周期，降低成本，提高质量，增强企业的竞争能力，是 20 多年来制造领域的一次重大创新。 自 1986年 Charles Hull 开发了世界上第一套快速原型装置以来。此后的 10 年间，RP 技术的研究和开发工作开展得如火如荼。美国、日本及欧洲发达国家已将 RP 技术应用于航空、宇航、汽车、通讯、医疗、电子、军事装备、建筑模型、机械行业等。例如美国的MIT、 Stanford、U.C.Berkely 等众多高等学府和研究机构均从事这方面的研究和开发工作。国内 RP 技术的研究从 1991 年开始，清华大学、华中科技大学
5、、西安交通大学、上海交通大学等在成型理论、工艺方法、设备、材料、软件等方面做了大量的研究开发工作。目前快速原型制造技术作为一门多学科交叉的专业技术，不仅推动其本身的发展，也推动相关技术、产业的发展。发展桌面系第 2 页统，实现 RP 技术远程控制已成为 RP 技术发展的热点。远程控制技术是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。许多高等学府和国际组织，如 MIT、Stanford、MIMOSA (Machine Information Management Open System Alliance)、SMFPT (Society for Machinery Failure Preven
6、tion Technology)、COMADEM (Condition Monition an Engineering Management)等，纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在它们的产品中加入了 Internet的功能，如 Bentley 公司的计算机在线设备运行监测系统 DataManager200，可以通过网络动态数据交换(NetDDE)的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的 National Instruments 公司也在它的产品LabWindows/CVI 以及 LabVIEW 中加入了网络通讯处理模块，因而
7、可以通过WWW、FTP、E2mail 方式在网络范围内进行控制数据的传送。法国 ALARM 研究组对生产过程的智能报警和控制系统进行了长期研究，并在多个项目中得到了应用。国内对于远程控制技术也开展了积极的研究。目前西安交通大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果，如西安交通大学研制的大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统 RMMD、华中科技大学开发的汽轮机工况监测和诊断系统 KBGMD、哈尔滨工业大学的微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统 MMMDES 等。GPRS(General Packet Radio Service，通用无线分组业务)
8、是 GSM Phase2+ (1997 年)规范实现的内容之一，能给用户提供端到端的、广域的无线 IP 连接。把它与传统控制系统相结合即发展出 GPRS 网络环境下的无线远程控制系统。本文所述的基于快速原型制造设备的GPRS网络远程控制系统，以 VC+作为编程工具，在GPRS网络环境下，通过Windows Sockets（简称Winsock）接口编程可以方便地开发出计算机串口的通信程序，从而实现远程控制中心与多个快速原型设备终端的无线通信和控制，而且系统的造价低、易于维护和推广。2 GPRS远程控制系统的结构第 3 页图1 GPRS远程控制系统结构图在远程控制中心（客户端）确认用户名、密码、I
9、P 地址、通信端口号符合规定后，客户端运行主程序。当工作人员在主程序界面上按下控制面板上具体动作的按钮时，远程控制中心通过GPRS网络将表示此指令的一帧数据传送给要控制的快速原型制造设备（服务器）终端，上位机通过串口对下位机发送指令，使设备做出相应动作，终端采集现场数据，返回一帧数据给上位机，上位机接收到数据后，再将相应的数据和状态通过GPRS网络输出到远程控制中心。 3 GPRS远程控制系统的设计3.1 GPRS网络环境的实现传统的GSM 网络仅能以 9.6Kbit/s速率的数据传输业务，这远远不能满足用户对高速无线数据业务的需求。GPRS 数据传输最高理论值可达171.2kbit/s。实际
10、使用中一般能达到2040kbit/s ，从而使得包括图片、话音和视频的多媒体业务在无线网络中的传输成为现实。GPRS采用分组交换技术、在通信的过程中不需要建立和保持电路，符合数据通信突发性的特点，并且呼叫建立的时间很短。GPRS根据用户实际的数据流量来计费，这样就允许用户始终在线，享受方便快捷的服务。GPRS可以采用TCP/IP协议或UDP协议传输数据，工作方式都是以IP地址寻址为基础的。利用GPRS组建的无线通信系统具有造价低、易于推广和维护、无制约、可靠性高、稳定性好、接入速率高等优点。所以，将GPRS 应用于远程控制系统进行通信是理想的选择。GPRS网络远程控制系统的开发采用德国西门子公
11、司的MC35T GPRS无线通信模块来构建无线网络环境。SIEMENS MC35T是一款支持GPRS Class8的高速无线通信终端，它提供了一个RS232串口、一个SIM 卡槽、一个直流电源接口、一个耳机兼麦克风接口和一个天线接口。本系统在 Windows 环境下为串口安装了一个符合设备需求的标准 MODEM 并设置好相应的“最高端口速度” ，在“Extra initialization”对话框中键入对 PDP 环境设置的 AT 操作指令“at+cgdcont=1, “ip“,“ 第 4 页cmnet “”（cmnet 是中国移动提供的接入点名(APN)） 。这样就新建了一个使用上述标准串口
12、 MODEM 的拨号连接，根据中国移动规定，使用的号码是“*99*1#” ，用来呼叫请求建立 GPRS 连接。3.2 远程控制技术的实现远程控制技术的原理是采用一种Client/Server（客户机/服务器 简称 C/S）模式，即由一台联网的主机来操纵联网的另一台或多台主机。客户机程序安装在主机端，服务器程序安装在远程端。这样，主机中系统操作软件启动时，客户机控制程序作为常驻主机内存的程序同时启动，监视和控制服务器端设备工作情况同时接受远程客户端发来的各种命令。如果此时启动远程端的服务器程序，就可以直接控制主机端。远程控制中心（客户端）可用普通微机、工作站或工控机实现，软件开发基于现有的 Wi
13、ndows或 Unix 操作系统，它作为整个系统运作的核心，需要有固定的 IP 地址和端口号。服务器端的设计实现则根据不同的应用目的和应用环境，采用特定的技术形式，它作为服务器终端，具备公网动态分配的 IP 地址即可。远程控制系统的设计开发可以通过Winsock 网络编程接口实现。Winsock 是以U.C. Berkeley 大学 BSD UNIX 系统中流行的Sockets 接口为原则定义的一套Microsoft Windows 环境下网络编程接口。它不仅包含了人们所熟悉的Berkeley Sockets 风格的库函数；也包含了一组针对 Windows 的扩展库函数，使程序员能充分地利用
14、Windows 消息驱动机制进行程序的开发。Microsoft 定义这个程序接口的原则在于提供给应用程序开发者一套简单的 API，并让各家网络软件供应商共同遵守。它可利用多种编程工具进行研制开发。如Inspire 公司的 Delphi、Microsoft 公司的Visual Basic、Visual C+、Java 以及PowerBuilder 5.0 等。本系统采用 TCP/IP 协议传输数据，工作方式以 IP 地址寻址为基础，设置远程控制中心（客户端）IP 地址为 192.168.0.12，服务器端口和客户端口是用于通信的端口，设置为不和已使用端口冲突的端口，端口号5000。本系统控制中心
15、和服务器端程序的设计开发是在 Windows 环境下通过 Winsock网络编程接口实现的。3.2.1 服务器端程序的实现Microsoft Visual C+的 MFC 类库提供了两个 Socket 类：CAsynSocket 类：封装了Winsock API，编程比较繁杂，需编写低层函数进行通信操作；CSocket 类：由CAsynSocket 类派生出的高级抽象，不需对第 5 页低层函数进行操作，编程比较简便，通常和另一个相关的类 CSocketFile 类一起用。根据网络远程控制技术和快速原型制造技术的特点，远程控制系统采用 VC+中的CSocket 类、CSocketFile 类、C
16、Archive 类（管理低层的功能）来实现网络远程通信。Winsock 接口编程模型如图 2 所示，服务器端程序必须首先启动，直到它执行完accept()调用，进入等待状态后，方能接收客户端请求。假如客户端程序在此前启动，则 connect()将返回出错代码，连接不成功。图 2 Winsock 接口编程模型图为了能够对并发的请求进行处理，服务器端首先构建两个新的 Socket，其中CClientSocket 负责与不同的客户端进行连接，发送和接收信息；CListenSocket 负责侦听不同客户端的连接请求。另外，程序既要调入（收到）数据又要存储（发送）数据，所以创建两个 CArchive 对
17、象。收到数据由CArchive:load 属性创建，发送数据由CArchive:store 属性创建。服务器端一直处在侦听、发送和接收数据的状态下，需要完成许多动作。包括：对客户端的身份认证、接收客户端发送的指令、执行客户端发送的指令、向客户端发送消息等。本系统根据动作具体情况，给它们定义了不同的函数来完成，如接收客户端发送的指令定义了 CServerDlg:OnAccept()函数来完成，在服务器端接收客户端指令的同时，发送服务器端状态到客户端；执行客户端发送的设备动作指令定义了CServerDlg:CtrlOperation()函数来完成，用Switch 循环语句完成对设备不同动作的控制。
18、3.2.2 远程控制中心程序的实现远程控制中心的设计相对于服务器端的设计开发来讲较为简单，主要集中在应用程序的设计开发上，采用 CSocket 类、CSocketFile 类、CArchive 类结合实现的。客户端首先创建一个 CServerSocket，用来接收和执行客户端发送的指令。调入（收到）数据由 CArchive:load 属性创建，存储（发送）数据由 CArchive:store 属性创建。第 6 页客户端在服务器端进入侦听状态后，向服务器端发送连接请求，获得远程控制中心的用户名、密码、IP 地址、通信端口号，如果密码与预设密码一致，则进入客户端程序主界面。在主界面中，可以通过多个
19、控制按钮具体控制设备的动作。以送纸辊右点动为例，服务器端在执行客户端发送的送纸辊右点动指令后，向客户端发送送纸辊右点动成功信息用 CRCtrlCenterDlg:OnOKSRMove()函数来完成。4 GPRS远程控制系统的测试首先启动快速原型设备进行预热并启动服务器 HRP2001 程序。弹出对话框，要求客户输入通信端口号。当输入的通信端口号属于许可范围，服务器则一直处于侦听状态。运行客户端程序，在客户端程序初始界面（如图 3 所示）上输入用户名、密码、IP地址、通信端口号后，如果密码与预设密码一致，则进入客户端程序主界面。图 3 客户端程序初始界面在控制面板上，以送纸辊右点动操作为例：在控
20、制面板上按下送纸辊右点动按钮，客户端向服务器端发送控制指令，服务器端接收到客户端的控制指令后，能够直接控制快速原型设备送纸辊的动作，并用消息框通知客户端“送纸辊点动成功！” （如图 4 所示） 。图 4 客户端控制面板操作界面5 结束语快速原形技术作为一门多学科交叉的专业技术，不断推动着相关技术、产业的发展，实现 RP 技术远程控制和远程制造已成为RP 技术发展的热点。GPRS 具有移动通信、费用低廉、时时在线、快速登录、高速传输、组网灵活、信道保障、按量收费等优点，利用它建立的无线控制系统科技含量高、稳定性强、造价低、易于推广和维护。本系统成功地实现了远程控制中心与多个快速原型制造设备终端的
21、无线通信和控制，而且系统的建设费用低，易于维护和推广，为将来系统第 7 页升级打下良好的基础。参考文献：1 Paul F.Jacobs, ph.D. Rapid Prototyping & Manufacturing, Fundamentals of stereoLithographyM. Published by the Society of Manufacturing Engineers, 1992, First Edition.U.S.A.2 卢清萍.快速原型制造技术M. 高等教育出版社.2001.3 邓全良.Winsock网络程序设计DB/OL.SS: 11127711,2002,54
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