基于UDP无线通信的起重量限制器控制系统的设计
武剑锋
[摘 要]起重量限制器是通过检测起吊重量，防止超载作业导致险情的称重保护装置。但目前常用的起重机称重监控系统存在不方便以及在危险的状态下不能及时发出报警信号的问题。文章以UDP无线通信协议作为模块间的数据通信协议，设计并实现了一个起重机起重量的智能控制系统。所有操作才便快捷，操作简单，而且效率高，安全性好。
[关键词]UDP;WIFI;起重量限制器;控制系统
[中图分类号]TH21 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02
Design of Lifting Capacity Limiter Control System Based on UDP Wireless Communication
Wu Jian-feng
[Abstract]Lifting capacity limiter is a kind of weighing protection device which can prevent the crane from overloading by detecting the lifting weight， also known as crane overload limiter or crane load limiter. But at present， the commonly used crane monitoring is not convenient and can not send alarm signal in time in dangerous state. Therefore， this paper uses UDP communication protocol as the data communication protocol between modules to design and implement an intelligent control system based on crane. All operations are fast， simple， efficient and safe.
[Keywords]UDP; WiFi; lifting capacity limiter; control system
本文设計并开发了一个基于UDP无线通信的智能控制系统，该控制系统能够实现现场预警报警功能和监视起重机的各项参数，详细功能包括起重质量显示、起重机额定功率显示、起重机额定质量显示、额定功率设置、额定起重量设置、倍率设置、空载功率设置、负载功率采集、负载重量设置和预警报警。与数据终端通过WiFi进行通信，考虑到UDP协议实时性更高，节省了由于连接造成的延时，传输速度更快。与TCP传输控制协议相比，UDP首部开销小，适合小数据传输的场合，可以大大提高传输效率。因此选择UDP协议作为无线传输协议。该控制系统在起重市场使用不仅方便快捷而且可以大大提高工作效率。
1 系统组成和UDP通信协议
本文专门针对起重量限制器设计了一款控制系统，可以在电子系统上进行参数设置、起重量标定、起重量显示和超载预警报警，通过WiFi方式建立通信链路。该控制系统对起重量限制器进行智能监控，包括数据监控、超载预警报警、参数设定和使用说明四个区域。选用UDP协议作为网络通信协议。UDP即用户数据包协议，对发送的数据不保证是否安全并完整的送到目的主机，UDP利用端口号为不同的应用建立各自的数据传输通道，目的端口通过接受该端口上的数据实现接收数据，能够进行多个应用通信。UDP协议是Socket传输模式中的一种，另外一个是TCP/IP协议。
1.1 UDP的通信步骤
（1）创建发送端的Socket服务对象：DatagramSocket。
（2）创建数据，并把数据打包：DatagramPacket（byte[] buf，int Length，InetAddress address，int port）。
（3）通过Socket对象的发送功能发送数据包：send（Datagram Packet p）。
（4）释放资源：close（）。
1.2 UDP接收数据的步骤
（1）创建接收端的Socket服务对象：DatagramSocket。
（2）创建一个数据包，用于接收数据：DatagramPacket。
（3）接收数据：receive（dp），dp是接收的数据包。
（4）解析数据，并显示在屏幕上。
（5）E：释放资源：close（）。
2 通信数据处理
另外一端是数据处理模块，无线网是由数据处理模块中的WiFi发出的信号，电子设备与控制系统与数据处理端建立起通话信道，即此时可以与数据处理端进行数据交换。根据实际需求考虑到端口占用问题，使用port=6001作为控制系统的数据接收端口;使用port=5001作为控制端发送数据的端口;使用WiFi模块固有的IP=192.18.4.1地址作为发送数据的目的地址。同样在数据处理终端上也有数据接收和发送模块。控制系统和数据处理终端通过这种“发送—接收”的方式实现数据的交换。
Android APP和数据处理终端通过WiFi进行数据交换，数据以十六进制指令的形式进行传递。由于该系统要发送的的数据较多，因此对指令的长度和每位十六进制的含义进行了定义如下。
指令：7E 00 05 00 0D 0 00 03 E8 00 01 00 00 00 00 7E。
指令简介：设置标定值;发送方：手机;指令码：00 05;指令长度：16。
指令详细内容：帧头（1）+命令码（2）+指令长度（2）+标定重量（4）+标定AD值（4）+校验（2）+帧尾（1）。
上面的指令是手机发送端向数据处理终端发送的指令格式，指令内容是本次发送的一条完整的指令，该指令包括的的主要内容如下。
帧头：长度为1位十六进制，指令的开始标志符7E;
命令碼：区别每条指令的识别码，长度是2;
指令长度：一条完整的指令的总长度，长度是2;
标定重量：该部分就是本次指令携带的数据，不同的指令所携带的数据是不同的，长度是4，不同的指令数据部分所占的长度不同。
标定AD值：指令的另外一个数据，所占的长度为4;
校验：网络通信校验位，所占的长度是2;
帧尾：指令的结束标志符7E，长度是1。
每一种起重限制器都有多条不同的指令，这里只列出其中一种指令的格式，其他的指令格式与其类似，只是携带的数据和数据长度以及指令的长度不同。这种指令只是在网络中传递不是真正的数据，需要经过数据转化然后再在手机上显示出来。接收和发送的数据处理方法不同。接收的数据是以十六进制的形式表示，但是需要经过转换成十进制的格式然后在控制系统上显示出来，为了区分特殊字符0x7d和0x7e，接收到指令提取数据部分首先要判断是否含有7d5e或者7d5d，如果含有则需要转成7e和7d。数据格式转换流程，从控制系统输入框输入的读取的数值在后端以字符串的形式存在，这里把字符串转成Double类型的数值然后扩大100倍，扩大后的数值转化成十六进制格式。由于每个指令中携带的每个数据的长度是固定的，所以每次输入参数时必须检查数据部分长度是否足够，本文用的数据部分的长度有2字节和4字节两种情况。如果字节数不够需要在数据部分的前端填充，例如，如果数据部分是4字节，而输入的数据只有2字节如63 DA，那么填充值后的字节就是00 00 63 DA。由于在大多链路层协议帧中FLAG字段都是0x7e，因此当这个值出现在帧内容时需要对其进行转码，另外0x7d作为异步链路中的转移字符也需要转码，转码规则是0x7E 转成 0x7D 0x5E，0x7D 转成 0x7D 0x5D。数据部分处理后把数据前的帧头、命令码和指令长度添加到数据的前端;数据后面的添加校验位和帧尾，最后组成一条完整的指令，通过WiFi发送该指令。
3 软件实现
使用eclipse开发前需要配置环境：JDK、SDK、ADT，并创建一个模拟器AVD，其中SDK版本是5.1.1，ADT的版本是24.0.2.1647631。与控制系统进行通信的另一端是udp调试软件：udp_tools和M0002，这两个软件属于数据处理终端开发软件，udp_tools主要是负责通信测试;M0002负责后期的功能测试。测试中的本地IP地址是主机连上固定无线网的IP地址，也是控制系统发送数据时的目的地址，接收的数据可在数据接收区显示;目标IP地址是控制系统连上该无线网时的IP地址，也是在数据发送区发送数据的目的地址，控制系统功能是一致的，主要是用来测试功能是否能够实现。功能模块的第三块区域是参数设置，操作人员可以直接通过控制系统对起重量限制器参数进行设置。主要包括四个参数的设置，且在传输上相互独立，因此需要独立开发、独立设计。起重限制器参数包括设置额定起重量、起重倍率、空载清零和载荷标定值。在控制系统上输入正确的数值后，点击确定按钮，通过后台一系列的数据转换后，传到起重量限制器上;起重倍率值的设定值为0～99之间的整数;空载清零主要是对起重机在空钩状态时起重量数值调零做的设计;当起重机吊起已知重量后，在控制系统输入载荷值，按下确定按钮后就完成了起重量限制器传感器的标定工作。
4 结束语
综上所述，对于起重机起重量不能对参数进行方便设置，不能及时地观测实时数据的问题，本文开发基于UDP无线通信的智能控制系统。利用UDP协议实现数据终端通信，在控制系统上可以对不同类型的起重机参数进行设置和监控，方面快捷，而且提高了操作人员的安全性。
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