基于GL studio的起重机液压系统故障诊断仪设计

基于GL studio的起重机液压系统故障诊断仪设计
田兴明;李文峰;于少萌
【期刊名称】《电子世界》
【年(卷),期】2019(000)007
【总页数】2页(P180-181)
【作者】田兴明;李文峰;于少萌
【作者单位】江苏宏昌天马物流装备有限公司;江苏宏昌天马物流装备有限公司;江苏宏昌天马物流装备有限公司
【正文语种】中文
起重机的工况较为复杂，需要定期进行维护尤其是液压系统部分，这就需要设计开发起重机液压系统故障诊断仪。

首先给出液压系统故障诊断仪的总体框架；其次，给出基于STM32的硬件采集模块的原理框图及通信过程；再次，给出GLstudio 的应用场景、开发过程，简单分析源码结构，最后以液压的流速参数为例简述GL studio的开发过程，表明GL studio的可行性和便捷性。

本液压系统故障诊断仪可为其它相关系统提供实际参考。

1.引言
起重机常工作在工况复杂的场景，在恶劣环境下执行任务，这种情况下需要定期对其液压系统进行检测、检修，以保证各项指标处于正常状态。

目前在设计阶段就将传感器埋入液压系统内部，故而基于这种状态可进行起重机液压系统故障诊断仪设计。

在传感器内埋的情形下，硬件设计就较为简单，但如何将采集的数据进行处理、显示则是该故障诊断仪的主要工作。

为此硬件部分采用STM32作为采集装置，通过连接内埋的传感器进行数据采集，然后进行帧编码后发往上层软件；上层软件的显示部分采用GL studio进行编写绘制，可加快开发速度，且美观，具有良好的人机特性。

STM32是ST公司设计生产的一块M3内核的芯片，该芯片片上资源丰富，工业封装可满足较为恶劣的环境，且相关技术资料、文档较为丰富，为此选择STM32作为采集核心，采用IIC、SPI、GPIO等资源对接内埋的传感器。

GLstudio是美国DISTI公司开发的为仪表仿真提供的整套解决方案，本质上是对OPENGL的封装，能够构建实时的照片级的交互界面的能力，能够通过其提供的API进行进行各项参数的修改，广泛应用于飞机、坦克、舰船、高铁等应用场景（谈卫，飞机座舱内部装饰对飞行员视觉工效的影响研究：南京航空航天大学，2016），主要承担显示界面的开发工作。

利用STM32的片上资源丰富、资料例程的优势，结合GL studio的快速开发构建照片级显示界面的特点，设计开发起重机液压系统故障诊断仪，为起重机的液压系统的检修提供可视化的工具和手段。

2.系统总体设计
整个系统从硬件角度分为3部分，第一部分为内埋的传感器组件，第二部分是基于STM32的采集装置，第三部分是工控机。

内埋的传感器组件是在起重机液压系统设计和安装时就已确定，第二、第三部分是系统中需要设计的部分。

第二部分的STM32采集装置是利用片上资源与内埋的传感器进行通信（张旭，亓学广，李世光，等.基于STM32电力数据采集系统的设计：电子测量技术，2010），涉及的片上资源有：GPIO口、IIC、SPI、ADC，与上层应用的采用TCP/IP协议进行通信，串口作为信令口沟通，保持长连接。

第三部分的工控机（凌海风，高亚明，韩军，等.工程车辆液压系统检测仪的关键技术及实现：液压与气动，2006）主要使用串口与STM32进行信令通信，使用网口与STM32进行数据通信，其中网口接收的数据中的液压系统指标参数部分则采用GL studio进行显示开发。

整个系统的总体架构图如图1所示。

图1 起重机液压系统故障诊断仪总体架构
在STM32上电后，第一步进行自检及初始化，判断自身的状态；第二步，进行内埋传感器的连接，并将结果进行暂存；第三步，获取网口的IP地址、子网掩码等信息暂存；第四步，接收到工控机通过串口下发的通信信令后将缓存的信息通过串口进行上传；第五步，接收到工控机通过网口下发的通信信令后进行传感器参数上传。

具体的通信过程如图2所示。

3.基于GL studio的界面开发
GL studio主要用于飞机、坦克、舰船、高铁等驾驶舱中的显示界面的绘制，具有很高的可靠性，新版甚至通过了DO-178的认证，其提供众多的图元，通过组合各图元并使用照片进行界面的开发。

利用GL studio的主要开发过程为：第一步，分析待绘制的界面，得出界面内基本元素；第二步，根据基本元素进行图元选择、纹理绘制、图元构建、元素命名；第三步，对元素进行动、静态分析，对于动态元素进行代码、属性方法、回调函数的添加；第四步，进行代码的调试与修改。

具体的开发过程（谈卫，孙有朝，面向显示界面工效研究的飞机座舱仿真系统：计算机系统应用，2016）如图3所示。

图2 STM32与工控机的交互过程
图3 基于GL studio的开发过程分析
GL studio环境提供了所见即所得的功能，其能够直接进行界面的绘制，在绘制完毕后进行代码的生成，生成后利用其提供的VS模板即可运行。

其在生成代码时可
选组件模式或独立模式，组件模式能够作为插件插入独立模式中运行，独立模式与组件模式的区别在于能生成了main函数。

程序启动的过程：
A．利用Instance()-＞ReadCommandLine();函数生成交互实例；
B．创建界面对象，并设定窗口名称、大小、位置；
C．逐个创建图元，遇到组件的也进行组件的创建；
D．随后进行首次界面的绘制；
E．启动定时器，按照既定的刷新周期进行周期刷新，组件也独立刷新；
F．周期刷新、界面重绘。

由于GL studio一般是使用单线程进行运行，随着图元的增加、回调函数的编写，极有可能影响效率，此时可以使用自带的快捷键进行效率测试。

测试的方法是：打开已编译完成的exe，在打开后按S键即可进行绘制帧率、延时等参数的查看。

弹出的界面如图4所示。

图4 GL studio绘制效率查看
4.基于GL studio的流速界面实例
流速是液压系统的一项重要指标，采用如图1（左）的表现形式进行显示，图1（右）进行了元素的分析，将其分解为5个图元。

具体如图5所示。

图5 流速元素实例
图5中元素1是使用文本框配合矩形图元组合而成的；元素2是使用圆和角度盘图元、文本框组合而成；元素3是文本框；元素4是使用两个三角图元组合而成的；元素5是使用线条拼合而成的。

图5中元素1、元素4、元素5为动态元素，其余元素为静态元素，元素1进行数字的显示，元素4围绕旋转点（圆心）进行旋转，元素5围绕旋转点（圆心）进行旋转。

实现元素1所使用的API函数是String()进行文字的刷新，元素4、5所使用的
API函数是Rotate()进行旋转。

5.总结
起重机的工况较为复杂，必须定期维护液压系统部分，为此设计开发起重机液压系统故障诊断仪。

首先给出液压系统故障诊断仪的总体框架，说明了系统所包含的三部分；其次，给出基于STM32的硬件采集模块的原理框图、所需的片上资源、通信过程；再次，给出GL studio的应用场景、开发过程，简单分析源码结构，最后以液压的流速参数为例简述GL studio的开发过程，表明GL studio的可行性和便捷性。

本故障诊断仪可为其它相关系统提供实际参考。