CN108044942A - 一种3d巧克力打印机组群的集中控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印机及控制系统，具体涉及一种3D巧克力打印机组群的集中控制系统及其控制方法，属于机械自动化控制技术领域。控制系统包括：客户端组群、通讯中心、集中控制中心和3D巧克力打印机组群，客户端组群包括m个客户端口，通讯中心包括无线路由器，集中控制中心包括服务器控制端和数据库中心，3D巧克力打印机组群包括n个3D巧克力打印机，每个客户端口分别与通讯中心建立通信连接，所述通讯中心与集中控制中心的服务器控制端建立双向的通信连接，服务器控制端双向连接数据库中心，每台3D巧克力打印机分别与通讯中心建立连接。控制方法为：客户端口通过服务器控制端向3D巧克力打印机发送控制指令，实现3D巧克力打印机组群的集中控制。

Description

一种3D巧克力打印机组群的集中控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及3D打印机及控制系统，具体涉及一种3D巧克力打印机组群的集中控制系统及其控制方法，属于机械自动化控制技术领域。

背景技术

3D打印机出现在上世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。这一技术如今在多个领域得到应用，人们用它来制造食物、服装鞋帽、建筑模型、汽车、人体骨骼和血管等，3D系统公司负责全球市场营销的副总裁凯西·刘易斯接受微软-全国广播网采访时说：“有了3D打印，一切不再复杂，3D打印机几乎可以创造任何东西。”

一些国家的研究人员不约而同地研发食物打印机。美国康奈尔大学研制的食物打印机主要由注射器构成，使用奶酪、巧克力、蛋糕糊等特殊“墨水”。使用者按下“打印”键后，食物打印机依照电子图纸，将注射器内各种食材制成的“墨水”按照行列、层叠顺序依次“打印”。电子图纸如同食谱，精准规定注射器“喷墨”先后顺序以及各种食材如何分布堆叠，英国埃克塞特大学研究人员自2012年推出世界首台3D巧克力打印机原型机后不断改进，使巧克力爱好者可以制作专属巧克力，但是，目前的3D巧克力打印机操作过程中，存在诸多问题，如：一台3D巧克力打印机单独工作时实际打印时效率比较低；多台同时作业时，每台机器都需要专人负责，需要的人力就比较大；3D巧克力打印机工作时，关于每台机器的调零参数、历史打印信息都需要手动记录；3D巧克力打印时，需要手动从机器中拔出存储卡，然后通过电脑将所需要打印的文件存储到存储卡中，最后再插入原机器，该过程十分费时，进一步降低了3D巧克力打印机的工作效率。

发明内容

本发明的针对上述问题，提供一种能提高工作效率的3D巧克力打印机组群的集中控制系统。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种3D巧克力打印机组群的集中控制系统，包括：客户端组群、通讯中心、集中控制中心和3D巧克力打印机组群，所述客户端组群包括m个客户端口，所述通讯中心包括无线路由器，所述集中控制中心包括服务器控制端和数据库中心，所述3D巧克力打印机组群包括n个3D巧克力打印机，每台3D巧克力打印机设置有控制器，所述控制器包括Wifi模块；

每个客户端口分别与通讯中心建立通信连接，所述通讯中心与集中控制中心的服务器控制端建立双向的通信连接，所述服务器控制端双向连接数据库中心，每个3D巧克力打印机分别与通讯中心建立连接。

一种在上述3D巧克力打印机组群的集中控制系统上实现的控制方法，其特征在于，具体为：

通讯网络的建立：

步骤1、首先对3D巧克力打印机组群中的每台3D巧克力打印机以及客户端组群的每台客户端口进行无线网络设置，设置默认连接网络为通讯中心建立的网络，令每台3D巧克力打印机和每台客户端口默认连接到通讯中心的无线路由器；

步骤2、设置服务器控制端的默认连接网络为通讯中心建立的网络，令服务器控制端默认连接到通讯中心的无线路由器；

步骤3、每台3D巧克力打印机开机后，连接到无线路由器，客户端组群中的每台客户端开启后自动连接到无线路由器；

步骤4、集中控制中心开启后会连接到通讯中心并获取到本地IP地址，从而获取到网关地址，进而获得广播地址，然后向客户端组群和3D巧克力打印机组群发送广播信息，然后，集中控制中心接收客户端组群和3D巧克力打印机组群的响应信息，通过分析响应信息得到相应设备的相应IP地址，进而连接到设备；

客户端组群与集中控制中心通讯：

步骤5、客户端组群与集中控制中心建立连接；

步骤6、建立连接成功后，集中控制中心实时监控客户端组群中的每台客户端口，服务器控制端为每台3D巧克力打印机开启相应的监控线程，用于实时接收每台客户端口发送的任务数据包；

步骤7、客户端口发送任务数据包后，集中控制中心接收到数据包后会向客户端口发送与任务数据包格式一致的应答数据包；

步骤8、客户端口接收到集中控制中心的应答数据包后，将会对比任务数据包与应答数据包，判断两者是否一致，如果：

是，则客户端口向集中控制中心发送肯定应答信号Yes，双方的一次通讯成功，

否，则客户端需要重新向集中控制中心发送任务数据包，然后继续进行正常通讯，直至通讯成功；

步骤9、当客户端组群的多个客户端口同时发送任务数据包时，集中控制中心会按照设置好的客户端优先级对任务数据包的先后进行排序，优先级高的客户端的任务数据包会设置为先接收到。

集中控制中心对3D巧克力打印机组群的通讯控制

步骤10、集中控制中心与3D巧克力打印机组群建立连接；

步骤11、运动控制通讯

集中控制中心控制3D巧克力打印机三个移动轴进行移动，控制指令遵循RepRapG-M指令集，3D巧克力打印机判断是否收到控制指令，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号OK，本次通讯成功，

否，则发送否定应答信号，集中控制中心重新发送运动控制指令；

步骤12、文件传输通讯

集中控制中心向3D巧克力打印机存储卡传输打印文件，3D巧克力打印机接收到文件数据包后会对有效数据进行纵向异或运算，判断运算结果与文件数据包中的有效数据异或结果是否一致，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号Received，通讯成功，传输成功的文件存储在存储卡中供打印机调用，

否，则向集中控制中心发送否定应答信号Error，集中控制中心重新传输文件；

步骤13、打印任务通讯

集中控制中心向3D巧克力打印机发送打印任务，集中控制中心向3D巧克力打印机发送所要打印的物品名称，3D巧克力打印机判断是否收到控制指令，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号OK，本次通讯成功，

否，则发送否定应答信号，集中控制中心重新发送打印任务信息；

机器调度：

步骤14、集中控制中心的服务器控制端通过通讯中心实时接收各个客户端口发送的任务信息，并将接收到的数据包发送到数据库中心，数据库中心按接收到的先后顺序对数据包进行排序标记，

步骤15、数据库事先为每台客户端口建立相应的待完成任务队列和正在完成任务队列，待完成任务队列用于存储未开始的任务，正在完成任务队列用于存储正在完成的任务，数据库中心对排序标记后的数据包进行解析，得到客户端口信息以及详细的任务信息，将任务信息添加到对应客户端口的待完成任务队列之中，任务队列均遵循先进先出的原则，客户端每发送一次任务，相应的未完成任务队列会得到更新；

步骤16、集中控制中心实时接收每台3D巧克力打印机的状态信息，并将状态信息传递给数据库中心，数据库中心会为每台机器建立相应的已完成任务队列和正在完成任务队列，已完成任务队列用于存储已完成的打印任务，正在完成任务队列用于存储正在完成的打印任务，在分配任务前，首先查询每台机器的正在完成任务队列，得到当前空闲的机器，然后数据库中心会按照任务的标记顺序将任务发送给空闲的3D巧克力打印机，打印完成后会更新相应机器的已完成任务队列和正在完成任务队列，同时会更新客户端的正在完成的任务队列。

进一步地，所述步骤4中，集中控制中心与3D打印机组群之间以及集中控制中心与客户端组群之间均采用UDP网络通讯的方式。

进一步地，步骤6中，客户端口向服务器控制端发送的任务数据包内容包括有效数据和数据长度，有效数据包括打印物品名称和打印数量两个部分，数据长度是有效数据的长度。

进一步地，步骤12中所述，集中控制中心向3D巧克力打印机发送文件时的数据包内容包括起始标志、有效数据、数据长度、有效数据异或结果和结束标志，所述起始标志为0x01，有效数据为所要传输的文件的内容，数据长度是有效数据的长度，有效数据异或结果是对有效数据进行纵向异或运算所得结果，结束标志为0x02。

进一步地，步骤16中，数据库中心预先给机器进行优先级设置，当遇到多台机器同时空闲时，会选择优先级高的机器进行打印。

本发明的有益效果：

第一，本发明的3D巧克力打印机组群的集中控制系统及其控制方法，客户端口通过通讯中心无线连接多个3D巧克力打印机并通过服务器控制端向这些3D巧克力打印机发送控制指令，一人便可对多台机器进行控制，减少人力成本；

第二，本发明的3D巧克力打印机组群的集中控制系统各部分之间均采用无线网络通讯方式，避免了复杂的线路连接，同时提高通讯效率，连接过程完全实现自动化；

第三，本发明的3D巧克力打印机组群集中控制系统，可实现3D巧克力打印机组群中的多台机器同时工作，并且使人工操作变为自动化操作，节约了时间，极大地提高了打印效率；

第四，本发明的3D巧克力打印机组群集中控制系统中，每台3D巧克力打印机工作时，关于每台机器的调零参数、历史打印信息都需要手动记录，数据库中心的存在使得信息记录与存储完全实现自动化，数据库中心存储的机器的参数可供服务器控制软件参考，针对每台机器实现精确控制，解决机器之间的差异化问题；

第五，本发明的3D巧克力打印机组群集中控制系统中，数据库中心存储有打印文件，在下达打印任务前服务器控制软件可直接调用数据库中的打印文件直接通过无线通讯将打印文件传输到机器的存储卡中，进一步节约了时间，提高了打印效率。

附图说明

图1是发明的系统结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式1：结合图1说明本实施方式，本实施方式的3D巧克力打印机组群的集中控制系统，包括：客户端组群、通讯中心、集中控制中心和3D巧克力打印机组群，所述客户端组群包括10个客户端口，所述通讯中心包括无线路由器，所述集中控制中心包括服务器控制端和数据库中心，所述3D巧克力打印机组群包括20个3D巧克力打印机，每台3D巧克力打印机设置有控制器，所述控制器包括Wifi模块；

所述10个客户端口分别与通讯中心建立通信连接，所述通讯中心与集中控制中心的服务器控制端建立双向的通信连接，所述服务器控制端双向连接数据库中心，所述20个3D巧克力打印机分别与通讯中心建立连接。

具体实施方式2：本实施方式的3D巧克力打印机组群的集中控制方法，具体为：通讯网络的建立：

步骤1、首先对3D巧克力打印机组群中的每台3D巧克力打印机以及客户端组群的每台客户端口进行无线网络设置，设置默认连接网络为通讯中心建立的网络，令每台3D巧克力打印机和每台客户端口默认连接到通讯中心的无线路由器；

步骤2、设置服务器控制端的默认连接网络为通讯中心建立的网络，令服务器控制端默认连接到通讯中心的无线路由器；

步骤3、每台3D巧克力打印机开机后，连接到无线路由器，客户端组群中的每台客户端开启后自动连接到无线路由器；

步骤4、集中控制中心开启后会连接到通讯中心并获取到本地IP地址，从而获取到网关地址，进而获得广播地址，然后向客户端组群和3D巧克力打印机组群发送广播信息，然后，集中控制中心接收客户端组群和3D巧克力打印机组群的响应信息，通过分析响应信息得到相应设备的相应IP地址，进而连接到设备；

客户端组群与集中控制中心通讯：

步骤5、客户端组群与集中控制中心建立连接；

步骤6、建立连接成功后，集中控制中心实时监控客户端组群中的每台客户端口，服务器控制端为每台3D巧克力打印机开启相应的监控线程，用于实时接收每台客户端口发送的任务数据包；

步骤7、客户端口发送任务数据包后，集中控制中心接收到数据包后会向客户端口发送与任务数据包格式一致的应答数据包；

步骤8、客户端口接收到集中控制中心的应答数据包后，将会对比任务数据包与应答数据包，判断两者是否一致，如果：

是，则客户端口向集中控制中心发送肯定应答信号Yes，双方的一次通讯成功，

否，则客户端需要重新向集中控制中心发送任务数据包，然后继续进行正常通讯，直至通讯成功；

步骤9、当客户端组群的多个客户端口同时发送任务数据包时，集中控制中心会按照设置好的客户端优先级对任务数据包的先后进行排序，优先级高的客户端的任务数据包会设置为先接收到。

集中控制中心对3D巧克力打印机组群的通讯控制

步骤10、集中控制中心与3D巧克力打印机组群建立连接；

步骤11、运动控制通讯

集中控制中心控制3D巧克力打印机三个移动轴进行移动，控制指令遵循RepRapG-M指令集，3D巧克力打印机判断是否收到控制指令，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号OK，本次通讯成功，

否，则发送否定应答信号，集中控制中心重新发送运动控制指令；

步骤12、文件传输通讯

集中控制中心向3D巧克力打印机存储卡传输打印文件，3D巧克力打印机接收到文件数据包后会对有效数据进行纵向异或运算，判断运算结果与文件数据包中的有效数据异或结果是否一致，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号Received，通讯成功，传输成功的文件存储在存储卡中供打印机调用，

否，则向集中控制中心发送否定应答信号Error，集中控制中心重新传输文件；

步骤13、打印任务通讯

集中控制中心向3D巧克力打印机发送打印任务，集中控制中心向3D巧克力打印机发送所要打印的物品名称，3D巧克力打印机判断是否收到控制指令，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号OK，本次通讯成功，

否，则发送否定应答信号，集中控制中心重新发送打印任务信息；

机器调度：

步骤14、集中控制中心的服务器控制端通过通讯中心实时接收各个客户端口发送的任务信息，并将接收到的数据包发送到数据库中心，数据库中心按接收到的先后顺序对数据包进行排序标记，

步骤15、数据库事先为每台客户端口建立相应的待完成任务队列和正在完成任务队列，待完成任务队列用于存储未开始的任务，正在完成任务队列用于存储正在完成的任务，数据库中心对排序标记后的数据包进行解析，得到客户端口信息以及详细的任务信息，将任务信息添加到对应客户端口的待完成任务队列之中，任务队列均遵循先进先出的原则，客户端每发送一次任务，相应的未完成任务队列会得到更新；

步骤16、集中控制中心实时接收每台3D巧克力打印机的状态信息，并将状态信息传递给数据库中心，数据库中心会为每台机器建立相应的已完成任务队列和正在完成任务队列，已完成任务队列用于存储已完成的打印任务，正在完成任务队列用于存储正在完成的打印任务，在分配任务前，首先查询每台机器的正在完成任务队列，得到当前空闲的机器，然后数据库中心会按照任务的标记顺序将任务发送给空闲的3D巧克力打印机，打印完成后会更新相应机器的已完成任务队列和正在完成任务队列，同时会更新客户端的正在完成的任务队列。

进一步地，所述步骤4中，集中控制中心与3D打印机组群之间以及集中控制中心与客户端组群之间均采用UDP网络通讯的方式。

进一步地，步骤6中，客户端口向服务器控制端发送的任务数据包内容包括有效数据和数据长度，有效数据包括打印物品名称和打印数量两个部分，数据长度是有效数据的长度。

进一步地，步骤12中所述，集中控制中心向3D巧克力打印机发送文件时的数据包内容包括起始标志、有效数据、数据长度、有效数据异或结果和结束标志，所述起始标志为0x01，有效数据为所要传输的文件的内容，数据长度是有效数据的长度，有效数据异或结果是对有效数据进行纵向异或运算所得结果，结束标志为0x02。

进一步地，步骤16中，数据库中心预先给机器进行优先级设置，当遇到多台机器同时空闲时，会选择优先级高的机器进行打印。

Claims (6)

1.一种3D巧克力打印机组群的集中控制系统，其特征在于，包括：客户端组群、通讯中心、集中控制中心和3D巧克力打印机组群，所述客户端组群包括m个客户端口，所述通讯中心包括无线路由器，所述集中控制中心包括服务器控制端和数据库中心，所述3D巧克力打印机组群包括n个3D巧克力打印机，每台3D巧克力打印机设置有控制器，所述控制器包括Wifi模块；

每个客户端口分别与通讯中心建立通信连接，所述通讯中心与集中控制中心的服务器控制端建立双向的通信连接，所述服务器控制端双向连接数据库中心，每个3D巧克力打印机分别与通讯中心建立连接。

2.一种在权利要求1所述的3D巧克力打印机组群的集中控制系统上实现的控制方法，其特征在于，具体为：

通讯网络的建立：

步骤1、首先对3D巧克力打印机组群中的每台3D巧克力打印机以及客户端组群的每台客户端口进行无线网络设置，设置默认连接网络为通讯中心建立的网络，令每台3D巧克力打印机和每台客户端口默认连接到通讯中心的无线路由器；

步骤2、设置服务器控制端的默认连接网络为通讯中心建立的网络，令服务器控制端默认连接到通讯中心的无线路由器；

步骤3、每台3D巧克力打印机开机后，连接到无线路由器，客户端组群中的每台客户端开启后自动连接到无线路由器；

步骤4、集中控制中心开启后连接到通讯中心并获取到本地IP地址，从而获取到网关地址，进而获得广播地址，然后向客户端组群和3D巧克力打印机组群发送广播信息，然后，集中控制中心接收客户端组群和3D巧克力打印机组群的响应信息，通过分析响应信息得到相应设备的相应IP地址，进而连接到设备；

客户端组群与集中控制中心通讯：

步骤5、客户端组群与集中控制中心建立连接；

步骤6、建立连接成功后，集中控制中心实时监控客户端组群中的每台客户端口，服务器控制端为每台3D巧克力打印机开启相应的监控线程，用于实时接收每台客户端口发送的任务数据包；

步骤7、客户端口发送任务数据包后，集中控制中心接收到数据包后会向客户端口发送与任务数据包格式一致的应答数据包；

步骤8、客户端口接收到集中控制中心的应答数据包后，将会对比任务数据包与应答数据包，判断两者是否一致，如果：

是，则客户端口向集中控制中心发送肯定应答信号Yes，双方的一次通讯成功，

否，则客户端需要重新向集中控制中心发送任务数据包，然后继续进行正常通讯，直至通讯成功；

步骤9、当客户端组群的多个客户端口同时发送任务数据包时，集中控制中心会按照设置好的客户端优先级对任务数据包的先后进行排序，优先级高的客户端的任务数据包会设置为先接收到；

集中控制中心对3D巧克力打印机组群的通讯控制：

步骤10、集中控制中心与3D巧克力打印机组群建立连接；

步骤11、运动控制通讯

集中控制中心控制3D巧克力打印机三个移动轴进行移动，控制指令遵循RepRap G-M指令集，3D巧克力打印机判断是否收到控制指令，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号OK，本次通讯成功，

否，则发送否定应答信号，集中控制中心重新发送运动控制指令；

步骤12、文件传输通讯

集中控制中心向3D巧克力打印机存储卡传输打印文件，3D巧克力打印机接收到文件数据包后会对有效数据进行纵向异或运算，判断运算结果与文件数据包中的有效数据异或结果是否一致，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号Received，通讯成功，传输成功的文件存储在存储卡中供打印机调用，

否，则向集中控制中心发送否定应答信号Error，集中控制中心重新传输文件；

步骤13、打印任务通讯

集中控制中心向3D巧克力打印机发送打印任务，集中控制中心向3D巧克力打印机发送所要打印的物品名称，3D巧克力打印机判断是否收到控制指令，如果：

是，则向集中控制中心发送肯定应答信号OK，本次通讯成功，

否，则发送否定应答信号，集中控制中心重新发送打印任务信息；

机器调度：

步骤14、集中控制中心的服务器控制端通过通讯中心实时接收各个客户端口发送的任务信息，并将接收到的数据包发送到数据库中心，数据库中心按接收到的先后顺序对数据包进行排序标记，

步骤15、数据库事先为每台客户端口建立相应的待完成任务队列和正在完成任务队列，待完成任务队列用于存储未开始的任务，正在完成任务队列用于存储正在完成的任务，数据库中心对排序标记后的数据包进行解析，得到客户端口信息以及详细的任务信息，将任务信息添加到对应客户端口的待完成任务队列之中，任务队列均遵循先进先出的原则，客户端每发送一次任务，相应的未完成任务队列会得到更新；

步骤16、集中控制中心实时接收每台3D巧克力打印机的状态信息，并将状态信息传递给数据库中心，数据库中心会为每台机器建立相应的已完成任务队列和正在完成任务队列，已完成任务队列用于存储已完成的打印任务，正在完成任务队列用于存储正在完成的打印任务，在分配任务前，首先查询每台机器的正在完成任务队列，得到当前空闲的机器，然后数据库中心会按照任务的标记顺序将任务发送给空闲的3D巧克力打印机，打印完成后会更新相应机器的已完成任务队列和正在完成任务队列，同时会更新客户端的正在完成的任务队列。

3.根据权利要求2所述的3D巧克力打印机组群的集中控制方法，其特征在于，所述步骤4中，集中控制中心与3D打印机组群之间以及集中控制中心与客户端组群之间均采用UDP网络通讯的方式。

4.根据权利要求2所述的3D巧克力打印机组群的集中控制方法，其特征在于，步骤6中，客户端口向服务器控制端发送的任务数据包内容包括有效数据和数据长度，有效数据包括打印物品名称和打印数量两个部分，数据长度是有效数据的长度。

5.根据权利要求2所述的3D巧克力打印机组群的集中控制方法，其特征在于，步骤12中所述，集中控制中心向3D巧克力打印机发送文件时的数据包内容包括起始标志、有效数据、数据长度、有效数据异或结果和结束标志，所述起始标志为0x01，有效数据为所要传输的文件的内容，数据长度是有效数据的长度，有效数据异或结果是对有效数据进行纵向异或运算所得结果，结束标志为0x02。

6.根据权利要求2所述的3D巧克力打印机组群的集中控制方法，其特征在于，步骤16中，数据库中心预先给机器进行优先级设置，当遇到多台机器同时空闲时，会选择优先级高的机器进行打印。