摘要：本文針對(duì)離散型制造執(zhí)行系統(tǒng)在制造行業(yè)中的運(yùn)用實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，本文網(wǎng)絡(luò)的管理結(jié)構(gòu)是使用的半分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是組成這個(gè)系統(tǒng)的兩大結(jié)構(gòu)。

引言

　　在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)中，制造業(yè)占據(jù)了相當(dāng)重的比例，制造業(yè)的發(fā)展不僅促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，它還逐漸滲透到我們生活當(dāng)中，對(duì)我們的生活，生產(chǎn)、文化都造成了一定的影響。制造業(yè)信息化的過(guò)程是指將信息技術(shù)應(yīng)用到制造業(yè)當(dāng)中，將產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到維護(hù)的整個(gè)流程都記錄在信息當(dāng)中。在促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，方便了企業(yè)的管理。隨著信息技術(shù)的不斷改進(jìn)，該技術(shù)的應(yīng)用范圍日益增廣，它逐漸滲透到了工業(yè)領(lǐng)域及制造行業(yè)。

1 相關(guān)技術(shù)研究

　　1.1 ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)

　　Zigbee技術(shù)具有雙向、無(wú)線通訊、短距離，低消耗、低復(fù)雜度和低成本等特點(diǎn)，作為一種通信技術(shù)，它在控制領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較廣，在多種設(shè)備中都可以安裝。與其他通信技術(shù)相比，Zigbee技術(shù)具有低耗低成本和地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，這也就決定了該技術(shù)適應(yīng)的業(yè)務(wù)都具有小數(shù)據(jù)流量的特點(diǎn)。Zigbee協(xié)議中包含兩種設(shè)備。即全功能設(shè)備FFD和簡(jiǎn)化功能設(shè)備RFD，F(xiàn)FD是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的集中和協(xié)調(diào)，RFD負(fù)責(zé)終端節(jié)點(diǎn)，所以在該協(xié)議中FFD為主協(xié)調(diào)器，RFD為從協(xié)調(diào)器。

　　1.2 嵌入式技術(shù)

　　嵌入式技術(shù)是針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)系統(tǒng)裝置或設(shè)備來(lái)說(shuō)的，該系統(tǒng)的控制程序通常都儲(chǔ)存在只讀內(nèi)存當(dāng)中。為了完善離散型制造業(yè)MES系統(tǒng)的功能，增強(qiáng)系統(tǒng)的一致性、配置型，擴(kuò)展性和接口的多樣化，需在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)MES中嵌入系統(tǒng)。改善后的無(wú)線檢測(cè)終端對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的集成有明顯的提高，設(shè)備各方面的性能、通用性和使用范圍也因此得到了改善，同時(shí)還推動(dòng)了企業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展。

2 無(wú)線檢測(cè)終端平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)

　　本文針對(duì)離散型制造執(zhí)行系統(tǒng)在制造行業(yè)中的運(yùn)用實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，本文網(wǎng)絡(luò)的管理結(jié)構(gòu)是使用的半分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是組成這個(gè)系統(tǒng)的兩大結(jié)構(gòu)。

　　2.1 核心控制模塊硬件設(shè)計(jì)

　　核心控制模塊需要控制任務(wù)管理，路由協(xié)議、同步定位和節(jié)點(diǎn)處理等模塊，所以該控制模塊須具有外設(shè)功能、低能耗、外圍設(shè)備資源豐富等特點(diǎn)才能滿足外圍電路設(shè)計(jì)的要求，目前以ARM7TDMI體系中的AT91SAM7S64結(jié)構(gòu)最為合適。無(wú)線檢測(cè)終端的電源形式有五種分別是1.8V、33V、5V、24V、12V。其中24V和12V這兩個(gè)電壓是由開(kāi)關(guān)電源管理。5V電壓須經(jīng)降壓芯片處理成3.3V后才能使用，從而保證電壓的穩(wěn)定性。AT91SAM7S64內(nèi)部包含了兩個(gè)收發(fā)器，該收發(fā)器有一個(gè)通用的同步異步雙工串口，如圖1所示為串口通信電路原理圖。

圖1 串口通信電路原理圖

　　2.2 無(wú)線通信模塊電路設(shè)計(jì)

　　RS232的傳輸距離在50以內(nèi)，而檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際傳輸中的傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RS232的傳輸距離，所以需要用接口RS485來(lái)擴(kuò)展傳輸距離。RS485接口的轉(zhuǎn)換電路包括三個(gè)部分，即電源、485電路、232電平轉(zhuǎn)換。RS485使用的電路是集成電路MAX485，MAX485利用MAX485控制數(shù)據(jù)的輸入輸出是依靠RE和DE這兩個(gè)引腳完成的，所以這兩個(gè)引腳電平的高低就決定了數(shù)據(jù)輸入輸出的有效性。

3 無(wú)線檢測(cè)終端平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 FreeRTOS系統(tǒng)的移植

　　在FreeRTOS系統(tǒng)中的內(nèi)核編程使用的都是C語(yǔ)言，所以使用的單片機(jī)應(yīng)用軟件Keil必須是兼容C語(yǔ)言的軟件。從FreeRTOS中下載最新源碼FreeRTOSV5.0.4，將下載后的源碼進(jìn)行解壓釋放到一個(gè)方便的途徑。首先在FreeRTOS/Source/portable/keil下創(chuàng)建一個(gè)[architecture]文件夾，然后把空自的portmacro.h文件和por.C文件放置在[architecture]文件夾中，portmacro.h文件和PORT.C文件中有函數(shù)和宏列表，樁文件stub files只需參照這兩個(gè)文件就可獲得所需函數(shù)和宏。

　　3.2 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

　　驅(qū)動(dòng)硬件和系統(tǒng)的操作內(nèi)核是通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)連接的，硬件設(shè)備對(duì)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)僅僅是一個(gè)文件，它的作用就是簡(jiǎn)化應(yīng)用程序在硬件中的細(xì)節(jié)問(wèn)題。

　　3.2.1 UART驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

　　對(duì)緩沖區(qū)UART下定義，分離緩沖區(qū)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)程序和驅(qū)動(dòng)硬件，用戶程序和驅(qū)動(dòng)硬件間的聯(lián)系依靠緩存技術(shù)來(lái)完成。如下所示為UART緩沖區(qū)的定義表達(dá)式：

　　初始化串口函數(shù)Init_UART0()，中斷串口，設(shè)置芯片外圍參數(shù)，按照系統(tǒng)中的時(shí)鐘頻率、波特率等參數(shù)對(duì)與UART相關(guān)的寄存器進(jìn)行設(shè)置，保證能串口的正常使用。

　　以recvbuff為基礎(chǔ)，增加queue，在驅(qū)動(dòng)程序中UART包括了兩個(gè)隊(duì)列。一個(gè)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)發(fā)送，一個(gè)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接受。發(fā)送隊(duì)列在發(fā)送時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：首先必須保證發(fā)送隊(duì)列中包含數(shù)據(jù)，讓能發(fā)送處于中斷狀態(tài)，中斷服務(wù)程序會(huì)在能發(fā)送中斷的狀態(tài)下將發(fā)送隊(duì)列中包含的數(shù)據(jù)發(fā)送至指定串口。加載后的設(shè)備保持?jǐn)?shù)據(jù)接收狀態(tài)，若程序中斷，則將數(shù)據(jù)copy到queue文件內(nèi)，在讀取數(shù)據(jù)和調(diào)用數(shù)據(jù)時(shí)需進(jìn)入到queue文件中。若如果有數(shù)據(jù)，則按照queue文件內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)去，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)，就需要等待，直至接收中斷。

　　3.2.2 LCD驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

　　在初始化函數(shù)之前需先初始化LCD控制器，在寄存器中設(shè)置控制器的顏色數(shù)目和顯示模式，然后按照不同的設(shè)置將LCD分配到不同的緩存區(qū)域。緩存區(qū)面積計(jì)算方式為：點(diǎn)陣的行敬×列數(shù)×表示單個(gè)像素的比特?cái)?shù)÷8。若LCD顯示的點(diǎn)陣行數(shù)為320。點(diǎn)陣列數(shù)為240，像素比特?cái)?shù)為1，則該顯示緩存區(qū)的大小為320×240×1/8=9600比特。分配緩存區(qū)通常儲(chǔ)存在大容量片外SDRAM中，起始地址則由LCD控制寄存器保存。編寫(xiě)底層驅(qū)動(dòng)SED1335液晶控制器的程序。讀寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)包括兩種，即自動(dòng)讀寫(xiě)和一次讀寫(xiě)，在這之前需設(shè)置好指針的地址及狀態(tài)的檢查。檢查完畢后輸入指令代碼，數(shù)據(jù)操作過(guò)程就算完成了。

　　　3.3 終端界面設(shè)計(jì)

　　傳感器、調(diào)節(jié)器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送和收集、主程序處理模塊和通信服務(wù)子程序這四個(gè)部分是構(gòu)成無(wú)線檢測(cè)終端軟件系統(tǒng)的主要部分。主程序處理模塊在軟件系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)功能模塊初始化，它還可以設(shè)置寄存器的工作模式和其他內(nèi)部微處理器的工作參數(shù)。之后就是數(shù)據(jù)的傳輸，建立通信鏈路，并保證數(shù)據(jù)在鏈路傳輸中的可靠性和穩(wěn)定性。通信服務(wù)子程序在軟件系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、處理、打包和發(fā)送，保證數(shù)據(jù)完整可靠的進(jìn)入用戶應(yīng)用程序，顯示和調(diào)用終端檢測(cè)信息，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)。如圖2所示為主程序處理模塊的流程圖。

圖2 主程序流程圖

　　3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸

　　PSFQ是Pump Slowly，F(xiàn)etch Quickly的縮寫(xiě)，其意思就是慢分發(fā)和快提取，它是一種建立在可靠數(shù)據(jù)上的傳輸協(xié)議。判斷丟失消息能否找回的標(biāo)準(zhǔn)是比較接收序列號(hào)和預(yù)期序列號(hào)的大小，若大于則代表能找回，從而啟動(dòng)錯(cuò)誤恢復(fù)操作。流經(jīng)中間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都是可靠而有保障的，它的發(fā)送序列號(hào)和轉(zhuǎn)發(fā)次序是嚴(yán)格按照順序發(fā)送的，這樣一來(lái)，就少做了很多無(wú)用功。PSFQ在程序中的作用是保證報(bào)文緩存數(shù)量在中間節(jié)點(diǎn)的平衡性，同時(shí)它還能降低錯(cuò)誤恢復(fù)所需的開(kāi)銷。

　　PSFQ傳輸協(xié)議有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即信息傳遞、錯(cuò)誤恢復(fù)、選擇性狀態(tài)報(bào)告，信息傳遞是指將消息傳入網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。在中聞節(jié)點(diǎn)設(shè)立一個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，這樣不僅可保證數(shù)據(jù)有序的傳達(dá)，還具有恢復(fù)丟失的文件、消息功能，數(shù)據(jù)緩存區(qū)可以檢查數(shù)據(jù)的接收量，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否缺失。中間節(jié)點(diǎn)在消息傳遞過(guò)程中擔(dān)任檢驗(yàn)者的角色，負(fù)責(zé)消息的中轉(zhuǎn)及錯(cuò)誤恢復(fù)操作的啟動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　軟件X-CTU是一款專門(mén)用于測(cè)試模塊或程序性能的軟件，本文利用它來(lái)檢測(cè)XBee無(wú)線通信模塊的配置和性能。X-CTU軟件操作相對(duì)簡(jiǎn)單，需要的輔助設(shè)備較少。但X-CTU軟件也存在一些不足，比如它只有在Windows平臺(tái)上才能完成檢測(cè)，且系統(tǒng)操作平臺(tái)的版本不能低于Windows98。設(shè)計(jì)出來(lái)的檢測(cè)終端已經(jīng)過(guò)實(shí)際的驗(yàn)證，將檢測(cè)信息進(jìn)行分析，這些信息就體現(xiàn)了該企業(yè)設(shè)備的使用效率，針對(duì)缺陷做出改善，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

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