專利名稱：一種基于rfid數(shù)據(jù)采集功能的工業(yè)智能終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種生產(chǎn)物流跟蹤管理自動(dòng)控制領(lǐng)域的工業(yè)智能終端 技術(shù)，具體地說(shuō)是一種基于RFID數(shù)據(jù)釆集功能的工業(yè)智能終端。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)物流跟蹤管理與電子看板技術(shù)是構(gòu)建現(xiàn)代制造執(zhí)行系統(tǒng)的重要環(huán) 節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)，它主要實(shí)現(xiàn)工件/物料在各道工序間流轉(zhuǎn)過(guò)程的跟蹤及其相 關(guān)業(yè)務(wù)的協(xié)調(diào)控制，包括對(duì)工件/物料的加工狀態(tài)、完工數(shù)量、質(zhì)量及原輔 料/備品備件供應(yīng)等實(shí)時(shí)信息的釆集，計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度的跟蹤記錄，各工序間 生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程的有效控制和協(xié)同。
隨著制造企業(yè)從大規(guī)模生產(chǎn)向精益生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，對(duì)物流跟蹤與作 業(yè)管理工作提出了新的挑戰(zhàn)，特別是在復(fù)雜產(chǎn)品/大型設(shè)備加工、裝配過(guò)程 中，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件種類繁多、工藝路線和設(shè)備配置靈活，要 求在制品跟蹤與監(jiān)控更加趨于準(zhǔn)時(shí)化、柔性化和復(fù)雜化。傳統(tǒng)的在制品數(shù) 據(jù)釆集與管理方式無(wú)法快速跟蹤在制品狀態(tài)和流轉(zhuǎn)活動(dòng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致 信息響應(yīng)程度不夠、信息滯后或丟失現(xiàn)象，計(jì)劃調(diào)度人員難以及時(shí)掌握現(xiàn) 場(chǎng)的生產(chǎn)進(jìn)度和作業(yè)活動(dòng)，進(jìn)而難以實(shí)現(xiàn)對(duì)全流程各工序進(jìn)行高效協(xié)調(diào)、 控制和管理，因此在實(shí)時(shí)性和精度方面均無(wú)法滿足ERP/MES系統(tǒng)的要求， (ERP: Enterprise Resourse Planning,企業(yè)資源規(guī)劃；MES: manufacturing execution systems,制造執(zhí)行系統(tǒng))該問(wèn)題已成為當(dāng)前制約離散制造業(yè)信息 化發(fā)展的瓶頸。這就需要組建一個(gè)數(shù)據(jù)釆集手段更高效的、更智能化的、 兼容多種總線接口 、能夠與其他高層通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)智能節(jié)點(diǎn)系 統(tǒng)，需具有信息實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度等功能，以便解決實(shí)時(shí)、集中控 制，實(shí)現(xiàn)ERP/MES計(jì)劃調(diào)度信息的定點(diǎn)發(fā)布和在制品狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋，以 提高生產(chǎn)決策的正確性、實(shí)時(shí)性與科學(xué)性。而目前尚未出現(xiàn)此類現(xiàn)場(chǎng)工業(yè) 智能終端。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述諸多不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題 是提供一種效率更高、智能化程度更高的基于RFID數(shù)據(jù)采集功能的工業(yè)智
能終端。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型釆用的技術(shù)方案是 本實(shí)用新型工業(yè)智能終端具有
控制單元，為核心控制部分，提供交互界面顯示接口、輸入輸出接口； 射頻數(shù)據(jù)釆集單元，集成RFID讀寫控制模塊，前端輸入為射頻前端電
路，輸出端與控制單元的總線接口相連；
存儲(chǔ)單元，包括閃存、SDRAM以及外擴(kuò)存儲(chǔ)卡，通過(guò)數(shù)據(jù)線接至控制 單元，其中閃存用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)的引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核產(chǎn)用戶應(yīng)用 程序，SDRAM作為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存空間，存儲(chǔ)系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)和堆棧，
外擴(kuò)存儲(chǔ)卡用于存放釆集的數(shù)據(jù)信息；
網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，具有以太網(wǎng)接口及CAN總線接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切換電路 切換，用于控制單元與監(jiān)控終端的通訊連接；
顯示單元，與控制單元的顯示數(shù)據(jù)輸出端相連，用于顯示用戶界面；
電源管理單元，為其他各用電單元提供多種等級(jí)的穩(wěn)定電壓，受控于 控制單元內(nèi)部的電源管理軟件。
本實(shí)用新型還具有接口擴(kuò)展單元，與控制單元的總線接口相連，具有 多種總線接口，用于擴(kuò)展多種接口的外圍設(shè)備。
本實(shí)用新型還具有錄入單元，包括輸入控制模塊、鍵盤及觸摸屏，由 控制單元的底層驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)輸入控制模塊對(duì)鍵盤與觸摸屏輸入進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理。
所述射頻前端電路包括射頻濾波器，其將天線釆集的信號(hào)進(jìn)行濾波處 理后送至射頻模塊前端匹配電路，再經(jīng)射頻收發(fā)控制模塊及基帶信號(hào)接口
與射頻數(shù)據(jù)釆集單元中的RFID讀寫控制模塊相連；射頻模塊前端匹配電路 的回饋信號(hào)經(jīng)功率放大器回送至射頻濾波器。 本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)
1. 增強(qiáng)了系統(tǒng)處理復(fù)雜事件的能力。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)釆集技 術(shù)的缺陷，解決了射頻前端電路及其內(nèi)部射頻模塊匹配電路的設(shè)計(jì)不僅實(shí) 現(xiàn)了 RFID數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)主動(dòng)批量釆集、分析、處理及存儲(chǔ)，同時(shí)也提出了將 多線程與軟件狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)相結(jié)合的復(fù)雜邏輯控制方法，增強(qiáng)了系統(tǒng)處理復(fù) 雜事件的能力。
2. 功能多，兼容性強(qiáng)。本實(shí)用新型釆用RFID數(shù)據(jù)釆集手段，有效解 決了在制造業(yè)物中流數(shù)據(jù)釆集效率低、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，釆用多線程與軟 件狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)相結(jié)合的復(fù)雜邏輯控制，兼容多種網(wǎng)絡(luò)總線，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)切 換功能及網(wǎng)絡(luò)異常處理，支持多種總線網(wǎng)絡(luò)，使其適合多節(jié)點(diǎn)的大型工業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)釆集及實(shí)時(shí)傳送，保障數(shù)據(jù)更安全更可靠；其堅(jiān)固的金屬外殼適 合各種工業(yè)環(huán)境的安裝使用，豐富的接口適合多動(dòng)作的系統(tǒng)操控，大屏幕 用戶界面方便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的信息反饋。
3. 應(yīng)用廣泛。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于制造業(yè)中在制品生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采 集、監(jiān)控和管理，同時(shí)也應(yīng)用于粉塵、油污等較為惡劣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中完 成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的釆集、運(yùn)算與管理。


圖i為本實(shí)用新型硬件總體框圖2A為本實(shí)用新型的射頻前端電路原理圖2B為本實(shí)用新型的射頻模塊前端匹配電路原理圖3為本實(shí)用新型系統(tǒng)模塊圖4為本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)釆集狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)設(shè)計(jì)圖5為本實(shí)用新型的網(wǎng)絡(luò)切換功能控制的數(shù)據(jù)傳輸流程圖6為本實(shí)用新型釆用的控制方法主線程控制狀態(tài)機(jī)流程圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型為一種工業(yè)智能終端，其釆用RFID技術(shù)作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)釆集 手段，如圖1所示，包括控制單元(本實(shí)施例釆用MCU (微處理器))為 本實(shí)用新型的核心控制部分，提供交互界面顯示接口、輸入輸出接口；射 頻數(shù)據(jù)釆集單元集成了 RFID讀寫控制模塊，前端輸入為射頻前端電路，輸 出端與控制單元MCU的總線接口相連，上述RFID (Radio Frequency Identification)即射頻識(shí)別技術(shù)；存儲(chǔ)單元包括閃存、SDRAM以及外擴(kuò)存 儲(chǔ)卡，通過(guò)數(shù)據(jù)線接至控制單元MCU，其中閃存用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)的引導(dǎo) 程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核及用戶應(yīng)用程序，SDRAM作為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存空間， 存儲(chǔ)系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)緩存和堆棧，外擴(kuò)存儲(chǔ)卡用于存放釆集的數(shù)據(jù)信息； 網(wǎng)絡(luò)傳輸單元具有以太網(wǎng)接口及C AN總線接口 ，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切換電路切換用 于控制單元MCU與監(jiān)控終端的通訊連接；顯示單元與控制單元MCU的顯 示數(shù)據(jù)輸出端相連，用于顯示用戶界面；電源管理單元為其他各用電單元 提供多種等級(jí)的穩(wěn)定電壓，受控于控制單元MCU內(nèi)部的電源管理軟件；還 具有接口擴(kuò)展單元，其與控制單元MCU的總線接口相連，具有多種總線接 口，用于擴(kuò)展多種接口的外圍設(shè)備；錄入單元包括輸入控制模塊、鍵盤及 觸摸屏，由控制單元MCU的底層驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)輸入控制模塊對(duì)鍵盤與觸摸 屏輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
控制單元、射頻數(shù)據(jù)釆集單元、存儲(chǔ)單元、網(wǎng)絡(luò)傳輸單元、電源管理 單元以及接口擴(kuò)展單元置于機(jī)殼內(nèi)，顯示單元的LCD液晶屏、錄入單元的 自定義功能鍵盤以及觸摸屏置于機(jī)殼上。
電源管理單元提供12V、 5V、 3.3V、 1.8V穩(wěn)壓電壓，其中12V為液晶 顯示背光驅(qū)動(dòng)電源，5V為L(zhǎng)CD邏輯電平，3.3V為最小系統(tǒng)外圍期間和各 單元數(shù)字芯片提供電源，1.8V為MCU內(nèi)核電源。電源單元釆用了3級(jí)電 平轉(zhuǎn)換芯片，釆用了濾波去干擾電路，增強(qiáng)了輸出電源的穩(wěn)定性；MCU內(nèi) 部有電源管理系統(tǒng)，可通過(guò)軟件設(shè)置，當(dāng)無(wú)任務(wù)處理時(shí)處理器處于低功耗 睡眠運(yùn)行狀態(tài)， 一旦外部觸發(fā)便重新進(jìn)入工作狀態(tài)。
控制單元MCU為核心控制部分，本實(shí)施例釆用AT91RM9200微處理 器，是一款基于ARM920T內(nèi)核的高性價(jià)比、低功耗、32位的ARM芯片， 時(shí)鐘頻率為180MHz,運(yùn)算速度可以達(dá)到200MIPS，它集成了 USB控制器、 以太網(wǎng)控制器及CAN總線控制器，具有UART、 USB、 SPI、 12C等豐富的 外圍接口。
存儲(chǔ)單元包括FLASH、 SDRAM、外擴(kuò)存儲(chǔ)卡。嵌入式操作系統(tǒng)安裝
在FLASH上，釆用FLASH解壓縮啟動(dòng)方式；FLASH劃分為三層，分別存 儲(chǔ)操作系統(tǒng)的引導(dǎo)程序、搡作系統(tǒng)內(nèi)核和用戶應(yīng)用程序；SDRAM存儲(chǔ)器 作為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存空間，系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)、堆棧均存儲(chǔ)于SDRAM存 儲(chǔ)器；釆集的數(shù)據(jù)信息存放在CF卡上，當(dāng)需要存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)時(shí)，可選擇擴(kuò) 展存儲(chǔ)器；需要故障分析與調(diào)試時(shí)，通過(guò)串行接口使用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試終端。
接口擴(kuò)展單元提供了多種總線接口 USB、 RS232、 SPI、 I2C、 RS485,
可擴(kuò)展多種接口的外圍設(shè)備。
射頻數(shù)據(jù)釆集單元集成RFID讀寫控制模塊，前端輸入為射頻匹配電 路。MCU通過(guò)總線接口采用輪詢方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽卡信息的采集；RFID 釆集模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了防沖突算法，可根據(jù)需要設(shè)置識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽。
錄入顯示單元提供了液晶屏顯示、鍵盤與觸摸屏，通過(guò)MCU的底層驅(qū) 動(dòng)程序?qū)︽I盤與觸摸屏輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并顯示用戶界面。
本實(shí)用新型工業(yè)智能終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸單元的以太網(wǎng)接口或CAN總線 與監(jiān)控終端進(jìn)行通信，同時(shí)兼容LAN和CAN總線，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行 切換。
圖2A為射頻前端電路原理圖。射頻前端電路是射頻數(shù)據(jù)釆集單元電路 的核心部分，其工作過(guò)程如下該系統(tǒng)工作在915MHZ頻段上，在接收階 段，天線釆集射頻信號(hào)，經(jīng)射頻濾波器處理過(guò)的接收信號(hào)進(jìn)入射頻收發(fā)控 制模塊進(jìn)行處理，由基帶信號(hào)接口進(jìn)入集成的RFID讀寫控制模塊進(jìn)行編解 碼處理、協(xié)議解析，最后釆集數(shù)據(jù)進(jìn)入MCU控制單元。在發(fā)射階段，基帶 信號(hào)經(jīng)射頻收發(fā)控制模塊調(diào)制，經(jīng)過(guò)功率放大及射頻濾波后，最后經(jīng)天線 發(fā)射出去。
射頻前端電路的硬件選擇方案如下
1 )射頻前端電路的核心即射頻收發(fā)控制模塊釆用ADF7020，它是一款 低功耗集FSK/GFSK/ ASK/OOK/GOOK為 一體的射頻收發(fā)芯片，其芯片主 要參數(shù)為工作頻率915M;數(shù)據(jù)速率為0.15-64kbps， ASK;可編程的輸出 功為-16—13dBm;接收靈敏度為一106.5dBm at 9.6 kbps， ASK;利用芯片本 身集成的調(diào)制解調(diào)、濾波放大、數(shù)字信號(hào)處理等功能，可搭建收發(fā)一體的 射頻前端模塊。由于該芯片高度集成化，使得射頻前端模塊電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單， 系統(tǒng)工作穩(wěn)定。
2)功率放大器釆用RF2173，其參數(shù)為3.5V電源下最大增益32dB, 輸出功率36dBm,工作頻率800-950MHZ。射頻濾波器釆用陶瓷微波濾波器 LFL1892MTC1A052，濾波帶寬為905-930MHZ。以上器件參數(shù)完全滿足系 統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。
圖2B為射頻模塊前端匹配電路，它是整個(gè)射頻數(shù)據(jù)采集單元前端硬件 設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，射頻模塊前端匹配電路的電容電感參數(shù)必須通過(guò)仿真并反復(fù) 試驗(yàn)才能給出。該電路釆用LC電路匹配技術(shù)，C2、 Ll組成負(fù)載輸出匹配 電路，Cl、 L2組成負(fù)載輸入匹配電路，C3為旁路電容，其中Cl、 C2、 Ll、
L2具為射頻專用器件，工作頻率為915M，由0歐電阻R1、 C4(10nf)、 C5 (5.1pf)組成電源濾波電路，其電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵為參數(shù)Cl、 L2、 C2、 Ll值的確定，
本實(shí)施例中元件參數(shù)的確定過(guò)程如下選用阻抗50歐的天線Yl，射 頻芯片ADF7020的輸入阻抗為24-J60 (歐)，輸出阻抗為39+J60 (歐)，根 據(jù)阻抗匹配仿真和實(shí)際電路校正后確定匹配電路的元件參數(shù)為8.7pf， 4.3np, 8.2pf， 8.3np。實(shí)際測(cè)試證明該匹配電路參數(shù)的選取合理，滿足射頻 電路的匹配要求。
圖3表述了本實(shí)用新型釆用的控制方法中軟件的建立模式和各個(gè)模塊 之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。由Linux與嵌入式圖形引擎系統(tǒng)搭建了軟件的平臺(tái)，在應(yīng) 用程序?qū)?，?shù)據(jù)釆集狀態(tài)機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的邏輯控制，通信協(xié)議解析 模塊將網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議解析與格式化，通過(guò)多線程任務(wù)調(diào)度處理 模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并在用戶交互界面上顯示出來(lái)；在內(nèi)核驅(qū)動(dòng)層，底層 操作數(shù)據(jù)被封裝成模塊接口，向上層提供封裝接口，其中鍵盤驅(qū)動(dòng)模塊掃 描底層鍵盤的按鍵動(dòng)作；以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)模塊完成對(duì)以太網(wǎng)控制器的初始化與 配置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能；串口驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)RS232接口通信協(xié)議；存儲(chǔ) 驅(qū)動(dòng)模塊提供存儲(chǔ)器的讀寫時(shí)序轉(zhuǎn)換；顯示驅(qū)動(dòng)模塊與RFID接口驅(qū)動(dòng)模塊 分別提供了數(shù)據(jù)顯示接口與RFID數(shù)據(jù)讀寫接口；此外，系統(tǒng)使用共享數(shù)據(jù) 緩存作為應(yīng)用程序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的存儲(chǔ)空間，提高系統(tǒng)的工作效率。
如圖6所示，本實(shí)用新型工業(yè)智能終端釆用的控制方法包括數(shù)據(jù)釆集 過(guò)程和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，二者通過(guò)主線程控制狀態(tài)機(jī)協(xié)調(diào)工作，其中主線程 狀態(tài)機(jī)包括以下步驟
系統(tǒng)上電后，進(jìn)入初始化狀態(tài)；
內(nèi)部初始化狀態(tài)設(shè)置，執(zhí)行初始化，初始化內(nèi)部變量和相應(yīng)的設(shè)備；
進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)設(shè)置，啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸線程，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程；
線程啟動(dòng)成功進(jìn)入數(shù)據(jù)釆集狀態(tài)設(shè)置，啟動(dòng)數(shù)據(jù)釆集線程，進(jìn)行數(shù)據(jù) 釆集過(guò)禾呈.
進(jìn)入;肖息循環(huán)處理狀態(tài)，創(chuàng)建交互界面，顯示主窗口界面；
消息讀??；
如嚴(yán)有輸乂消息，進(jìn)入消息處理狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)消息的解析處理；
如果處理完成，進(jìn)入數(shù)據(jù)釆集處理狀態(tài)；
如果釆集處理完成，進(jìn)入通信實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)；
如果通信完成進(jìn)入異常處理狀態(tài)；
如果無(wú)異常處理，進(jìn)入屏幕輸出狀態(tài)，進(jìn)入下一次消息循環(huán)。
圖4為數(shù)據(jù)釆集模塊狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)設(shè)計(jì)圖，軟件狀態(tài)機(jī)的每個(gè)狀態(tài)執(zhí) 行由兩部分組成狀態(tài)設(shè)置、狀態(tài)執(zhí)行，只有在當(dāng)前狀態(tài)執(zhí)行完才能進(jìn)入 下一個(gè)執(zhí)行狀態(tài)，當(dāng)執(zhí)行完后所有流程狀態(tài)進(jìn)入下次狀態(tài)機(jī)循環(huán)，其中每 個(gè)狀態(tài)由差錯(cuò)控制來(lái)處理異常狀態(tài)。系統(tǒng)總體分為啟動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)、工作狀態(tài)。上電后，系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)
設(shè)置，執(zhí)行自檢，檢測(cè)是否有可用的RFID讀寫控制模塊，判斷狀態(tài)機(jī)執(zhí)行 標(biāo)志，該狀態(tài)結(jié)束后，進(jìn)入RFID模塊校驗(yàn)狀態(tài)設(shè)置，執(zhí)行校驗(yàn)，如果狀態(tài) 執(zhí)行失敗，表示當(dāng)前釆集模塊處于非工作狀態(tài)，重新進(jìn)行配置搡作；成功 則表示啟動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)全部結(jié)束，進(jìn)入工作狀態(tài)。
系統(tǒng)首先進(jìn)入數(shù)據(jù)釆集狀態(tài)設(shè)置，阻塞釆集數(shù)據(jù)，在該狀態(tài)中有超時(shí) 判斷，當(dāng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間沒(méi)有釆集數(shù)據(jù)，會(huì)將狀態(tài)機(jī)的報(bào)警狀態(tài)位置位。釆 集到數(shù)據(jù)后，進(jìn)入數(shù)據(jù)解析狀態(tài)設(shè)置，數(shù)據(jù)解析處理，在該狀態(tài)中判斷釆 集數(shù)據(jù)是否符合相關(guān)協(xié)議，并進(jìn)行消息傳遞，如果不符合傳輸協(xié)議，則重 新開(kāi)始工作狀態(tài)循環(huán)。如果符合協(xié)議，進(jìn)入線程間同步等待狀態(tài)，等待主 線程的空閑狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)釆集消息，進(jìn)入下一次工作狀態(tài)循環(huán)。
該釆集模塊釆用的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化釆集邏輯控制，有效解決 了對(duì)事件的有序處理。
圖5為本實(shí)用新型工業(yè)智能終端的網(wǎng)絡(luò)切換功能控制的數(shù)據(jù)傳輸流程 圖，首先設(shè)置網(wǎng)絡(luò)類型和初始化環(huán)境變量，本實(shí)施例中首先默認(rèn)設(shè)置為以 太網(wǎng)絡(luò)類型；檢測(cè)當(dāng)前設(shè)置網(wǎng)絡(luò)類型狀態(tài)是否可用，如果以太網(wǎng)絡(luò)不可用， 則切換至CAN網(wǎng)絡(luò)總線類型進(jìn)行CAN總線控制器初始化，建立CAN網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接，傳輸小量的控制量信息，如發(fā)送報(bào)警通知數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)切 換通知等通知上位機(jī)，接收并處理解析上位機(jī)指令數(shù)據(jù)，最后向主線程發(fā) 送事件消息；如果以太網(wǎng)絡(luò)可用，則建立以太網(wǎng)絡(luò)套接字連接，然后查詢 主線程的執(zhí)行狀態(tài)、設(shè)置執(zhí)行命令，根據(jù)主線程的執(zhí)行命令進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā) 送與接受，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)解析、處理與存儲(chǔ)后，通過(guò)與主線程的信息傳遞實(shí)現(xiàn) 了任務(wù)的實(shí)時(shí)顯示與數(shù)據(jù)傳輸。
下面以生產(chǎn)車間的應(yīng)用為例，描述本實(shí)用新型工業(yè)智能終端的工作過(guò)
程
將本實(shí)用新型工業(yè)智能終端安裝在生產(chǎn)車間的工位現(xiàn)場(chǎng)上，接入車間 的MES系統(tǒng)中，需實(shí)時(shí)釆集工位在制品的電子標(biāo)簽信息，操作者在智能終 端上進(jìn)行登陸獲得任務(wù)列表，在交互界面上進(jìn)行工序搡作，并提供現(xiàn)場(chǎng)信 息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。具體步驟如下
系統(tǒng)上電后，進(jìn)入初始化狀態(tài)，首先啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸線程。數(shù)據(jù)傳輸線 程首先識(shí)別網(wǎng)絡(luò)接口類型，以確定釆用以太網(wǎng)絡(luò)傳輸模式還是釆用CAN總 線傳輸模式。經(jīng)識(shí)別釆用以太網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸線程，啟動(dòng)網(wǎng) 絡(luò)初始化設(shè)置，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享緩存初始化后，進(jìn)入后臺(tái)循環(huán)處理狀態(tài)識(shí) 別操作狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信、協(xié)議解析、數(shù)據(jù)封裝與處理、線程通信等。
然后，系統(tǒng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)釆集線程，線程首先檢測(cè)RFID數(shù)據(jù)釆集模塊，進(jìn) 行模塊設(shè)置校驗(yàn)。確認(rèn)模塊的工作狀態(tài)后，設(shè)置釆集模塊為阻塞釆集狀態(tài)， 監(jiān)聽(tīng)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入后臺(tái)循環(huán)處理數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理、釆集設(shè)置、監(jiān) 聽(tīng)數(shù)據(jù)等。
當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸線程與數(shù)據(jù)釆集線程啟動(dòng)后，主線程創(chuàng)建交互界面，提取
數(shù)據(jù)顯示在主窗口中，然后進(jìn)入消息循環(huán)處理狀態(tài)循環(huán)獲取消息，響應(yīng)
對(duì)應(yīng)操作事件。
在主線程的消息循環(huán)中，當(dāng)由鍵盤指令輸入，或者觸摸屏的功能鍵觸 發(fā)時(shí)，響應(yīng)輸入事件，確認(rèn)是界面搡作，比如登記加工信息、零件質(zhì)量參
數(shù)、錯(cuò)誤報(bào)警信息等，系統(tǒng)確認(rèn)后，將數(shù)據(jù)封裝，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至上層MES
y 在數(shù)據(jù)釆集處理狀態(tài)中，RFID數(shù)據(jù)釆集單元采集電子標(biāo)簽信息，通過(guò) 調(diào)用解析處理程序，對(duì)釆集的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議解析，提取標(biāo)簽的序列號(hào)信息、 數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)結(jié)果送給主線程顯示區(qū)和數(shù)據(jù)傳輸區(qū)，通過(guò)顯示模塊顯 示在界面上，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸程序，發(fā)送至上層數(shù)據(jù)庫(kù)。
對(duì)上層MES系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，調(diào)用解析處理程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、 處理整合，將處理好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)器(SDRAM)中，供查看工 藝參數(shù)、加工指令、任務(wù)列表等信息。
在通信實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別通信狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議， 保持與遠(yuǎn)端監(jiān)控中心建立的連接；判斷數(shù)據(jù)緩存中是否有未發(fā)送數(shù)據(jù)，根 據(jù)協(xié)議讀取數(shù)據(jù)備份并發(fā)送；同時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)送釆集數(shù)據(jù)。
在運(yùn)行過(guò)程中，與外界的通信連接中斷，釆集數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)發(fā)送，則 根據(jù)協(xié)議將數(shù)據(jù)格式化，存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)器中備份。
在異常處理狀態(tài)中，如果工作異常，如數(shù)據(jù)釆集失敗、網(wǎng)絡(luò)終端等情 況，系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警燈報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息存入本地曰志。
最后系統(tǒng)通過(guò)屏幕輸出將各種信息通過(guò)交互界面顯示出來(lái)。
本實(shí)用新型主要應(yīng)用于制造業(yè)中在制品生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)釆集、監(jiān)控和管 理，同時(shí)也應(yīng)用于粉塵、油污等較為惡劣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 的釆集、運(yùn)算與管理。它釆用RFID數(shù)據(jù)釆集手段，有效解決了在制造業(yè)物 中流數(shù)據(jù)釆集效率低、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，釆用多線程與軟件狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)相 結(jié)合的復(fù)雜邏輯控制；兼容多種網(wǎng)絡(luò)總線，有網(wǎng)絡(luò)切換功能，使其適合多 節(jié)點(diǎn)的大型工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)釆集及實(shí)時(shí)傳送。
權(quán)利要求1. 一種基于RFID數(shù)據(jù)采集功能的工業(yè)智能終端，其特征在于具有:控制單元，為核心控制部分，提供交互界面顯示接口、輸入輸出接口；射頻數(shù)據(jù)采集單元，集成RFID讀寫控制模塊，前端輸入為射頻前端電路，輸出端與控制單元的總線接口相連；存儲(chǔ)單元，包括閃存、SDRAM以及外擴(kuò)存儲(chǔ)卡，通過(guò)數(shù)據(jù)線接至控制單元；網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，具有以太網(wǎng)接口及CAN總線接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切換電路切換，實(shí)現(xiàn)控制單元與監(jiān)控終端的通訊連接；顯示單元，與控制單元的顯示數(shù)據(jù)輸出端相連，用于顯示用戶界面；電源管理單元，為其他各用電單元提供多種等級(jí)的穩(wěn)定電壓，受控于控制單元內(nèi)部的電源管理軟件。
2. 按權(quán)利要求1所述的基于RFID數(shù)據(jù)釆集功能的工業(yè)智能終端，其特 征在于還具有接口擴(kuò)展單元，與控制單元的總線接口相連，具有多種總 線接口，用于擴(kuò)展多種接口的外圍設(shè)備。
3. 按權(quán)利要求1所述的基于RFID數(shù)據(jù)釆集功能的工業(yè)智能終端，其特 征在于還具有錄入單元，包括輸入控制模塊、鍵盤及觸摸屏，由控制單 元的底層驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)輸入控制模塊對(duì)鍵盤與觸摸屏輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
4. 按權(quán)利要求1所述的基于RFID數(shù)據(jù)采集功能的工業(yè)智能終端，其 特征在于所述射頻前端電路包括射頻濾波器，其將天線釆集的信號(hào)進(jìn)行 濾波處理后送至射頻模塊前端匹配電路，再經(jīng)射頻收發(fā)控制模塊及基帶信 號(hào)接口與射頻數(shù)據(jù)釆集單元中的RFID讀寫控制模塊相連；射頻模塊前端匹 配電路的回饋信號(hào)經(jīng)功率放大器回送至射頻濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于RFID數(shù)據(jù)采集功能的工業(yè)智能終端，包括控制單元，提供交互界面顯示接口、輸入輸出接口；射頻數(shù)據(jù)采集單元，集成RFID讀寫控制模塊，前端輸入為射頻前端電路，輸出端與控制單元的總線接口相連；存儲(chǔ)單元，包括閃存、SDRAM以及外擴(kuò)存儲(chǔ)卡，通過(guò)數(shù)據(jù)線接至控制單元；網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，具有以太網(wǎng)接口及CAN總線接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切換電路切換實(shí)現(xiàn)控制單元與監(jiān)控終端的通訊連接；顯示單元，與控制單元的顯示數(shù)據(jù)輸出端相連，顯示用戶界面；電源管理單元，為其他電單元提供多等級(jí)的穩(wěn)定電壓，受控于控制單元內(nèi)部的電源管理軟件。本實(shí)用新型增強(qiáng)了系統(tǒng)處理復(fù)雜事件的能力，功能多，兼容性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201203774SQ20082001360
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者劉忠強(qiáng), 孟憲明, 磊 張, 胡琨元, 蘇衛(wèi)星, 馬連博 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所