摘要：本文針對離散型制造執(zhí)行系統(tǒng)在制造行業(yè)中的運用實例進行說明，本文網(wǎng)絡的管理結構是使用的半分布式數(shù)據(jù)結構。傳感器節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點是組成這個系統(tǒng)的兩大結構。
引言
在我國國民經(jīng)濟產業(yè)中，制造業(yè)占據(jù)了相當重的比例，制造業(yè)的發(fā)展不僅促進了工業(yè)的發(fā)展進程，它還逐漸滲透到我們生活當中，對我們的生活，生產、文化都造成了一定的影響。制造業(yè)信息化的過程是指將信息技術應用到制造業(yè)當中，將產品從設計到維護的整個流程都記錄在信息當中。在促進企業(yè)生產效率的同時，方便了企業(yè)的管理。隨著信息技術的不斷改進，該技術的應用范圍日益增廣，它逐漸滲透到了工業(yè)領域及制造行業(yè)。
1 相關技術研究
1.1 ZigBee無線通訊技術
Zigbee技術具有雙向、無線通訊、短距離，低消耗、低復雜度和低成本等特點，作為一種通信技術，它在控制領域的應用范圍較廣，在多種設備中都可以安裝。與其他通信技術相比，Zigbee技術具有低耗低成本和地數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，這也就決定了該技術適應的業(yè)務都具有小數(shù)據(jù)流量的特點。Zigbee協(xié)議中包含兩種設備。即全功能設備FFD和簡化功能設備RFD，F(xiàn)FD是負責網(wǎng)絡節(jié)點的集中和協(xié)調，RFD負責終端節(jié)點，所以在該協(xié)議中FFD為主協(xié)調器，RFD為從協(xié)調器。
1.2 嵌入式技術
嵌入式技術是針對計算機專業(yè)系統(tǒng)裝置或設備來說的，該系統(tǒng)的控制程序通常都儲存在只讀內存當中。為了完善離散型制造業(yè)MES系統(tǒng)的功能，增強系統(tǒng)的一致性、配置型，擴展性和接口的多樣化，需在無線傳感網(wǎng)絡MES中嵌入系統(tǒng)。改善后的無線檢測終端對系統(tǒng)和設備的集成有明顯的提高，設備各方面的性能、通用性和使用范圍也因此得到了改善，同時還推動了企業(yè)信息技術的發(fā)展。
2 無線檢測終端平臺的硬件設計
本文針對離散型制造執(zhí)行系統(tǒng)在制造行業(yè)中的運用實例進行說明，本文網(wǎng)絡的管理結構是使用的半分布式數(shù)據(jù)結構。傳感器節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點是組成這個系統(tǒng)的兩大結構。
2.1 核心控制模塊硬件設計
核心控制模塊需要控制任務管理，路由協(xié)議、同步定位和節(jié)點處理等模塊，所以該控制模塊須具有外設功能、低能耗、外圍設備資源豐富等特點才能滿足外圍電路設計的要求，目前以ARM7TDMI體系中的AT91SAM7S64結構最為合適。無線檢測終端的電源形式有五種分別是1.8V、33V、5V、24V、12V。其中24V和12V這兩個電壓是由開關電源管理。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內部包含了兩個收發(fā)器，該收發(fā)器有一個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 無線通信模塊電路設計
RS232的傳輸距離在50以內，而檢測系統(tǒng)在實際傳輸中的傳輸距離遠遠大于RS232的傳輸距離，所以需要用接口RS485來擴展傳輸距離。RS485接口的轉換電路包括三個部分，即電源、485電路、232電平轉換。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這兩個引腳完成的，所以這兩個引腳電平的高低就決定了數(shù)據(jù)輸入輸出的有效性。
3 無線檢測終端平臺的軟件設計
3.1 FreeRTOS系統(tǒng)的移植
在FreeRTOS系統(tǒng)中的內核編程使用的都是C語言，所以使用的單片機應用軟件Keil必須是兼容C語言的軟件。從FreeRTOS中下載最新源碼FreeRTOSV5.0.4，將下載后的源碼進行解壓釋放到一個方便的途徑。首先在FreeRTOS/Source/portable/keil下創(chuàng)建一個[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只需參照這兩個文件就可獲得所需函數(shù)和宏。
3.2 系統(tǒng)驅動開發(fā)
驅動硬件和系統(tǒng)的操作內核是通過設備驅動程序來連接的，硬件設備對應用程序來說僅僅是一個文件，它的作用就是簡化應用程序在硬件中的細節(jié)問題。
3.2.1 UART驅動開發(fā)
對緩沖區(qū)UART下定義，分離緩沖區(qū)內的驅動程序和驅動硬件，用戶程序和驅動硬件間的聯(lián)系依靠緩存技術來完成。如下所示為UART緩沖區(qū)的定義表達式：
初始化串口函數(shù)Init_UART0()，中斷串口，設置芯片外圍參數(shù)，按照系統(tǒng)中的時鐘頻率、波特率等參數(shù)對與UART相關的寄存器進行設置，保證能串口的正常使用。
以recvbuff為基礎，增加queue，在驅動程序中UART包括了兩個隊列。一個負責數(shù)據(jù)發(fā)送，一個負責數(shù)據(jù)接受。發(fā)送隊列在發(fā)送時需注意以下幾點：首先必須保證發(fā)送隊列中包含數(shù)據(jù)，讓能發(fā)送處于中斷狀態(tài)，中斷服務程序會在能發(fā)送中斷的狀態(tài)下將發(fā)送隊列中包含的數(shù)據(jù)發(fā)送至指定串口。加載后的設備保持數(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，在讀取數(shù)據(jù)和調用數(shù)據(jù)時需進入到queue文件中。若如果有數(shù)據(jù)，則按照queue文件內的數(shù)據(jù)發(fā)送過去，如果沒有數(shù)據(jù)，就需要等待，直至接收中斷。
3.2.2 LCD驅動開發(fā)
在初始化函數(shù)之前需先初始化LCD控制器，在寄存器中設置控制器的顏色數(shù)目和顯示模式，然后按照不同的設置將LCD分配到不同的緩存區(qū)域。緩存區(qū)面積計算方式為：點陣的行敬×列數(shù)×表示單個像素的比特數(shù)÷8。若LCD顯示的點陣行數(shù)為320。點陣列數(shù)為240，像素比特數(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。編寫底層驅動SED1335液晶控制器的程序。讀寫數(shù)據(jù)函數(shù)包括兩種，即自動讀寫和一次讀寫，在這之前需設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)操作過程就算完成了。
3.3 終端界面設計
傳感器、調節(jié)器節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送和收集、主程序處理模塊和通信服務子程序這四個部分是構成無線檢測終端軟件系統(tǒng)的主要部分。主程序處理模塊在軟件系統(tǒng)中主要負責功能模塊初始化，它還可以設置寄存器的工作模式和其他內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。通信服務子程序在軟件系統(tǒng)中主要負責數(shù)據(jù)的接收、處理、打包和發(fā)送，保證數(shù)據(jù)完整可靠的進入用戶應用程序，顯示和調用終端檢測信息，儲存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫。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 無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸
PSFQ是Pump Slowly，F(xiàn)etch Quickly的縮寫，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準是比較接收序列號和預期序列號的大小，若大于則代表能找回，從而啟動錯誤恢復操作。流經(jīng)中間節(jié)點的數(shù)據(jù)都是可靠而有保障的，它的發(fā)送序列號和轉發(fā)次序是嚴格按照順序發(fā)送的，這樣一來，就少做了很多無用功。PSFQ在程序中的作用是保證報文緩存數(shù)量在中間節(jié)點的平衡性，同時它還能降低錯誤恢復所需的開銷。
PSFQ傳輸協(xié)議有三個優(yōu)點，即信息傳遞、錯誤恢復、選擇性狀態(tài)報告，信息傳遞是指將消息傳入網(wǎng)絡當中。在中聞節(jié)點設立一個數(shù)據(jù)緩存區(qū)，這樣不僅可保證數(shù)據(jù)有序的傳達，還具有恢復丟失的文件、消息功能，數(shù)據(jù)緩存區(qū)可以檢查數(shù)據(jù)的接收量，以便及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否缺失。中間節(jié)點在消息傳遞過程中擔任檢驗者的角色，負責消息的中轉及錯誤恢復操作的啟動。
4 結束語
軟件X-CTU是一款專門用于測試模塊或程序性能的軟件，本文利用它來檢測XBee無線通信模塊的配置和性能。X-CTU軟件操作相對簡單，需要的輔助設備較少。但X-CTU軟件也存在一些不足，比如它只有在Windows平臺上才能完成檢測，且系統(tǒng)操作平臺的版本不能低于Windows98。設計出來的檢測終端已經(jīng)過實際的驗證，將檢測信息進行分析，這些信息就體現(xiàn)了該企業(yè)設備的使用效率，針對缺陷做出改善，從而達到提高生產效率的目的。
（.e-works）
