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1、引言 加工與檢測是光學(xué)制造領(lǐng)域里兩個(gè)核心部分，光學(xué)加工所能達到的精度極大依賴(lài)于檢測技術(shù)水平的高低。長(cháng)久以來(lái)，加工技術(shù)與檢測技術(shù)沿著(zhù)各自的軌道發(fā)展，并達到了很高的技術(shù)水平，極大地提高了光學(xué)制造的效率與精度，滿(mǎn)足了國防與航空等高端技術(shù)方面的需求。但同時(shí)，加工與檢測技術(shù)也形成了一個(gè)個(gè)完善的、獨立的功能體，各功能體間不能直接相互通信，不能實(shí)現在線(xiàn)測試、在線(xiàn)數據處理、在線(xiàn)加工的一體化光學(xué)加工系統，這一個(gè)個(gè)獨立的功能實(shí)體形成了所謂的“信息化”孤島。在實(shí)際工作中則表現為檢測所產(chǎn)生的測試數據不能直接傳給數據處理中心，而必須借助某種存貯媒介 (如軟盤(pán)) 由人工輸進(jìn)數據處理中心。這樣既不利于測試數據的傳輸，也不利于數據的存貯、處理及確保其安全。針對這種情況，本文設計了基于無(wú)線(xiàn)通信的檢測制造系統，實(shí)現了光學(xué)制造的在線(xiàn)檢測、在線(xiàn)數據處理、在線(xiàn)加工的一體化。 2、一體化加工系統運行模式及其結構設計 要想實(shí)現在線(xiàn)檢測、在線(xiàn)數據處理的一體化加工系統，不同功能體之間數據自由通信與傳輸是其根本要求。在車(chē)間單元層上，主要由主控計算機、管理計算機等設備組成，它們通過(guò)企業(yè)內部的以太網(wǎng)實(shí)現相互間的通信。對于工作站層，它運行在某個(gè)車(chē)間內部，主要實(shí)現兩個(gè)功能，一個(gè)實(shí)現車(chē)間內部各設備間的數據通信，另外它還負責車(chē)間底層設備與上層主控計算機間的通信，它充當了底層設備的代理。設備層由分布在車(chē)間各個(gè)不同方位的底層設備 (如檢測設備、加工設備) 組成。根據這三層運行模式的劃分，將當前先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)射頻通信技術(shù)引入到光學(xué)加工系統中，采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：良好的靈活性和移動(dòng)性；安裝便捷；故障定位容易；易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )規劃和調整；易于擴展。該系統的邏輯結構功能圖如圖1所示。 3、嵌入式控制器及無(wú)線(xiàn)模塊功能分析 3.1 工作站及無(wú)線(xiàn)收發(fā)接口功能分析 工作站必須要具有將無(wú)線(xiàn)通信數據與以太網(wǎng)數據互相轉換的功能。此外，由于車(chē)間檢測設備不止一臺，可能同時(shí)有多臺設備要求實(shí)現數據通信，因此工作站是個(gè)多任務(wù)工作系統，要具有良好的任務(wù)管理機制，以確保數據傳輸不沖突，同時(shí)，工作站還要保證數據傳輸的正確、可靠、及時(shí)，有序。對于無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，由于在車(chē)間底層，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，因而要求其具有較強的抗電磁干擾能力，數據傳輸穩定、可靠。此外，還要求其通信距離不能太短，要滿(mǎn)足整個(gè)車(chē)間范圍內的通信要求。 3.2 模塊化設計實(shí)現工作站及無(wú)線(xiàn)收發(fā) 本文采用模塊化方法來(lái)實(shí)現工作站功能的。將工作站在邏輯上分為兩部分：前部實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)收發(fā)，該部和設備層的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊一致。后部由一個(gè)具有資源管理的嵌入式控制器來(lái)管理多個(gè)數據傳送任務(wù)。由于底層設備大多具有標準串行接口，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊主要實(shí)現無(wú)線(xiàn)射頻數據與串行數據的轉換與控制。工作站的功能模型分析如圖2所示。 4、系統硬件設計與實(shí)現 4.1 無(wú)線(xiàn)模塊硬件設計 本文中所選擇的無(wú)線(xiàn)通信芯片是挪威Nordic公司的nRF2401無(wú)線(xiàn)芯片。它是一款非常適合于工業(yè)控制的無(wú)線(xiàn)通信芯片，它內置點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，可以很方便地實(shí)現任意兩個(gè)指定設備間的無(wú)線(xiàn)通信，此外，它的通信速率高達1Mbps，最遠通信距離高達1000M，抗干擾能力強，內置硬件CRC檢錯功能。通過(guò)單片機C51控制可實(shí)現與外界設備間串行數據的發(fā)送、接收。無(wú)線(xiàn)模塊的硬件結構圖如圖3所示。 4.2 工作站硬件功能設計與實(shí)現 從3.2可知，工作站由兩部分組成：無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊和嵌入式控制器。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊采用統一結構。至于嵌入式控制器，本文中選擇BL2600。BL2600是一款集網(wǎng)絡(luò )通訊和嵌入式控制于一體的嵌入式單板計算機，具有TCP/IP —— RS-232協(xié)議轉換功能，同時(shí)支持合作式微操作系統及搶占式微操作系統(uC/OS-II)對系統任務(wù)、資源的管理與控制，能很好地實(shí)現多任務(wù)的管理。BL2600與無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊通過(guò)串口相連，其結構連接圖如圖4所示。 5、系統軟件功能實(shí)現 該在線(xiàn)測控系統軟件功能主要含有兩部分：BL2600的多任務(wù)管理模塊和基于nRF2401的無(wú)線(xiàn)數據通信模塊。 5.1 BL2600多任務(wù)管理模塊 在系統的實(shí)現中，采用BL2600自帶的Dynamic C開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用合作式操作系統完成對工作站的多任務(wù)的管理與控制。在合作式操作系統的狀態(tài)控制下，網(wǎng)絡(luò )連接、串口監聽(tīng)、網(wǎng)絡(luò )發(fā)送、網(wǎng)絡(luò )接收、串口發(fā)送、串口接收等任務(wù)能有序地運行。BL2600與無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊間的串口數據通信可采用基于XON/XOFF的軟握手協(xié)議和基于RTS/CTS的硬握手協(xié)議。圖4顯示了串口傳輸基于軟握手協(xié)議時(shí)的連接圖。多任務(wù)管理模塊的程序流程圖圖5所示。 6、實(shí)驗驗證 為檢驗所設計的系統，本實(shí)驗分為兩步。首先進(jìn)行模擬實(shí)驗(防止直接實(shí)驗對現場(chǎng)設備的破壞)，模擬實(shí)驗主要用主計算機自身的串口來(lái)模擬車(chē)間加工、檢測設備的串口，實(shí)驗原理圖如圖7所示。模擬實(shí)驗成功后，再進(jìn)行現場(chǎng)實(shí)驗，圖8為現場(chǎng)實(shí)驗的一個(gè)截圖。兩實(shí)驗均表明，該在線(xiàn)檢測系統設計合理，運行穩定，數據傳輸正確、可靠。 7、結束語(yǔ) 本文將無(wú)線(xiàn)通信引入到光學(xué)檢測、加工車(chē)間，改變了了傳統光學(xué)檢測數據、控制數據的傳輸方式，實(shí)現了一種具有在線(xiàn)檢測、在線(xiàn)加工的一體化光學(xué)制造系統，為未來(lái)光學(xué)加工自動(dòng)化奠定了很好的基礎，具有先進(jìn)性。 |
