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1、引言 加工與檢測是光學制造領域里兩個核心部分，光學加工所能達到的精度極大依賴于檢測技術水平的高低。長久以來，加工技術與檢測技術沿著各自的軌道發展，并達到了很高的技術水平，極大地提高了光學制造的效率與精度，滿足了國防與航空等高端技術方面的需求。但同時，加工與檢測技術也形成了一個個完善的、獨立的功能體，各功能體間不能直接相互通信，不能實現在線測試、在線數據處理、在線加工的一體化光學加工系統，這一個個獨立的功能實體形成了所謂的“信息化”孤島。在實際工作中則表現為檢測所產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) 由人工輸進數據處理中心。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，本文設計了基于無線通信的檢測制造系統，實現了光學制造的在線檢測、在線數據處理、在線加工的一體化。 2、一體化加工系統運行模式及其結構設計 要想實現在線檢測、在線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，它們通過企業內部的以太網實現相互間的通信。對于工作站層，它運行在某個車間內部，主要實現兩個功能，一個實現車間內部各設備間的數據通信，另外它還負責車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。設備層由分布在車間各個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，將當前先進的無線射頻通信技術引入到光學加工系統中，采用無線網絡通信具有以下幾個特點：良好的靈活性和移動性；安裝便捷；故障定位容易；易于進行網絡規劃和調整；易于擴展。該系統的邏輯結構功能圖如圖1所示。  3、嵌入式控制器及無線模塊功能分析 3.1 工作站及無線收發接口功能分析 工作站必須要具有將無線通信數據與以太網數據互相轉換的功能。此外，由于車間檢測設備不止一臺，可能同時有多臺設備要求實現數據通信，因此工作站是個多任務工作系統，要具有良好的任務管理機制，以確保數據傳輸不沖突，同時，工作站還要保證數據傳輸的正確、可靠、及時，有序。對于無線收發模塊，由于在車間底層，生產環境惡劣，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，要滿足整個車間范圍內的通信要求。 3.2 模塊化設計實現工作站及無線收發 本文采用模塊化方法來實現工作站功能的。將工作站在邏輯上分為兩部分：前部實現數據的無線收發，該部和設備層的無線收發模塊一致。后部由一個具有資源管理的嵌入式控制器來管理多個數據傳送任務。由于底層設備大多具有標準串行接口，無線收發模塊主要實現無線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、系統硬件設計與實現 4.1 無線模塊硬件設計 本文中所選擇的無線通信芯片是挪威Nordic公司的nRF2401無線芯片。它是一款非常適合于工業控制的無線通信芯片，它內置點對多點的無線通信協議，可以很方便地實現任意兩個指定設備間的無線通信，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。通過單片機C51控制可實現與外界設備間串行數據的發送、接收。無線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現 從3.2可知，工作站由兩部分組成：無線收發模塊和嵌入式控制器。無線收發模塊采用統一結構。至于嵌入式控制器，本文中選擇BL2600。BL2600是一款集網絡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協議轉換功能，同時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、資源的管理與控制，能很好地實現多任務的管理。BL2600與無線收發模塊通過串口相連，其結構連接圖如圖4所示。 5、系統軟件功能實現 該在線測控系統軟件功能主要含有兩部分：BL2600的多任務管理模塊和基于nRF2401的無線數據通信模塊。 5.1 BL2600多任務管理模塊 在系統的實現中，采用BL2600自帶的Dynamic C開發環境，使用合作式操作系統完成對工作站的多任務的管理與控制。在合作式操作系統的狀態控制下，網絡連接、串口監聽、網絡發送、網絡接收、串口發送、串口接收等任務能有序地運行。BL2600與無線收發模塊間的串口數據通信可采用基于XON/XOFF的軟握手協議和基于RTS/CTS的硬握手協議。圖4顯示了串口傳輸基于軟握手協議時的連接圖。多任務管理模塊的程序流程圖圖5所示。 6、實驗驗證 為檢驗所設計的系統，本實驗分為兩步。首先進行模擬實驗(防止直接實驗對現場設備的破壞)，模擬實驗主要用主計算機自身的串口來模擬車間加工、檢測設備的串口，實驗原理圖如圖7所示。模擬實驗成功后，再進行現場實驗，圖8為現場實驗的一個截圖。兩實驗均表明，該在線檢測系統設計合理，運行穩定，數據傳輸正確、可靠。 7、結束語 本文將無線通信引入到光學檢測、加工車間，改變了了傳統光學檢測數據、控制數據的傳輸方式，實現了一種具有在線檢測、在線加工的一體化光學制造系統，為未來光學加工自動化奠定了很好的基礎，具有先進性。 |
