《電子技術應用》
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TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標簽系統(tǒng)設計
摘要: 本文介紹了基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標簽系統(tǒng)設計,提出并實現(xiàn)了基于面向?qū)ο蠛蛙浖O計模式的裝設計方法,在實際使用中代碼靈活、結構簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定,而且維護起來也十分方便。
Abstract:
Key words :
  近年來,由于電子商務的發(fā)展,物流業(yè)呈現(xiàn)出JIT運送普及化、小批量、多品種、高頻率的貨物運輸?shù)忍攸c。在實際的生產(chǎn)作業(yè)中,對小批量、多品種、高頻率貨物的處理始終是一個難題。現(xiàn)有電子標簽系統(tǒng)在控制上都是采用現(xiàn)場總線技術。但這種技術在信息集成方面存在許多不足,如:

  ①已有的現(xiàn)場總線標準過多,僅IEC國際標準就包含了8個類型,未能統(tǒng)一到單一標準上來,多種現(xiàn)場總線并存已成定局。

  ②不同類型的現(xiàn)場總線設備均配有專用的通信協(xié)議,互相之間不能兼容,無法實現(xiàn)互操作,無法協(xié)同工作,也無法實現(xiàn)信息的無縫集成。

  為了解決同一控制系統(tǒng)中多種現(xiàn)場總線的集成問題,在一些工程中通常是利用某種標準技術(如OPC技術等)開發(fā)能夠連接其現(xiàn)場總線的接口。但各現(xiàn)場總線標準沒有完全統(tǒng)一,需要開發(fā)大量的接口才能滿足不同工控對象的需要。因此,我們提出了基于TCWIP的以太網(wǎng)LCD電子標簽系統(tǒng)。

  1、基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD 電子標簽輔助揀貨系統(tǒng) 

  基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標簽是一套安裝在儲位上的液晶顯示裝置。它顯示待揀物品的型號、數(shù)量等有效參數(shù),籍此來引導揀貨工作人員正確、快速、輕松地完成揀貨工作。圖1為實際生產(chǎn)中的LED電子標簽揀貨系統(tǒng)。

圖1 電子標簽揀貨系統(tǒng)

  在我們的系統(tǒng)中,采用的Ethernet/IP是一種既支持I/0又支持數(shù)據(jù)交換的開放式工業(yè)網(wǎng)絡,采用以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)各設備間的點對點連接,能同時支持lOMb/s和100 Mb/s以太網(wǎng)商用產(chǎn)品,便于實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的高速傳輸,如圖2所示。

圖2 基于TCPIP的以太網(wǎng)LCD電子標簽系統(tǒng)結構圖

  這樣整個系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:

  ①標準化。標準化的底層通信協(xié)議,標準化的元器件,如:集線器或交換機。

  ②結構簡單,穩(wěn)定性、可靠性高。

  ③結構開放、帶寬高、互換性好。

  ④布線簡單、管理方便。

  ⑤成本低。

  2、基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標簽軟件設計

  軟件復用一直是軟件程序員夢寐以求的技術。設計模式在某種程度上替我們解決了這個問題,因為它描述了一個在我們周圍不斷重復發(fā)生的問題,以及該問題的解決方案的核心。從圖2的網(wǎng)絡結構上可以看出,整個基于TCP/IP的以太網(wǎng)電子標簽系統(tǒng),直接由計算機通過網(wǎng)卡點對點地控制各個LCD電子標簽單元,因此,具有全開放、成本低、帶寬高、穩(wěn)定性和可靠性高、布線簡單,運行效率高,管理方便,成本較低的特點。在物流分揀系統(tǒng)中,準確、迅速、及時地顯示諸如物品種類、名稱、數(shù)量以及系統(tǒng)的工作狀態(tài)等信息,是保證物流系統(tǒng)正常工作,提高系統(tǒng)作業(yè)效率的基本條件。因此,穩(wěn)定可靠是我們設計的基本原則。

  系統(tǒng)在控制上的功能可以簡化為:

  主控計算機:

  (1)對上接收從各個LCD電子標簽單元返回的數(shù)據(jù);

  (2)對下向各個LCD電子標簽單元發(fā)送主控數(shù)據(jù)信息。

  LCD電子標簽:

  (1)顯示待分揀物品的種類、名稱、數(shù)量、圖形或其他相關信息等;

  (2)與主控計算機的網(wǎng)卡通信,上傳和接收數(shù)據(jù);

  (3)通信沖突檢測(CSMA—CD);

  (4)輸入裝置產(chǎn)生相應的輸入,如按鈕、鍵盤等;

  (5)輸出裝置產(chǎn)生相應的輸出,如揚聲器,四色燈等。

圖3 基于TCPIP的LCD電子標簽結構圖

  圖3為基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標簽的硬件結構,主要由LCD顯示單元、TCP/IP通信芯片、輸入設備(如:按鈕、鍵盤)、輸出設備(如:揚聲器、四色燈等)以及其他外設和單片機DSP以及其他服務電路組成。整個系統(tǒng)的用例圖如圖4所示。

 
圖4 LCD標簽系統(tǒng)用例圖

  在硬件服務層上,我們采用面向?qū)ο蟮脑O計方法將LCD顯示單元、按鈕、鍵盤、四色燈、TCP/IP封裝成一個個的對象。這樣也便于今后硬件服務系統(tǒng)的擴充。

  由于我們采用的LCD顯示單元,其顯示內(nèi)容豐富,能顯示數(shù)字、字符、圖形、圖片等絕大部分數(shù)據(jù),并且支持彩色顯示。本部分的封裝是整個系統(tǒng)的核心和關鍵,因此我們在設計時采用了Composite模式,將文本、直線、圓、矩形、圖片等分別封裝成對象,通過一個公共的抽象類displayObject的接口來實現(xiàn)各自在LCD顯示單元上的重畫(paint)功能,將這些對象的公共屬性存放于接口中,而各自的個體屬性則分別放于各自的類定義中。

  LCD顯示單元和這些待顯示數(shù)據(jù)對象之間為包含關系(Com.posite)。這樣設計的特點是按照LCD電子標簽系統(tǒng)的自然組成對象劃分類,各自獨立封裝,可擴展性非常好,并且結構簡單。

  由于本系統(tǒng)基于TCP/IP的以太網(wǎng),直接采用TCP/IP進行點對點的通信,所以整個類結構比較簡單,LCD電子標簽系統(tǒng)的封裝結構如圖5所示。

圖5 電子標簽系統(tǒng)的類封裝系統(tǒng)圖

  由于目前的LCD還不支持真彩,因此在我們的設計中單獨采用一個COLOR類來存放能夠支持的色彩對象。其中Device類捆綁TCP/IP芯片類來接收發(fā)送數(shù)據(jù),LCD顯示屏以及其他的外設都繼承Device類,以獲取數(shù)據(jù)傳輸和接收功能。數(shù)字、字符、圖形等則繼承抽象類displayObject類。這樣設計的一個很明顯的優(yōu)勢就是:今后如果有什么新的設備或顯示功能添加,不會影響到原來已經(jīng)設計調(diào)試好的功能。

  其c++結構代碼如下:

  圖6為采用本方法開發(fā)的單個電子標簽屏幕顯示系統(tǒng)的設計操作界面。圖中顯示的為主控計算機下發(fā)的一個字符串對象、一個圖片對象和兩個直線對象。

圖6 電子標簽顯示圖

  3、結語

  本文介紹了基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標簽系統(tǒng)設計,提出并實現(xiàn)了基于面向?qū)ο蠛蛙浖O計模式的裝設計方法,在實際使用中代碼靈活、結構簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定,而且維護起來也十分方便。



 

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