CN103384268A - 一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端（简称NI-MDC），它包括NI-MDC系统平台和NI-MDC驱动软件系统；所述的NI-MDC系统平台包括核心板、复位电路、LCD模块、触摸屏设备、键盘模块、DM9000网卡、RFID读写模块和串口读写模块。本发明的NI-MDC通过现场数据采集端，可以实时完成作业数据、物料数据、质量数据、设备状态数据等的实时采集，并在经过数据处理模块过滤、汇总后传递给MES等管理系统，为企业生产经营管理提供准确及时的原始数据；可以对生产现场进行实际而有效的生产监控，既安全可靠又简单实用。

Description

一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端

技术领域

本发明涉及制造业企业的制造数据采集技术，特别是涉及一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端。

背景技术

目前，在国内已经应用MES系统（Manufacturing Execution System，制造执行系统简称MES)的制造业企业中，多以普通的个人计算机或工业控制计算机为主体做现场终端，其功耗大、体积大、功能单一、工业防护等级低、可靠性差，不适合在环境恶劣的各类工业现场使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了实现制造过程的可视化和敏捷化，提出一种成本低、功能实用、快捷部署的基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端。

一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端（Network IntegratedManufacture Data Collector，简称NI-MDC），包括NI-MDC系统平台和NI-MDC驱动软件系统；

所述的NI-MDC系统平台包括核心板、复位电路、LCD模块、触摸屏设备、键盘模块、DM9000网卡、RFID读写模块和串口读写模块；

所述的核心板提供的接口支持：TFT/STN液晶屏、USB、HOST/DEVICE、IIS音频、NAMD闪存、SD/MMC/SDIO存储卡以及触摸屏；

所述的核心板包括NOR Flash（闪存芯片）、ARM处理器和SDRAM（同步动态随机存储器），采用支持WinCE操作系统的基于ARM架构的核心板作为硬件平台，采用嵌入式处理器及核心板为平台，装载WinCE嵌入式实时操作系统，并对操作系统层和OEM层进行驱动、组件和服务的定制；

所述的NOR Flash（闪存芯片）采用并口输入输出数据，如图2所示，其芯片内执行XIP（eXecute In Place），即MPU可以直接从Nor Flash中取指令并在Flash闪存内运行，所述的Nor Flash用来存放引导程序（BootLoader），在系统加载过程中执行开机自检和硬件初始化，并负责执行以及将Nand Flash中的程序拷贝到SDRAM中，然后将MPU控制权交给SDRAM中的程序（可以是用户自己编写的函数或者是系统内核）；

所述的SDRAM（同步动态随机存储器）具有动态刷新，读／写速度快的特点，所述的SDRAM与ARM处理器总线速度同步，也就是与系统时钟同步；无等待周期，减少数据传输延迟，避免不必要的等待周期减少数据存储时间；在嵌入式系统中，微处理器上启动后都会将非易失性的存储器件中的代码加载到SDRAM中进行运行，操作系统及用户数据、堆栈均位于SDRAM中；

所述的ARM处理器是用一片大规模集成电路组成的中央处理器，其组成部分有：寄存器堆、运算器、时序控制电路以及数据和地址总线，它与存储器和外围电路芯片组成嵌入式核心版；所述的ARM处理器用于完成取指令、执行指令、以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，负责执行控制部件和算术逻辑部件，是微型计算机的运算控制部分。

所述的复位电路为看门狗硬件电路；

复位电路利用MPU正常工作时，定时复位计数器，使得计数器的值不超过某一值；当主系统中软件遭到破坏MPU不能正常工作时，由于计数器不能被复位，因此其计数会超过某一值，从而产生复位脉冲，实现系统重启。即在初始化时压入堆栈一个地址，在此地址内执行的是一条关闭中断和一条死循环语句。这样，当程序走飞后，其进入陷阱的可能性将大大增加,而一旦进入陷阱，定时器停止工作并且关闭中断，使看门狗复位电路会产生复位脉冲由看门狗硬件电路自动重启，且从备份系统启动，在备份系统中对主系统软件进行修复。

所述的LCD模块采用FPGA做为桥接芯片,集成显存技术的视频转换卡及驱动程序；带有LCD控制器的MPU通过此模块,可以驱动带VGA接口的液晶显示屏或CRT显示器；

所述的LCD模块的工作原理为：低场频/刷新率的视频数据(比如20Hz或更低)由LCD控制器输出,经过FPGA采集和处理之后送给数模转换芯片转换成RGB模拟信号,最后送给VGA显示器显示，同时FPGA产生驱动VGA显示器所需要的行同步和场同步信号(此过程也叫时序转换)，实现低刷新率到高刷新率的转变,将操作系统及软件界面显示于VGA显示器实现与用户的可视化交互。

所述的触摸屏设备，其驱动程序的代码分为上层模型设备驱动MDD和下层平台相关驱动PDD；

MDD层包含某一类型的驱动程序所通用的代码；PDD层包含特定的硬件或平台专用的代码。当操作系统访问硬件时,MDD层调用特定的PDD函数来访问相应硬件。当操作系统访问硬件时,首先通过使用DDI函数与驱动程序交互；然后在驱动程序内部,MDD通过DDSI函数与PDD进行交互；最后由PDD完成真正的硬件访问操作。其驱动程序在编译时,被静态链接到GWES程序,系统运行时由GWES.exe加载。MDD使用微软的代码tchmdd.lib来开发触摸屏驱动,编写特定硬件的PDD；触摸屏的驱动程序主要由TouchPanelEnable、TouchPanelD2isable、TouchPanelpISR和TouchPanelGetDeviceCaps等功能函数组成。触摸屏驱动读取硬件数据并转换为特定触摸屏事件传送给GWES，通过回调函数通知数据处理模块进行业务处理。

所述的键盘模块利用矩阵键盘，将按键接入到MPU的I/O端口上，由MPU采取中断或者轮询的方式读取I/O端口，获得用户的输入数据；

矩阵键盘所采用的键盘扫描法是常用的键识别方法，基本思路就是按照有规律的时间间隔去查看键盘矩阵。其识别过程为：(1)首先判断有无键被按下；向所有行线输出低电平，同时读列线，如果有列线为低电平，说明该列线上某按键被按下；(2)如果有键被按下，则进一步查找该键的具体位置。各行线依次置低电平，依次读列线，如果读到低电平，则说明该行、该列的按键被按下；(3)对得到的行号和列号进行译码，就可以得到被按下按键的键值；键盘模块可以让操作系统及软件接收用户按下的数字或符号键并进行相应的操作；

所述的DM9000网卡采用TCP/IP协议和FTP协议，基于中断工作模式下实现数据包发送和接收功能；

操作系统启动过程中加载网卡驱动程序，通过驱动程序和网络设备接口之间的有专门定义的数据结构net_device结构中的初始化函数指针调用网络设备的初始化函数，对设备进行初始化；如果操作成功就可以通过net_device结构中的open函数指针调用网络设备的打开函数打开设备，再通过net_device结构中的建立硬件包头函数指针hard—header来建立硬件包头信息；最后，通过协议接El层函数dev_queue—xmit来调用net_device结构中的数据包发送函数dmfe—start_xmit的函数指针，完成数据包的发送。数据包的接收是通过中断机制来完成的。当有数据到达时，就产生中断信号，网络设备驱动功能层就调用中断处理程序，即数据包接收程序来处理数据包的接收；然后，网络协议接口层调用netifrx函数，把接收到的数据包传输到网络协议的上层进行处理。在操作系统OEM层通过对通讯组件定制和扩充，利用协议适配模型映射方法，通过驱动程序根据数据传递目标和协议内容等参数，自主选择（SAC/TC124）工业过程测量和控制标委会的EPA、ASI、DEVICENET、PROFIBUS、MODBUS、CC-Link以及FOCUS I/II等工业网络协议进行数据的封装和解析，并与各类工业自动控制终端进行通讯。

所述的RFID读取模块（Radio Frequency Identification，简称RFID）负责读写模块与电子标签之间数据的发送接收,由F7960芯片内部控制实现,不受程序员的制约，核心板通过USB口向RFID读取模块发送命令,RFID读取模块接到命令后通过无线信道向射频标签进一步传送命令(Reader talksfirst)，标签接受读写器命令后做出必要的响应，应答器收到返回信息后，通过回调函数通知数据处理模块进行业务处理；

所述的串口读写模块使用CreateFile来打开、CloseFile关闭端口，使用GetCommState来进行参数的设置、使用GetCommState读取，并通过函数ReadFile和WriteFile对串口进行读写操作，当串口监控线程，检测到串口有可读数据后，通过回调函数通知数据处理模块进行业务处理；

所述的NI-MDC驱动软件系统采用WinCE操作系统，支持TCP/IP协议联接。

所述的NI-MDC驱动软件其系统结构分为三层：数据处理层、业务流程层、触屏UI层。

所述的数据处理层负责数据的传送，它由数据加密封装模块、数据解压缩模块、数据缓存模块和数据收发模块四个模块组成，如图4所示；

所述的数据加密封装模块：将要发出的逻辑业务数据进行封装并加密，以保证数据的完整性以及安全性；并将接收到的数据包还原成系统可处理的业务数据；

所述的数据解压缩模块：将要发送的数据包压缩，以减少收发的数据量，并将接收到的数据包解压缩；

所述的数据缓存模块：采用先进先出的原则，将接收与发出的数据放入缓存堆栈中，在网络中断时，也可以进行业务数据操作，待网络恢复后，将数据续传到服务器；在接收到大量数据以后，如超出核心业务处理能力，可暂时寄存在缓存中，使软件系统可以平稳地处理接收的数据，而不会出现死锁或者无响应；

所述的数据收发模块：通过无线网接收和发送业务数据。

所述的业务流程层：用于实现处理MES全流程业务逻辑，它包含以下几个业务流程模块：

操作者登录身份验证模块：用于与缓存中安全认证数据或者实施与服务器上的数据进行验证，读取登录者的身份信息、部门岗位、职能权限等信息；

基础数据读取模块：用于读取服务器上的基础信息，将其存于系统缓存中，并定时将服务器上的基础数据中最终修改时间大于缓存中的数据进行更新，保证系统的基础数据的时效性；

作业任务管理模块：用于接收任务、任务派工、任务开工、任务完工、作业数据采集、作业任务反馈等现场作业处理；

所述的接收任务：根据登陆人信息，读取服务器上指派给登陆人的任务作业任务，如果是班组长登陆还可以接收到指派给其下所属班组的任务用于派工。

所述的任务派工：班组长可将接收到的未派工的任务，分派给其下所属班组的人员。

所述的任务开工：操作者将接收到的作业任务，设置成开工状态，并可与设备集成，上传设备的数控NC程序。

所述的任务完工：操作者将自己开工的任务，进行完工确认。

所述的作业数据采集：操作者可以采集在作业过程中的业务数据；例如加工的单件或批次信息、过程项点信息余料废料信息；

所述的作业任务反馈：当车间现场操作者对任务进行操作的时候（派工、开工、完工、质检），所操作任务的结果，实时反馈累加到服务器的计划执行情况中，方便计划人员实时查询计划执行情况。

数据采集模块：包含数控加工设备集成采集、RFID、条码扫描等物料数据采集、质检设备集成采集质检结果数据；

质量检查模块：质检人员登陆后，接收到其质检角色对应的作业任务数据，采集对其作业成果的质量评定结果、质量项点信息，对不合格品可发出不合格品通知单；

现场收发物料模块：确认车间现场接收到的物料信息，以及填写由现场发出的成品、半成品、余料等物料发出单信息；

可视化工艺模块：可读取服务器上零件的工艺、技术通知单等信息，取代纸质工艺图纸，并可保证工艺更改的时效性；

安东报警模块：对车间发生的影响生产的事件，如设备故障、缺料、生产事故等信息实时报警。

所述的触屏UI层：用于外观层的数据图标展示、数据输入采集等；并

可浏览全格式的工艺文件、技术通知单等技术文件；并支持邮件的收

发、实时通讯等消息提醒手段。NI-MDC整个硬件无需散热，可以安装

在全密闭的盒子里以实现防尘、防水、防静电，只将触摸屏、电源、

通讯接口暴露在外面，这样减少了硬件系统受干扰的几率，可以适应

车间现场恶劣环境下的正常工作。

NI-MDC的工作原理：

NI-MDC通过网络接口接收制造执行系统（Manufacturing ExecutionSystem，简称MES）下达的生产指令、数控程序、作业指导等信息，可通过网络接口将数控程序下传至数控机床，另外可通过网络接口与三坐标测量仪、通过串口或USB接口与数字检具等设备或工具连接进行检验数据的采集，经处理后上传至制造执行系统；

车间管理人员和作业人员利用NI-MDC的触摸屏，可进行生产指令下达、作业开完工处理、物料收发处理、生产过程和质量数据的采集与处理，技术文件的查看等；还可即时反馈车间生产状态，为制造业企业的现场控制和动态调度提供及时、准确的信息支持；

通过可视化、易操作的人机界面，实现人与系统的信息交互，并利用工作流驱动作业人员完成作业任务及相关操作要求；

本发明采用支持WinCE操作系统的基于ARM架构的核心板作为硬件平台。利用所述的核心硬件资源，根据需要定制相关的内核，在EVC集成开发环境中编写应用程序。

WinCE嵌入式操作系统是一个紧凑、高效、开放、可裁减、32位的实时嵌入式视窗操作系统，采用分层结构技术，具有更好的可扩展性和定制性。基于WinCE开发平台的定制是对操作系统层和OEM层进行驱动、组件和服务的开发，以及对TCP／IP、FTP、MFC、Telnet和支持（SAC/TC124）工业过程测量和控制标委会的EPA、ASI、DEVICENET、PROFIBUS、MODBUS、CC-Link以及FOCUS I/II等工业网络协议的封装，使应用程序和操作系统独立于具体硬件，以适应各种特殊的应用环境。

在数据采集和处理方面采用了基于模型驱动的协议适配模型映射方法和OPC系统集成接口等关键技术，通过串口、USB、网络等多种硬件接口形式，与制造业生产现场的数控加工机床、三坐标测量仪、数字化检具、PLC、实验台、传感器等各类自动化生产设备和检测设备（工具）进行集成并实现实时的数据采集和交换；

基于模型驱动的协议适配模型映射方法：数据处理模块基于ETL理论构建，通过数据转换模型中映射关系定义及可使用通用的数据转换和处理流程，使系统具备高性能和易扩展性，能方便地实现集成多种异类数据源并在同一过程中处理，可高性能地完成大规模数据的处理与转换。

OPC系统集成接口关键技术：OPC数据采集模块，利用OPC基金会提供的OPC接口描述语言（Interface Description Language，简称IDL），将IDL文件转化为提供OPC远程通讯的组件，利用WinCE多线程、多任务的优势每隔5～8秒钟向OPC服务器索取一次数据，并通过回调函数通知数据处理模块进行业务处理。

NI-MDC整个硬件无需散热，可以安装在全密闭的盒子里以实现防尘、防水、防静电，只将触摸屏、电源、通讯接口暴露在外面，这样减少了硬件系统受干扰的几率，可以适应车间现场恶劣环境下的正常工作。

NI-MDC具有低功耗、高工业防护等级、接口全面、功能齐全等特点，可适应各类车间工业现场的使用，并且可以帮助制造业企业实现制造物联。NI-MDC通过各种集成接口实现全集成的方式实现可视化的人机交互以及与硬件设备数据交换，使企业生产管理与制造控制真正做到采集数据全面并实时协同，还具有先进性、易用性、可靠性、可集成性、可扩展性及价格低廉等特点，能够满足国内对制造数据采集终端的需求。

NI-MDC的业务功能如图3所示。

NI-MDC内置MES系统现场作业模块，可实现车间生产全生命周期的流程应用，包括作业任务的派工、开工、完工；物料收发；质量检查；数据采集；可视化工艺以及其相关报表统计；并包含安东报警以及数控设备的集成等。方便、高效、高可视化的业务数据处理和分析以及采集，与车间调度系统高度集成，可实时、全方位地反映车间作业情况。

a)作业管理：任务查看、作业开工、作业完工、作业误工报告等；

b)质检记录：质检结果登记、质量项点登记、不合格品登记等；

c)物料管理：物料收发、物料配送提醒、缺料报警等；

d)设备管理：设备维保计划查看及日常点检反馈、状态信息采集、利用率分析、设备故障报警等；

e)生产辅助：可视化工艺的显示、通知信息的浏览、NC程序的上传和下载等。

通过上述业务过程处理、数据采集可以实现对生产的约束和持续改进，可以使企业全局设备效率（Overall Equipment Effectiveness，简称OEE）得到优化和改善，使企业的潜在产能得到释放和提高；可以对生产过程中所有的损耗进行监督和控制，对各项系统指标进行分析，它可以帮助企业管理人员准确清楚地通过MES系统了解生产进度情况、质量情况、在制品情况、生产设备情况，帮助他们分析生产过程中的各类技术和管理指标。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端，与现有技术相比具有这样的有益效果：

随着制造业的精益化需求日益显著，车间现场操作者与车间计划层管理者之间的信息沟通越来越紧密，车间操作终端的重要性越来越高、敏捷性也越来越高。而目前车间执行制造系统的车间操作终端通常使用个人PC电脑、触摸屏电脑等，在车间复杂的作业环境下，存在不易操作、不便移动等等使用问题，并且因为不同厂家采购的硬件不一致，软件实施也较为复杂。本发明采用软硬件一体化的方式，简单调试即可上线；硬件配置体积小、重量轻，便于操作、便于携带，可方便扫码采集大型零件的数据，与不同设备接入读取；采用无风扇散热、工业级标准的硬件可有效防止车间金属粉尘的吸入电磁干扰。

以往的生产车间环境只能查看纸质的2D图文档，对复杂零件的3D构图，复杂装配的运动、干涉情况只能文字描述，凭借工人经验，不便于指导工人生产。本发明内置软件可打开各种格式的2D、3D图文档，并可播放多种视频文件，操作者可方便查看工艺文件及播放视频，全面了解零件的加工、装配，便于培训。同时以往车间的工艺部门如果修改了工艺图纸，只能重新打印图纸或者通过纸质的技术通知书来告之操作者，而通过本发明，操作者可实时了解工艺情况，同时节约了大量车间图纸的打印和管理流转的时间等等，为车间生产带来革命性的变化。

本发明的NI-MDC通过现场数据采集端，可以实时完成作业数据、物料数据、质量数据、设备状态数据等的实时采集，并在经过数据处理模块过滤、汇总后传递给MES等管理系统，为企业生产经营管理提供准确及时的原始数据；可以对生产现场进行实际而有效的生产监控，既安全可靠又简单实用。NI-MDC所涉及的业务范围涵盖生产车间里最常见又最重要的因素，能够成为现代制造业企业实践精益生产管理理论和实现敏捷制造的最基本的标准配置，帮助制造业企业实现制造物联。

企业长期使用NI-MDC，可以轻松地找到影响生产效率的瓶颈，并可进行持续跟踪和改进。企业通过NI-MDC的应用可以有针对性地解决制造过程中发生的问题，达到提高生产质量和生产效率的目的，同时使企业避免不必要的浪费。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是NOR工作过程示意图；

图3是NI-MDC驱动软件系统工作流程图；

图4是软件结构中数据处理层构成图示；

图5是本发明实施例应用示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步说明。

一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端，如图1所示，它包括NI-MDC系统平台和驱动软件系统；所述的NI-MDC系统平台包括核心板、复位电路、LCD模块、键盘模块、DM9000网卡、RFID读写模块和串口读写模块。

所述的核心板提供的接口支持：TFT/STN液晶屏、USB、HOST/DEVICE、IIS音频、NAMD闪存、SD/MMC/SDIO存储卡以及触摸屏；所述的核心板包括NOR Flash（闪存芯片）、ARM处理器和SDRAM（同步动态随机存储器），采用支持WinCE操作系统的基于ARM架构的核心板作为硬件平台，采用嵌入式处理器及核心板为平台，装载WinCE嵌入式实时操作系统，并对操作系统层和OEM层进行驱动、组件和服务的定制；

所述的基于ARM架构的核心板为友善之臂mini2440核心板；核心板主要的硬件资源包括：基于ARM9架构的处理芯片，主频400MHz，最高533MHz；1个100M以太网RJ-45接口，1个通用异步串行口(UART)；2个USB数据接口；1个LCD控制器；1个64M SDRAM；1个SD卡接中；以及键盘接口和IDE接口等。

所述的ARM处理器采用Acorn计算机有限公司面向移动终端设计的一款RISC微处理器，广泛地使用在许多嵌入式系统中，它具有体积小、重量轻和容易模块化等优点。

所述的基于ARM9架构的处理芯片是三星公司的支持WinCE操作系统的处理芯片Samsung S3C2440A。

S3C2440A是一款高度集成的芯片，内核速度为533MHz，内核电压为1.3V，采用16/32位ARM920T RISC核心，提供的接口支持：TFT/STN液晶屏、USB、HOST/DEVICE、IIS音频、NAMD闪存、SD/MMC/SDIO存储卡以及触摸屏等。

所述的100M以太网RJ-45接口采用DM9000网络芯片，DM9000是一款完全集成的和符合成本效益单芯片快速以太网MAC控制器，它具备低功耗和高性能进程的3.3V与5V的支持宽容，符合IEEE802.3u规格，支持IEEE802.3x全双工流量控制。

所述的RFID读取模块，采用TI(德州仪器)公司的高频(13.56MHz)多标准射频识别(RFID)阅读器ICTRF7960。TRF7960采用超小32-pin QFN的高级封装设计，支持ISO／IEC14443A／B、ISO／IEC15693、ISO／IEC18000-3标准。

NI-MDC在系统上电后，自动进行自检，检查主板、外围设备和I/O设备是否正常，如有异常给出警报。

所述的复位电路为看门狗硬件电路，NI-MDC设有由看门狗硬件电路自动重启的备份系统，当主系统遭到破坏时，由看门狗硬件电路自动重启，且从备份系统启动，在备份系统中对主系统软件进行修复。

NI-MDC软件实现采用符合IEC1131-3标准的图形化编程方式，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。

NI-MDC实时性强、有良好的并行处理性能；完善的安全机制；强大的网络功能；设立对象元件库，组态工作简单方便。

NI-MDC应用层实现两个层次的应用程序定制：

a)提供数据实时监控模块，可按照设置的条件主动采集或被动接收RFID、串口以及网络接口所输入数据，由数据处理模块进行分类处理后传递给其它管理系统或自动化设备；

b)面向操作人员业务功能，以图形可视化操作向导为主，简化数据展示、输入模式，方便现场作业人员快速完成各类生产作业任务信息的查看和工作完成情况等结果信息的提交。

NI-MDC在如图5所示的实施例应用中已实现上游与制造执行系统无缝集成，下游通过Focus I/II与FANUC数控系统、通过OPC Server与SIEMENS840D数控系统进行互联通讯，实现与自动化加工设备的良好集成，性能稳定。

NI-MDC所实现具体功能还包括：

c)NI-MDC通过网络接口与上游制造系统制造执行系统进行集成，接收作业任务信息，并根据当前任务下载数控程序文件和工艺指导文件等；

d)NI-MDC通过工业协议Focus I/II与数控系统和OPC Server分别与使用FANUC和SIEMENS840D数控系统的“DL20MS数控车床和TH6513数控刨台卧式铣镗床”两类数控车床进行集成，可进行数控文件的下传和数控机床运行状态信息的动态采集；

e)NI-MDC利用ioLogikE2210与“CA6140A/1000”型号的普通车床进行集成，以获取设备的状态；

f)NI-MDC对获取到的机床状态数据进行分析和重组后上传至制造执行系统，以实时反馈现场设备运行状态；

g)作业人员通过NI-MDC触摸屏和条码扫描枪等输入设备，可完成作业任务的开、完工，质量数据采集以及物料接收确认等工作，实现制造执行系统中的计划任务信息的实时互动；

h)作业人员通过NI-MDC触摸屏可查询工艺指导文件、装配图纸等。通过NI-MDC的应用，使生产实现了“透明化”，方便管理者即时了解生产状况，发现问题以进行组织、协调和沟通。

在使用NI-MDC后，物料配送周期缩短30%、设备故障停车次数降低60%；作业、质量等信息反馈周期缩短60%，通过实际应用可看出NI-MDC在制造企业应用效果明显。

在使用NI-MDC后，物料配送周期缩短30%、设备故障停车次数降低60%；作业、质量等信息反馈周期缩短60%，通过实际应用可看出NI-MDC在制造企业应用效果明显。

Claims (6)

1.一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端，包括NI-MDC系统平台和NI-MDC驱动软件系统；其特征在于：

所述的NI-MDC系统平台包括核心板、复位电路、LCD模块、触摸屏设备、键盘模块、DM9000网卡、RFID读写模块和串口读写模块；

所述的核心板提供的接口支持：TFT/STN液晶屏、USB、HOST/DEVICE、IIS音频、NAMD闪存、SD/MMC/SDIO存储卡以及触摸屏；

所述的核心板包括NOR Flash（闪存芯片）、ARM处理器和SDRAM（同步动态随机存储器），采用支持WinCE操作系统的基于ARM架构的核心板作为硬件平台，采用嵌入式处理器及核心板为平台，装载WinCE嵌入式实时操作系统，并对操作系统层和OEM层进行驱动、组件和服务的定制；

所述的复位电路为看门狗硬件电路；

所述的LCD模块采用FPGA做为桥接芯片,集成显存技术的视频转换卡及驱动程序；带有LCD控制器的MPU通过此模块,可以驱动带VGA接口的液晶显示屏或CRT显示器；

所述的触摸屏设备，其驱动程序的代码分为上层模型设备驱动MDD和下层平台相关驱动PDD；

所述的键盘模块利用矩阵键盘，将按键接入到MPU的I/O端口上，由MPU采取中断或者轮询的方式读取I/O端口，获得用户的输入数据；

所述的DM9000网卡采用TCP/IP协议和FTP协议，基于中断工作模式下实现数据包发送和接收功能；

所述的RFID读取模块（Radio Frequency Identification，简称RFID）负责读写模块与电子标签之间数据的发送接收,由F7960芯片内部控制实现,不受程序员的制约，核心板通过USB口向RFID读取模块发送命令,RFID读取模块接到命令后通过无线信道向射频标签进一步传送命令(Reader talks first)，标签接受读写器命令后做出必要的响应，应答器收到返回信息后，通过回调函数通知数据处理模块进行业务处理；

所述的串口读写模块使用CreateFile、CloseFile来打开或关闭端口，SetCommState、GetCommState进行参数的设置和读取，通过函数ReadFile和WriteFile对串口进行读写操作，当串口监控线程检测到串口有可读数据后，通过回调函数通知数据处理模块进行业务处理；

所述的NI-MDC驱动软件系统采用WinCE操作系统，支持TCP/IP协议联接。

2.根据权利要求1所述的一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端，其特征在于：

所述的NOR Flash（闪存芯片）采用并口输入输出数据，其芯片内执行XIP（eXecute In Place），即MPU可以直接从Nor Flash中取指令并在Flash闪存内运行，所述的Nor Flash用来存放引导程序（BootLoader），在系统加载过程中执行开机自检和硬件初始化，并负责执行以及将Nand Flash中的程序拷贝到SDRAM中，然后将MPU控制权交给SDRAM中的程序；

所述的SDRAM与ARM处理器总线速度同步，也就是与系统时钟同步；

所述的ARM处理器是用一片大规模集成电路组成的中央处理器，其组成部分有：寄存器堆、运算器、时序控制电路以及数据和地址总线，它与存储器和外围电路芯片组成嵌入式核心版；所述的ARM处理器用于完成取指令、执行指令、以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，负责执行控制部件和算术逻辑部件，是微型计算机的运算控制部分。

3.根据权利要求1所述的一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端，其特征在于：

所述的NI-MDC驱动软件其系统结构分为三层：数据处理层、业务流程层、触屏UI层。

4.根据权利要求3所述的一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端，其特征在于：

所述的数据处理层负责数据的传送，它由数据加密封装模块、数据解压缩模块、数据缓存模块和数据收发模块等四个模块组成：

所述的数据加密封装模块：将要发出的逻辑业务数据进行封装并加密，保证数据的完整性以及安全性；并将接收到的数据包还原成系统可处理的业务数据；

所述的数据解压缩模块：将要发送的数据包压缩，并将接收到的数据包解压缩；

所述的数据缓存模块：采用先进先出的原则，将接收与发出的数据放入缓存堆栈中，在网络中断时，也可以进行业务数据操作，待网络恢复后，将数据续传到服务器；

所述的数据收发模块：通过无线网接收和发送业务数据。

5.根据权利要求3所述的一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端，其特征在于：

所述的业务流程层：用于实现处理MES全流程业务逻辑，它包含已下几个业务流程模块：

操作者登录身份验证模块、基础数据读取模块、作业任务管理模块、数据采集模块、质量检查模块、现场收发物料模块、可视化工艺模块和安东报警模块。

6.根据权利要求3所述的一种基于网络的嵌入式集成制造数据采集终端，其特征在于：

所述的触屏UI层：用于外观层的数据图标展示、数据输入采集等；并可浏览全格式的工艺文件、技术通知单等技术文件；并支持邮件的收发、实时通讯等消息提醒手段。

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