基于無線通信技術(shù)的新型數(shù)控系統(tǒng)
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在新型數(shù)控體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)控P D A 是通過IEEE802.11x 通信協(xié)議與車間服務(wù)器及機(jī)床控制器通信。根據(jù)機(jī)床控制系統(tǒng)的不同配置，其無線通信的實(shí)現(xiàn)方案也不同。主要有以下幾種：
（1） 數(shù)控PDA的無線模塊和單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)相連的無線通信接口電路;
?。?） 數(shù)控PDA的無線模塊通過與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的RS232/802.11轉(zhuǎn)換器相連接;
（3） 通過數(shù)控PDA的無線模塊與嵌入式機(jī)床控制器的802.11x無線網(wǎng)卡通信。
在單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中，通過一種基于單片機(jī)無線通訊接口電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)控PDA 與單片機(jī)的無線通信。這種單片機(jī)無線通訊接口電路是由Micrel公司推出的單片發(fā)射器芯片（MICRF102）和單片接受器芯片（MICRF007）組成。工作在國際通用ISM 頻段300～400MHZ，具有ASK 調(diào)制和解調(diào)能力，抗干擾能力強(qiáng)，非常適合于工業(yè)控制領(lǐng)域。同時它又具備頻率穩(wěn)定性好，接受靈敏度高，功耗底等優(yōu)點(diǎn)。可以方便數(shù)控PDA 與單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)無線通信。其接口電路工作原理如圖4 所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/155581.htm
對于傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床來說，通常這些設(shè)備所提供的通信接口是普通的RS-232串行接口。如何使這些設(shè)備與數(shù)控PDA 通信呢?一個經(jīng)濟(jì)、快速的解決方案是，在傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的串行接口上外接一個RS-232/802.11轉(zhuǎn)換器，將數(shù)控設(shè)備的串口RS-232信號與無線通信信號相互轉(zhuǎn)換，使之符合IEEE 802.11x通信協(xié)議。它使數(shù)控設(shè)備與無線局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，有效地擴(kuò)展了數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力，并且最終使固定的數(shù)控設(shè)備可以與自由移控動的數(shù)控PDA實(shí)現(xiàn)無線通信。
總而言之一種基于IEEE 802.11協(xié)議下的無線串口是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字化制造的重要趨勢。其無線通信結(jié)構(gòu)見圖5所示。二者間無線通信的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上可以看作是用無線模塊替代有線串口連接，亦既將兩個無線模塊組成的無線信道看成是一個兩端口的設(shè)備。對兩設(shè)備而言，串口通信時有線連接與無線連接的端子對應(yīng)關(guān)系是一樣的。用無線信道替代有線連接的通信程序編制也基本相同。但需要注意以下幾點(diǎn)：
（1） 在有線連接的通信程序中串口幀格式、串口速率可任意設(shè)置。連接線本身對上述兩個參數(shù)無限制。而在無線模塊中這兩個參數(shù)為一固定值，因此這兩個參數(shù)要與無線模塊的設(shè)置一致。
（2） 有線連接時，發(fā)端發(fā)出數(shù)據(jù)的時刻與收端收到數(shù)據(jù)的時刻無時間間隔。而無線模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)時要進(jìn)行收發(fā)轉(zhuǎn)換及時鐘同步，所以在無線通信時主設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)的時刻與從設(shè)備收到數(shù)據(jù)的時刻有時間間隔。
?。?） 有線連接時串口通信是全雙工的。無線模塊的通信是雙向半雙工的。因此在通信編程時應(yīng)進(jìn)行控制將收發(fā)的時間錯開。
對于當(dāng)代的開放式數(shù)控系統(tǒng)來說，可以在通用的操作系統(tǒng)支持下實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的和功能強(qiáng)大的無線通信。目前國內(nèi)外的開放式數(shù)控系統(tǒng)所采用的操作系統(tǒng)，一種是基于DOS，另一種是基于Windows98/NT。DOS 是運(yùn)行于16 位實(shí)模式下的單任務(wù)操作系統(tǒng)，實(shí)時性好，但受16位實(shí)模式的限制，難以實(shí)現(xiàn)高效可靠的網(wǎng)絡(luò)尤其是無線網(wǎng)絡(luò)通信的要求;Windows98/NT 功能強(qiáng)大，但體系結(jié)構(gòu)龐大，實(shí)時性差，不能滿足數(shù)控要求。Windows CE.NET 是微軟推出的新一代嵌入式操作系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實(shí)時性，兼?zhèn)銬OS 和Windows 的優(yōu)點(diǎn)，“小而精”，是完全開放的模塊化體系結(jié)構(gòu)，支持藍(lán)牙和802.11x無線通信協(xié)議以及友好的圖形界面。考慮到Microsoft公司的產(chǎn)品有更多技術(shù)支持和可利用的資源，結(jié)合我們幾年的研究基礎(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，因此我們選其作為新型數(shù)控系統(tǒng)的嵌入式機(jī)床控制器的操作系統(tǒng)平臺。硬件采用104總線的工業(yè)控制主板加802.11x無線網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)與數(shù)控PDA 無線模塊的無線通信。
2.3 STR-6無線數(shù)據(jù)傳輸模塊介紹
我們選用上海桑博科技有限公司生產(chǎn)的STR-6無線收發(fā)模塊作為實(shí)現(xiàn)數(shù)控PDA 與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的RS-232串口的無線通信。它具有微功率發(fā)射、高抗擾能力和低誤碼率、傳輸距離遠(yuǎn)、多信道、大緩沖區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。它提供標(biāo)準(zhǔn)的RS- 232，RS-485和UART/TTL 電平3 種接口方式，可直接與計(jì)算機(jī)、用戶的RS-485 設(shè)備、單片機(jī)或其他UART 器件連接使用。利用兩臺連有STR-6無線收發(fā)模塊的計(jì)算機(jī)可以在相距500 米距離以內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線傳輸功能。無線模塊的工作原理圖如圖6 所示。
STR -6無線收發(fā)模塊通信實(shí)現(xiàn)方法：無線模塊A在發(fā)送數(shù)據(jù)之前首先發(fā)送握手信號給對方無線模塊B，無線模塊B 收到握手信號后反饋一個應(yīng)答信號。若無線模塊A收不到正確的反饋應(yīng)答信號，表明雙方?jīng)]有正常建立無線通信連接，無線模塊A 則繼續(xù)發(fā)送握手信號直到收到反饋信號為止。無線模塊A 收到反饋信號后開始發(fā)送數(shù)據(jù)。無線模塊B 根據(jù)所接受的信息，將數(shù)據(jù)存儲在用戶所指定的路徑下，完成整個無線通信過程。
結(jié)論
車間數(shù)字化是企業(yè)制造數(shù)字化和信息化的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，也是我們所面臨的一個難點(diǎn)。企求排除人的參與，完全依靠計(jì)算機(jī)和自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化和信息化是不現(xiàn)實(shí)的。只有通過把當(dāng)前無線與移動通信技術(shù)引入到制造業(yè)中，實(shí)現(xiàn)隨時隨地的信息獲取和人機(jī)溝通，把人的智能和機(jī)器的智能無縫的結(jié)合起來，形成一個以人為中心的人機(jī)協(xié)同的制造模式，才能真正實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)。采用無線通信技術(shù)的具有數(shù)控PDA 功能的新型數(shù)控系統(tǒng)的研制，將為實(shí)現(xiàn)這種嶄新的制造模式打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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