TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標(biāo)簽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，由于電子商務(wù)的發(fā)展，物流業(yè)呈現(xiàn)出JIT運(yùn)送普及化、小批量、多品種、高頻率的貨物運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。在實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)中，對(duì)小批量、多品種、高頻率貨物的處理始終是一個(gè)難題?，F(xiàn)有電子標(biāo)簽系統(tǒng)在控制上都是采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。但這種技術(shù)在信息集成方面存在許多不足，如：

　?、?已有的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)過(guò)多，僅IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)就包含了8個(gè)類(lèi)型，未能統(tǒng)一到單一標(biāo)準(zhǔn)上來(lái)，多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存已成定局。

　?、?不同類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備均配有專(zhuān)用的通信協(xié)議，互相之間不能兼容，無(wú)法實(shí)現(xiàn)互操作，無(wú)法協(xié)同工作，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫集成。

　　為了解決同一控制系統(tǒng)中多種現(xiàn)場(chǎng)總線的集成問(wèn)題，在一些工程中通常是利用某種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)(如OPC技術(shù)等)開(kāi)發(fā)能夠連接其現(xiàn)場(chǎng)總線的接口。但各現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有完全統(tǒng)一，需要開(kāi)發(fā)大量的接口才能滿足不同工控對(duì)象的需要。因此，我們提出了基于TCWIP的以太網(wǎng)LCD電子標(biāo)簽系統(tǒng)。

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

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

　　圖1 電子標(biāo)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?jǐn)?shù)據(jù)交換的開(kāi)放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，采用以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，能同時(shí)支持lOMb/s和100 Mb/s以太網(wǎng)商用產(chǎn)品，便于實(shí)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(biāo)簽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　這樣整個(gè)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　① 標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的底層通信協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)化的元器件，如：集線器或交換機(jī)。

　?、?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性、可靠性高。

　?、?結(jié)構(gòu)開(kāi)放、帶寬高、互換性好。

　?、?布線簡(jiǎn)單、管理方便。

　　⑤ 成本低。

　　2、基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標(biāo)簽軟件設(shè)計(jì)

　　軟件復(fù)用一直是軟件程序員夢(mèng)寐以求的技術(shù)。設(shè)計(jì)模式在某種程度上替我們解決了這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗枋隽艘粋€(gè)在我們周?chē)粩嘀貜?fù)發(fā)生的問(wèn)題，以及該問(wèn)題的解決方案的核心。從圖2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上可以看出，整個(gè)基于TCP/IP的以太網(wǎng)電子標(biāo)簽系統(tǒng)，直接由計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)卡點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地控制各個(gè)LCD電子標(biāo)簽單元，因此，具有全開(kāi)放、成本低、帶寬高、穩(wěn)定性和可靠性高、布線簡(jiǎn)單，運(yùn)行效率高，管理方便，成本較低的特點(diǎn)。在物流分揀系統(tǒng)中，準(zhǔn)確、迅速、及時(shí)地顯示諸如物品種類(lèi)、名稱(chēng)、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?cè)O(shè)計(jì)的基本原則。

　　系統(tǒng)在控制上的功能可以簡(jiǎn)化為：

　　主控計(jì)算機(jī)：

　　(1) 對(duì)上接收從各個(gè)LCD電子標(biāo)簽單元返回的數(shù)據(jù);

　　(2) 對(duì)下向各個(gè)LCD電子標(biāo)簽單元發(fā)送主控?cái)?shù)據(jù)信息。

　　LCD電子標(biāo)簽：

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

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

　　(3) 通信沖突檢測(cè)(CSMA—CD);

　　(4) 輸入裝置產(chǎn)生相應(yīng)的輸入，如按鈕、鍵盤(pán)等;

　　(5) 輸出裝置產(chǎn)生相應(yīng)的輸出，如揚(yáng)聲器，四色燈等。

　　圖3 基于TCPIP的LCD電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)圖

　　圖3為基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標(biāo)簽的硬件結(jié)構(gòu)，主要由LCD顯示單元、TCP/IP通信芯片、輸入設(shè)備(如：按鈕、鍵盤(pán))、輸出設(shè)備(如：揚(yáng)聲器、四色燈等)以及其他外設(shè)和單片機(jī)DSP以及其他服務(wù)電路組成。整個(gè)系統(tǒng)的用例圖如圖4所示。

　　 圖4 LCD標(biāo)簽系統(tǒng)用例圖

　　在硬件服務(wù)層上，我們采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法將LCD顯示單元、按鈕、鍵盤(pán)、四色燈、TCP/IP封裝成一個(gè)個(gè)的對(duì)象。這樣也便于今后硬件服務(wù)系統(tǒng)的擴(kuò)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?jǐn)?shù)據(jù)，并且支持彩色顯示。本部分的封裝是整個(gè)系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)采用了Composite模式，將文本、直線、圓、矩形、圖片等分別封裝成對(duì)象，通過(guò)一個(gè)公共的抽象類(lèi)displayObject的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)各自在LCD顯示單元上的重畫(huà)(paint)功能，將這些對(duì)象的公共屬性存放于接口中，而各自的個(gè)體屬性則分別放于各自的類(lèi)定義中。

　　LCD顯示單元和這些待顯示數(shù)據(jù)對(duì)象之間為包含關(guān)系(Com.posite)。這樣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是按照LCD電子標(biāo)簽系統(tǒng)的自然組成對(duì)象劃分類(lèi)，各自獨(dú)立封裝，可擴(kuò)展性非常好，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

　　由于本系統(tǒng)基于TCP/IP的以太網(wǎng)，直接采用TCP/IP進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，所以整個(gè)類(lèi)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，LCD電子標(biāo)簽系統(tǒng)的封裝結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　圖5 電子標(biāo)簽系統(tǒng)的類(lèi)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(shè)計(jì)中單獨(dú)采用一個(gè)COLOR類(lèi)來(lái)存放能夠支持的色彩對(duì)象。其中Device類(lèi)捆綁TCP/IP芯片類(lèi)來(lái)接收發(fā)送數(shù)據(jù)，LCD顯示屏以及其他的外設(shè)都繼承Device類(lèi)，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(lèi)displayObject類(lèi)。這樣設(shè)計(jì)的一個(gè)很明顯的優(yōu)勢(shì)就是：今后如果有什么新的設(shè)備或顯示功能添加，不會(huì)影響到原來(lái)已經(jīng)設(shè)計(jì)調(diào)試好的功能。

　　其c++結(jié)構(gòu)代碼如下：

　　圖6為采用本方法開(kāi)發(fā)的單個(gè)電子標(biāo)簽屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)操作界面。圖中顯示的為主控計(jì)算機(jī)下發(fā)的一個(gè)字符串對(duì)象、一個(gè)圖片對(duì)象和兩個(gè)直線對(duì)象。

　  　圖6 電子標(biāo)簽顯示圖

　　3、結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹了基于TCP/IP的以太網(wǎng)LCD電子標(biāo)簽系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出并實(shí)現(xiàn)了基于面向?qū)ο蠛蛙浖O(shè)計(jì)模式的裝設(shè)計(jì)方法，在實(shí)際使用中代碼靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定，而且維護(hù)起來(lái)也十分方便。