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采用无线通信技术实现数控PDA软硬件结构与系统
发布时间:2020-01-28

  (Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式,近些年信息通信领域中,发展最快、应用最广的就是无线通信技术。采用无线通信技术的新型开放式数控系统由两部分构成:一部分是可移动的掌上控制器,即数控PDA;另一部分则安装于机床上,完成传统的运动控制和功能,称为嵌入式机床控制器。两部分之间通过Wi- Fi(802.11)或

  在这种模式下,现今数控系统中的很大一部分功能将被转移到数控PDA 上。这些功能主要包括加工程序的编制、仿真与下载(包括手工编程和从CAD/CAM 工作站或台式电脑上下载巨型加工程序)、机床调整、加工数据和机床状态的采集以及和车间管理/调度服务器通信等。这种新型数控是真正的嵌入式系统,大大降低了数控系统的体积和成本。而且操作更方便,更舒适,也容易实现一人多机操作。

  由于这种专业化的数控PDA可以通过无线局域网和Internet上网,获得车间或单元服务器乃至CAD/CAM 技术中心的支持,因而极大的增强了数控系统的功能。这种在数字技术支持下的以人为中心的加工单元,较之传统的柔性加工单元更加灵活、更加可靠。此外,数控PDA 还具有本地数据库管理功能,因而能用于组建车间网络化制造的分布式数据库,使之成为分布式体系结构中实时获取现场数据的基础结点。

  基于IEEE802.11 下的数控PDA 的硬件体系结构主要由32 位嵌入式微处理器、高速内存、FLSH电子盘、无线通信模块以及高效电池和LCD 触摸屏等部分组成(如图2所示)。在硬件设计上采用Intel公司StrongARMSA — 1100 32 位RISC微处理器,它以ARM 公司的SA — 1 内核作为其系统内核,时钟频率高达206MHz,可以为数控PDA 提供强大的处理能力。

  在通信方面,数控PDA 提供了USB接口、串行接口和无线通信模块。通过这些接口可以方便地与上级服务器或嵌入式机床控制器进行数据通信。无线模块采用Airgo公司的支持 IEEE802.11a/b/g 3 种无线LAN 标准的收发器芯片组。该芯片组可同时支持2.4GHz 和5GHz 频带下的OFDM(正交频分多路复用)变频方式。除了IEEE802.11a/b,还可支持最近作为标准刚刚获得通过的IEEE802.11g。

  如图2 所示,数控PDA的主设备是由微处理器和IEEE802.11芯片组构成。IEEE802.11芯片组接受来自主机的控制指令,经过基带控制器的处理后命令无线GHz 带宽的无线 芯片组和主机的连接可以通过USB、MINI PCI,CARDBUS,从而省去所需外部桥接器件。HCI(Host Controller Interface)的上层通信协议由主机负责处理,下层的通信协议则由芯片组内的基带层芯片与无线收发器芯片负责。数控PDA 可与嵌入式机床控制器802.11无线网卡进行数据传输和对数控机床进行控制。

  当前用于掌上电脑上的嵌入式操作系统有很多, 较典型的有Windows CE、Pocket OS、Palm OS、Hopen、嵌入式Linux等。作为目前掌上电脑的是一个基于Win32应用程序编程接口(API)的操作系统。我们采用Windows CE.NET 和Visual Studio.Net分别作为数控PDA的操作系统平台和应用程序开发平台。整个软件系统按功能模块进行设计。系统实现分为3 个层次,分别是人机界面和系统管理层、数据组织与管理层、与上级服务器及下级嵌入式机床控制器进行通信的通信层。通信层包括了通信链路的建立、数据链路通信协议的实现、表示层的具体实现。数据库管理完成数据的建立、排序、检索与维护,实现真正的移动传输。系统的控制管理层是整个软件系统的核心,对于数控 PDA 来说,其功能和智能化程度的区别都反映在这一层上,系统功能的增减也均在这一层进行,包括程序的编译解释、调整、自动、诊断、参数设置、仿真等与用户操作有关的功能子模块。

  各功能模块通过无线通信程序与底层进行信息交换。其软件功能模块结构如图3 所示。通信层采用串口,USB 和无线 种通信方式。串口通信方式采用RS232串行总线技术,全双工,传送波特率为57600bps;USB 通信方式采用USB2.0 高速通用串行总线Mbps;无线 通信协议,支持最高传输速率为54Mbps。整个系统的应用软件具有控制、数据处理、人机交互、网络通讯等功能。

  ),蓝牙技术、家庭网络HOMERF等。这些方式各有优劣。IEEE802.11 是1999 年最新版本的无线局域网(WLAN)标准。与蓝牙协议和家庭网络的HOME RF 标准相比IEEE802.11 协议具有传输距离远,传输速度快等优点,是无线通信技术发展的主流。和其他IEEE802.x 标准一样,802.11 标准着重定义了物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)子层。IEEE802.11 的MAC 层提供对无线共享介质的访问控制。除此之外,还提供支持无线传输和站点移动所必须的网络连接、认证、保密和电源管理等功能。近年来,802.11标准又扩展出802.11b、802.11a、802.11g等系列,这些扩展标准采用的是不同的物理层标准,使通信速率提高到11Mbit/s、22 Mbit/s至54 Mbit/s,但它们对MAC层协议没有重大改变。2.2 新型数控中无线通信的具体实现方案

  在新型数控体系结构中,数控P D A 是通过IEEE802.11x 通信协议与车间服务器及机床控制器通信。根据机床控制系统的不同配置,其无线通信的实现方案也不同。主要有以下几种:

  数控系统相连的无线) 数控PDA的无线模块通过与传统数控系统的RS232/802.11转换器相连接;(3) 通过数控PDA的无线模块与嵌入式机床控制器的802.11x无线网卡通信。

  在单片机数控系统中,通过一种基于单片机无线通讯接口电路来实现数控PDA 与单片机的无线通信。这种单片机无线通讯接口电路是由Micrel公司推出的单片发射器芯片(MICRF102)和单片接受器芯片(MICRF007)组成。工作在国际通用ISM 频段300~400MHZ,具有ASK 调制和解调能力,抗干扰能力强,非常适合于工业控制领域。同时它又具备频率稳定性好,接受灵敏度高,功耗底等优点。可以方便数控PDA 与单片机之间的串行数据无线通信。其接口电路工作原理如图4 所示。

  对于传统数控机床来说,通常这些设备所提供的通信接口是普通的RS-232串行接口。如何使这些设备与数控PDA 通信呢?一个经济、快速的解决方案是,在传统数控系统的串行接口上外接一个RS-232/802.11转换器,将数控设备的串口RS-232信号与无线通信信号相互转换,使之符合IEEE 802.11x通信协议。它使数控设备与无线局域网联网,有效地扩展了数控设备的联网通信能力,并且最终使固定的数控设备可以与自由移控动的数控PDA实现无线通信。

  对应关系是一样的。用无线信道替代有线连接的通信程序编制也基本相同。但需要注意以下几点:

  (1) 在有线连接的通信程序中串口帧格式、串口速率可任意设置。连接线本身对上述两个参数无限制。而在无线模块中这两个参数为一固定值,因此这两个参数要与无线模块的设置一致。(2) 有线连接时,发端发出数据的时刻与收端收到数据的时刻无时间间隔。而无线模块在发送数据时要进行收发转换及时钟同步,所以在无线通信时主设备发出数据的时刻与从设备收到数据的时刻有时间间隔。

  (3) 有线连接时串口通信是全双工的。无线模块的通信是双向半双工的。因此在通信编程时应进行控制将收发的时间错开。

  对于当代的开放式数控系统来说,可以在通用的操作系统支持下实现标准的和功能强大的无线通信。目前国内外的开放式数控系统所采用的操作系统,一种是基于DOS,另一种是基于Windows98/NT。DOS 是运行于16 位实模式下的单任务操作系统,实时性好,但受16位实模式的限制,难以实现高效可靠的网络尤其是无线网络通信的要求;Windows98/NT 功能强大,但体系结构庞大,实时性差,不能满足数控要求。是微软推出的新一代嵌入式操作系统,具有较强的实时性,兼备DOS 和Windows 的优点,“小而精”,是完全开放的

  界面。考虑到Microsoft公司的产品有更多技术支持和可利用的资源,结合我们几年的研究基础和应用经验,因此我们选其作为新型数控系统的嵌入式机床控制器的操作系统平台。硬件采用104总线x无线网卡,实现与数控PDA 无线无线数据传输模块介绍我们选用上海桑博科技有限公司生产的STR-6无线收发模块作为实现数控PDA 与传统数控机床的RS-232串口的无线通信。它具有微功率发射、高抗扰能力和低误码率、传输距离远、多信道、大缓冲区等优点。它提供标准的RS- 232,RS-485

  、用户的RS-485 设备、单片机或其他UART 器件连接使用。利用两台连有STR-6无线收发模块的计算机可以在相距500 米距离以内实现无线传输功能。无线 所示。STR -6无线收发模块通信实现方法:无线模块A在发送数据之前首先发送握手信号给对方无线模块B,无线模块B 收到握手信号后反馈一个应答信号。若无线模块A收不到正确的反馈应答信号,表明双方没有正常建立无线通信连接,无线模块A 则继续发送握手信号直到收到反馈信号为止。无线模块A 收到反馈信号后开始发送数据。无线模块B 根据所接受的信息,将数据存储在用户所指定的路径下,完成整个无线通信过程。一量学院专家谈AQF:量化金融分析师成就独特价

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  真正的单芯片,集成了整个配置文件,应用程序和蓝牙协议栈,完全符合人机界面设备的蓝牙SIG规范。 BCM2042是低成本蓝牙鼠标和键盘设备设计的重大突破。 BCM2042完全符合2.0版蓝牙规范,包括自适应跳频和快速连接,这些对于个人计算机中的鼠标和键盘应用至关重要。集成是实现当今PC制造商的系统成本目标的关键。通过将当今鼠标和键盘中的所有组件集成到BCM2042中,可以实现较低的系统成本,从而接近不推荐用于新设计有线鼠标和键盘的价格点。 BCM2042可直接连接鼠标光学或球形编码器和键盘扫描矩阵。 功能 具有完全集成人机界面的单芯片蓝牙设备设备(HID)配置文件和完整蓝牙堆栈 板载8051处理器和RAM / ROM内存 成本优化的鼠标和键盘应用解决方案,通过集成实现最低成本所有外部组件 取代现有鼠标或键盘处理器和内存并添加蓝牙功能 应用程序 无线手机 无线耳机 无线键盘和鼠标 无线扬声器 笔记本电脑 个人电脑 数字电视 游戏设备 智能设备...

  CableMedea是一个全面而完整的软件住宅网关包。 CableMedea是一种全面的软件住宅网关软件包,旨在显着缩短产品上市时间,节省开发成本。它可用于有线调制解调器VoIP网关,有线调制解调器无线网关,电缆调制解调器,有线机顶盒,CableHome网关和PacketCable网关。该产品的完整性使开发人员无需使用额外的第三方软件包,最大限度地减少评估周期和解决接口兼容性问题的软件开发工作。 功能 包括对CableHome,住宅网关和CableOffice合规性的所有必要支持 为Broadcom的DOCSIS®开发; 1.1和2.0住宅网关产品 管理和配置直观的基于Web的GUI,火凤凰玄机666632,符合CableHome的CMP实施,SNMPv3,远程功能/服务启用/禁用,远程升级和DOCSIS® 1.1和2.0安全软件下载 LAN连接包括以太网,802.11无线,USB,HomePlug,HPNA,蓝牙,DHCP服务器和UPnP QoS 应用程序 家庭网关 机顶盒 IP语音(VoIP)...

  IP电话芯片使制造商能够构建具有硬件安全性和卓越语音质量的IP电话。 芯片也是集成了千兆以太网(10/100/1000 Mb / s)交换机和两个快速以太网(10/100 Mb / s)收发器,可以选择性地开发传统的快速以太网IP电话设计,而无需额外增加外部收发器的成本。通过添加外部千兆以太网收发器,制造商可以轻松升级其设计以创建千兆以太网IP电线是下一代芯片,集成硬件安全性,高级服务质量(QoS)技术和千兆以太网(GbE)交换机 基于具有增强DSP功能的RISC架构,为中端IP电话提供优化的性能水平 的BroadSAFE贸易;带有用于AES加密和SHA-1身份验证算法的硬件加速的安全模块 灵活的外设接口架构可以连接无线局域网,蓝牙和视频设备而无需胶合逻辑 应用程序 IP电话 VoIP住宅终端适配器 IP PBX系统...


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