1 引 言

服装企业的生产过程一般都是流水化作业，包括原材料的裁剪、打样、缝制、熨烫、打包等多个环节，每道工序都是由多个工人共同作业。在生产过程中采用传统的方法进行生产调度和工作量核算效率较低且实时性较差，为了规范管理，一些服装企业研发了自己的ERP系统，但并没有做到对生产信息的实时采集，导致管理滞后于生产。如果能利用智能系统对工人的工作量、出勤情况和生产调度情况进行实时的采集，并将采集的信息直接送至ERP系统进行处理，必将提高服装企业的自动化管理效率。

服装企业生产现场分布着大量的电气设备，在建设智能采集系统时如果能利用分布于现场的低压电力线作为数据传输的链路，将省去布线的问题。可以提高系统的建设速度，并节省大量成本。LonWorks现场总线技术闪其具有良好的开放性和互操作性，且支持双绞线、电力线等多种传输媒介，在工业自动化生产控制领域有着良好的应用前景。

2 基于LonWorks的服装企业数据采集系统

由美国Echelon公司开发的Lonworks现场总线的核心技术就是LonTalk协议和神经元芯片。LonTalk协议提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务，它能使装置中的应用程序在网上对其他装置发送和接收报文而无需知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能，在开放性、互操作性和可靠性方面具有独特的优势。神经元芯片内部集成了3个微处理器、11个I／O接口和2个硬件定时计数器，具有自己的时钟系统和通信接口。LonTalk协议一般内嵌于神经元芯片之中，支持神经元芯片完成强大的通信和控制功能。LonWorks现场总线采用分布式或主从式的智能设备组建控制网络，网络拓扑形式可以采用总线型、星型、环型或者混合型多种形式。基于总线型拓扑的LonWorks智能控制网络一般由上位机系统、LON总线和现场智能控制节点构成。

基于knwork8的服装企业数据采集系统构成如图1所示。上位机系统由LON网络适配器和PC机组成。系统采用分布于现场的电力线构成LON总线。分布于现场的数据采集节点采用了基于主机的节点，即选用微处理器作为主控制器完成采集任务，神经元芯片只用作通信协处理器，完成与上位机的通信任务。

图1

系统运行后，上位机通过适配器与现场的采集节点进行数据交换，汇总数据信息，显示数据结果，实现人机对话。此外，上位机还用于实现网络管理的各项功能，它监视和管理现场的各数据采集节点，检测通信网络上的数据包、网络变量的通信状态。现场的各数据采集节点用于采集工人的工作量、出勤情况，实现牛产调度和生产信息、工作量信息的查询，实时显示数据采集信息，存储采集数据，并将各项数据通过LON总线传送给上位机系统。

3 LonWorks数据采集节点

3.1 数据采集节点技术指标

通过对服装企业的现场调研，数据采集节点应满足如下指标要求：(1)工人的工作量信息、身份识别信息用ID卡存储，节点能够识别ID卡信息。(2)具有良好的人机接口，能够显示采集信息、系统操作提示信息及时间信息，通过键盘操作能够完成数据信息的录入及系统功能的选择。(3)节点应具有较强的实时性，能完成对考勤信息的采集及数据的及时上传。(4)具有不低于2000字节的数据缓存能力，存储数据掉电不丢失。(5)采集节点与上位机系统通信距离不低于1000米。

3.2 数据采集节点的硬件电路设计

数据采集节点的硬件模块主要由主控制器及其外设和通信协处理器及其接口电路构成。节点框图如图2所示。

图23.2.1 主控制器

本设计选用美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能的8位CMOS单片机AT89S51作为主控制器。它片内含有4KB可在线编程的FLASH只读程序存储器，兼容标准8051的指令系统和引脚，内置看门狗定时器，是一款性价比较高的微处理器。

3.2.2 读卡模块

采集节点选用M106BXN非接触式射频读卡模块来收集工作量和身份识别信息。该读卡模块采用125K射频基站，当有卡靠近模块时，模块会以韦根或UART方式输出IC卡卡号。在串口方式下，模块可工作在主动与被动的模式。UART接收一帧的数据格式为1个起始位，8个数据位。1个停止位。波特率可选择9600bps和19200bps。在本设计中模块工作于主动模式，当有卡靠近时，直接输出四字节的数据和一字节的校验和。模块与单片机采用单T异步串行通信，其连接电路如图3所示。单片机接收采集信息，对信息进行处理后通过协处理器发往LON总线。

图3

3.2.3 存储电路

采集的信息，一方面要通过LON总线传给上位机，另外为了防止传输错误造成数据丢失，要对它进行存储。存储器件选用AT24C64，它是一款具有VC接口的EZPROM，存储容量为64K，内部含有8192个字节。由于AT89S51不具有12C接口，在设计中采用软件来模拟PC接口，P3.4、P3.5脚分别作为时钟和数据线与AT24C64的SCL、SDA相连接。由于器件内部漏极开路，所以SCL、SDA引脚外接上拉电阻R1、R2。本设计只用到一片AT24C64，其地址引脚A0-A2接低电平。

3.2.4 时钟电路

该系统的实时时钟芯片采用了DS1302。DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功。DS1302与单片机之间采用同步串行的方式进行通信，DS1302的复位引脚RES、串行数据I／O和串行时钟SCLK分别与单片机的P1.0、P1.1、P1.2脚相连接。DS1302为系统提供精确的时钟，当系统记录考勤时可以用来提供考勤时间信息。

3.2.5 键盘、硅尔模块

系统中键盘模块采用的是4*5行列式键盘，包括10个数字键和7个功能键。键盘排列如图4所示。键盘采用74LS244和74LS373分别作为输入的缓冲和输出的锁存，采用中断方式与单片机相连接，将列线通过或门连接至外部中断接口INTO，一旦有键按下即可触发外部中断，进行按键扫捕程序的处理。键盘与单片机的连接电路如图3所示。采用中断扫描方式处理按键可以提高单片机的工作效率。

图4

采集节点选用带有中文字库的液晶模块LCD12864作为显示器。模块内部采用ST7920作为控制器。该模块与微处理器的连接提供有并口和串口两种形式。本设计选用并行直接方式和AT89C51相连接，连接电路如图3所示。

3.2.6 通信协处理器

本设计通信协处理器选用PL3120。PL3120是Echelon公司推出的一款电力线智能收发器，内部包含一个8位的神经元处理器和一个窄带收发器。PL3120智能收发器采用了窄带BPSK调制解调技术，具有双频调制的特点，能够在主要通信频率被阻塞时启用预备频率T作，从而提高整个系统的稳定性。PL3120电力线智能收发器的12个I／O管脚可以通过编程配置成38种预定义标准输入／输出模式。本系统中的PL3120工作在CENELEC C波段，选用10MHz的时钟。PL3120与单片机的连接采用了同步串行方式通信，连接电路如图3所示。PL3120作为主控收发器驱动同步时钟输出。在主控方式下108引脚输出同步时钟，109引脚是串行数据输出，1010引脚是串行数据输入，它们分别与单片机的P1.4～P1.6相连接。串行数据的输入、输出是在同一时间，默认是在同步时钟的上升沿，也可以在程序中改为下降沿。106作为片选信号与单片机的INT1相连接，当PL3120有数据要发往单片机时可驱动106为低电平，使单片机产生外部中断，进行数据通信。单片机的P1.3脚连接107作为单片机方主动发送数据的握手信号。当单片机有数据要发送时可驱动P1.3脚的输出电平产生变化，当PL3120检测到107脚的电平变化后即主动发送片选信号启动串行通信。3.3 数据采集节点的软件设计

数据采集节点的软件设计主要分为两部分，一部分是单片机AT89S51的软件程序，另一部分是PL3120的通信程序。

单片机的数据采集程序采用模块化设计。主程序主要完成系统的初始化、键码的处理、接收数据的处理、数据的发送及实时时钟的显示，主程序流程如图5所示。在主程序中按键处理子程序完成数字键输入数据的处理和各功能键的处理。功能键处理包括若干个子程序，例如企业生产管理人员要完成的分序、生产调度、生产查询工作，工人的考勤信息的处理与发送、工作量信息的查询、时钟的设置都对应有相应的处理子程序，每个子程序都采用多级菜单的形式完成相应的功能处理。按键的去抖和键码的识别在键盘中断程序中完成。丁人工作量信息的采集通过串行中断完成，串行中断服务程序负责对采集到的数据进行处理，并将数据发送至PL3120，如果数据发送不成功则将数据存入AT24C64，返同主程序后再重新发送。单片机与PL3120的通信在外部中断1服务程序中完成，如果单片机有数据要发送必须先向PL3120发送通信请求，然后等待中断到来。

图5

PL3120的通信程序采用Neuron C语言编写。用作协处理器的PL3120完成与上位机系统和雎片机的通信任务。PL3120与上位机系统的通信是在同件的控制下完成的，具体的实现方式有网络变量和显示消息两种方法，本设计在程序中定义了输入、输出网络变量，将待接收、发送的数据赋给相应的网络变量，只要网络变量的值有更新，新的值就会传送到相应的位置。PL3120与单片机的通信程序由初始化程序和两个预定义事件处理程序构成。初始化程序主要完成I／O端口的功能配置、网络变量的定义、缓冲器大小的定义等。一个预定义事件处理程序用于完成由PL3120主动发起的通信。另一个预定义事件处理程序用于监听单片机的通信请求，并完成通信。由单片机触发的通信流程如图6所示。在用Neuron C语言编程时，发送、接收数据是通过io_in()或io_out()函数来完成的。在同步串行通信中数据的发送和接收是同时进行的，因而在程序中调用io_in()和io_out()是等价的。

图6

4 结 论

本文所设计的数据采集节点具有良好的人机接口、灵活的数据处理方式，操作简便，功能强大。节点采用PL3120作为通信协处理器，因其内部具有高速数字信号处理器叮以对电力线信号进行数字滤波，采用它开发的数据采集系统具有通信效率高、误码率低、实时性强等多种优点。在实验环境下。将该采集节点和功能较为简单的上位机系统进行组网后发现，系统基本能完成数据的采集和设定功能的处理。但是由于研究时间较短，上位机系统还存在不完善之处，实验中适配器用的是Echelon公司的U20，接下来有待于自行开发适配器，设计更为完善的上位机系统。

本设计的创新之处在于将LonWorks技术用于服装企业的自动化生产管理之中，在进行系统设计时采用了分布于生产现场的电力线作为通信链路，从而使整个数据采集系统具有了造价低廉、安装简单、传输线路广泛的特点。此外，该采集节点集数据采集、考勤统计、生产调度、信息查询等多种功能于一体，且具有较高的实用价值，可以推广到中小型服装企业的自动化生产管理领域中。