专利名称：支持tcp／ip协议的信号采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种信号采集装置，尤指一种应用于生产现场控制(ShopFloor Control，SFC)，用来采集现场信号且支持TCP/IP协议的信号采集装置。
背景技术：
为加强产品质量管控，在产品的生产和装配过程中越来越多地运用了条形码技术。例如在计算机产品的组装过程中，每台电脑及其各个部件(如硬盘、光驱等)都需要使用条形码进行标识。这样可利用条形码对每个部件的使用情况，以及其安设于哪台电脑内进行准确跟踪。当计算机交予客户或使用者时，即可利用条形码来确认该计算机是何时何地用哪批部件组装起来的，从而可对产品进行更好地管控。并且利用条形码技术，可以监控生产现场出现的异常情形，如对各工站的信息收集，可以迅速获知出现异常的工站的情形，而对这些条形码信号的采集则需利用条形码扫描仪及各种信号采集器来完成。
目前，市场上存在各种各样的信号采集器。有的是利用集体电路芯片的触点进行资料交换、用于读取IC卡芯片上的信号采集器；有的是利用光电转换装置完成条形码扫描的信号采集器。如2000年6月14日于中国知识产权局公告的专利号为99243900的专利，其名称为“数据采集器”，即揭示了一种将IC卡读写装置与条形码扫描仪集成一体的数据采集器。
但是，一般的信号采集器常存在如下缺失一方面不能完全满足不同公司生产现场的不同需求，例如，一般的信号采集器无法以智能的方式提醒现场的作业人员，如不能够以播放语音提示作业人员是否出现异常或下步需如何作业；另一方面一般的信号采集器不够稳定，其常会出现掉电而导致其内存储之资料丢失；另外，一般的信号采集器的维护周期过长，不能及时解决现场突发的问题，且成本过高。
且一般的信号采集器较常采用RS485工业网络进行数据传输，虽然RS485工业网络在众多的工业现场广泛应用，但其传输速度不高，例如，1Mbps的速度对于RS485工业网络来说已接近极限，并且速度提升还会带来数据传输的不稳定，因此正常情况下RS485工业网络的传输速度均控制在115200bps之下，以保证通讯的可靠性。另外，在一般的RS485工业网络中的信号采集器只能被动地接受外部控制计算机的轮询，故其通讯效率有所受限。
发明内容本实用新型的主要目的，在于提供一种用于采集生产现场的条形码信号且支持TCP/IP传输协议的信号采集装置。
本实用新型的另一目的，在于提供一种可以和外部控制计算机进行主动通讯的信号采集装置。
本实用新型的再一目的，在于提供一种高速且稳定可靠的信号采集装置。
本实用新型主要应用在对SFC系统的信号进行采集，另外亦可适用于一些需要采集大量条形码信号、需要透过以太网络(Ethernet网络)及需要与外部控制计算机或者其它已知IP的计算机间通讯以交换资料的场合。本实用新型提供一信号采集装置，该信号采集装置在结构上采用了“模块化”设计架构，主要包括有一微处理器、一通讯模块和一外围处理模块。其中，通讯模块主要用于透过Ethernet进行通讯，其采用标准的传输控制协议/国际互联网协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)，主要负责接收TCP/IP封包资料，并对这些封包资料作相应的处理，然后将处理后的资料传送给微处理器；或者将微处理器传送过来的资料封装为标准的TCP/IP封包资料，通过Ethernet网络传送给指定的IP接收端(如外部控制计算机)；外围处理模块用于完成诸如接收数据并存储、LCD显示、控制串行端口单元和驱动语音IC芯片的动作。
本实用新型利用模块化架构，并利用高速Ethernet网络进行数据传输，提高了信号采集装置的工作效率；本实用新型还采用了光偶隔离、DC-DC电源隔离技术及采用非易失性的随机存取内存，提高了资料的安全性及稳定性；另外，本实用新型采用成熟的TCP/IP传输协议，可在任何一台连上国际互联网的计算机上查询任何线上信号采集器的状态。
图1是本实用新型信号采集装置应用环境示意图。
图2是本实用新型信号采集装置内部各模块示意图。
图3是本实用新型信号采集装置微处理器运行的流程图。
图4是本实用新型信号采集装置网络参数设置流程图。
具体实施方式本实用新型信号采集装置可应用于一般的工厂现场，其可用于收集工厂现场的产品识别信号(如各工站上产品的条形码)，用于处理控制计算机与外围设备(如条形码扫描仪、电子看板等)之间的通讯，并负责采集藉外围输入设备所输入的资料。
请参阅图1所示，是本实用新型信号采集装置应用环境示意图。本实用新型信号采集装置2，设置于工厂现场的各采集点，如一生产线的各工站上，其透过以太网络6(以下称之为Ethernet网络)与路由选择装置7相连接，路由选择装置7是一种可根据资料封包中的目的IP地址而自动选择其传输路由的装置，其可对这些封包资料进行转发，该路由选择装置7与一外部控制计算机1相连接，该外部控制计算机1可以透过路由选择装置7的路由选择，可与各信号采集装置1进行通讯，以收集各信号采集装置2所采集到的信号，并控制这些信号采集装置2进行相应的动作。利用Ethernet网络进行资料传递，其速度至少可达10Mbps以上，较RS485工业网络至少快10倍以上，该信号采集装置2透过串行端口(图中未画出)与电子看板3、条形码扫描仪4及键盘5等外围信号输入设备相连接，以采集藉这些外围信号输入设备所输入的信号。
请参阅图2所示，是本实用新型信号采集装置各模块示意图。本实用新型信号采集装置采用一种“模块化”架构，该信号采集装置2包含有一微处理器(Microprogrammed Control Unit，MCU)20、一外围处理模块21、一通讯模块22和一串行端口单元23。在本实施例中，微处理器采用Rabbit半导体公司的Rabbit2000芯片，但本实用新型精神不限于此，任何能实现这些功能的8051系列单片机芯片均可被采用，例如，本实用新型的微处理器可以采用Atmel公司的AT89C51芯片及Winbond公司的W77E58芯片等。通讯模块22包含有一网络芯片220、一网络参数设置单元222及一网络接口单元221。而外围处理模块21包含有一输入信号转换单元211、一显示单元212、一存储单元213及一语音控制单元214。另外，该信号处理装置2中还包含一串行端口单元23，微处理器21与串行端口单元23之间利用总线24进行连接。另外，该信号转换装置2还包括一电源转换单元(图中未画出)，用于把交流电转换成可供单片机芯片及其它IC工作的直流电源。
在本实施例中，输入信号转换单元211可以连接多种外围信号输入设备，这些外围信号输入设备可以是如图1所示的键盘5、条形码扫描仪扫描4或电子看板3等。输入信号转换单元211可对接收自外围信号输入设备的信号进行译码，转变成微处理器可识别的ASCII信号格式。
显示单元212是一片20字符×4行的LCD显示屏，其为4行显示，每行可以显示20个字符。显示单元212可显示该信号采集装置2的状态、所采集的讯息及其它提示讯息。
存储单元213包括两类存储器，其一用于存储微处理器21接收到的信号，本实施例可采用静态随机存储器(Static Random Access Memory，SRAM)，亦可采用非易失性静态随机存储器(Nonvolatile Static Random Access Memory，NVSRAM)，NVSRAM的优点在于不会因为系统突然掉电而造成资料丢失。其二用于存储该信号采集装置2的系统初始资料，如该信号采集装置的IP地址等(下文会详细介绍)，在本实用新型的实施例中，该存储器采用快闪只读存储器(Flash ROM)，Flash ROM是一种可反复写入的ROM，其一般可写入约千几至数千次，故用Flash ROM来存储系统的初始资料，是为了便于更新信号采集装置的初始值。
语音控制单元214用于设置语音提示，用户可预设置多种语音提示讯息，把这些语音提示讯息存储于语音控制单元214中，当出现适当的激活条件时，如所采集的信号出现异常时，微处理器220即会调用相应的语音提示讯息，经过一蜂鸣器发声孔(图中未画出)发出声音，以提示使用者进行相应操作，例如提示用户关闭电源、重启装置、重新扫描或进行下一步操作，诸如此类，本实施例采用ISD公司的ISD1212语音IC芯片实现，其可录放每段12秒种的语音讯息，亦可采用ISD公司的其它产品实现。
网络芯片220主要负责接收或发送TCP/IP封包，其可接收来自外部的TCP/IP封包资料，并把这些资料进行拆封处理，还原成一般的二进制数据，然后把其传送给微处理器；其亦可将微处理器传送过来的资料打包封装为标准的TCP/IP封包资料，通过Ethernet网络传送给指定的IP接收端。
网络参数设置单元222用于设置该信号采集装置2本身及其所处网络的必要参数，这些参数包括本机的IP地址、子网掩码、网关、Socket端口，接收端IP地址及Socket端口(在本实施例中，即为外部控制计算机1的IP地址及Socket端口)。设置网络参数可以利用条形码扫描仪或键盘输入进行(下文会详细说明)，通过设置这些网络参数信号采集装置2可以很方便地和外部控制计算机1进行通讯，由于TCP/IP协议已经是很成熟的技术，故使信号采集装置2与外部控制计算机1之间通信的可靠性大大增加；另外，采用TCP/IP协议，信号采集装置2可以主动地和外部控制计算机1进行通讯，而不必像RS485工业网络中只能被动地接受外部控制计算机的轮询；再次，在任何连到国际互联网的计算机上均可查询线上任何一台信号采集装置2的状态。
网络接口单元221用于连接信号采集装置2与Ethernet网络的接口，本实用新型的实施例采用10M/100M自适应的RJ45接口。
串行端口单元23用于信号采集装置2与外围输入设备进行连接之用，在本实施例中的串行端口包括一RS232接口、一RS422接口及一数字输入输出接口(digital I/O)等。
在本实施例中多处采用了光偶隔离技术，如在语音控制单元214和串行端口单元23中均采用了光偶隔离技术，另外，在电源转换单元中，采用了DC-DC电源隔离技术，光偶隔离技术与DC-DC电源隔离技术的运用，可避免或降低信号采集装置2受瞬时干扰的影响，提高了该信号采集装置2的稳定性。
请参阅图3所示，是本实用新型信号采集装置微处理器运行的流程图。首先，开启信号采集装置，第一步会对微处理器进行初始化，主要初始化微处理器中相关寄存器、端口，并亦会同时初始化显示单元，出现开机画面(步骤S310)；微处理器读取FLASH ROM中的网络参数，并初始化Ethernet网络(步骤S320)；则微处理器就可以开始工作，其首先会判断网络芯片中是否已接收TCP/IP封包(步骤S330)；如果接收有TCP/IP封包，则主微处理器会要求网络芯片对这些封包进行译码，并根据其内容作相应的处理(步骤S335)；如果没有TCP/IP封包，则判断串行端口是否有资料(步骤S340)，如果串行端口端口有资料，则微处理器20接收收该资料，并经相应的处理，如经输入信号转换单元211转换，存入存储单元213中(步骤S345)；如果串行端口没有资料，则判断是否有其它资料(如Barcode资料)(步骤S350)，如有则存储该资料，并传送给接收端(步骤S355)；如果没有其它资料，则判断是否为要求配置网络参数，如果是，则利用网络参数设置单元222设置网络参数(具体过程会在图4中描述)(步骤S365)；如果非为配置网络参数命令，则判断是否为语音播放命令(步骤S370)，如果是语音播放命令，则判断需播放哪一段已预存的语音，并藉语音IC及蜂鸣器播放它(步骤S375)；如果不是语音播放命令，则回至步骤S340，重复上述步骤。
请参阅图4所示，是本实用新型信号采集装置的网络参数设置流程图。激活信号采集装置2，如果需要设置网络参数，则可用键盘输入“NETWORK CFG”，亦可利用条形码扫描仪扫描含有这些讯息的条形码(可预先制作这些含有特定信息的条形码)，网络参数设置单元222即会开始工作，则在显示单元上显示“Ready to Configure TCP/IP Parameters”，即表示可以进行网络参数设置(步骤S410)；则可输入或扫描需要进行设置的网络参数名及其值，如需进行IP地址的设置，即可先输入或扫入“IP ADDRESS”，然后输入“10.153.10.85”(步骤S420)；网络参数设置单元222即会把这些网络参数名及其值的讯息写入FLASH ROM相应的位置中(步骤S430)；判断是否需要设置别的参数值(步骤S440)；如果需要设置另一参数值，则返回步骤步骤S420，输入另一参数名及其值，重复上述步骤，直至不再设置任何网络参数值，则需输入或扫入“FINISH”，则显示单元即会显示“TCP/IPParameter Configuration is OK！”(步骤S450)；然后重启该信号采集装置，上述设置即会生效(步骤S460)。其中可设置的网络参数有本机IP地址、子网掩码、网关、本机的Socket端口，远程的IP地址和Socket端口等。
权利要求1.一种信号采集装置，其可用于采集工厂现场的产品识别信号，其包括有一微处理器、一网络芯片及一输入信号转换单元，其特征在于，其中微处理器为一8051系列单片机芯片，用于接收并处理网络芯片及输入信号转换单元所传送的信息；网络芯片可接收或发送网络封包资料，其可对所接收的网络封包资料进行译码，并传送给微处理器，或者将微处理器传送过来的资料封装为标准的网络封包资料，通过网络传送给指定的接收端；输入信号转换单元与一外围信号输入设备相连接，接收外围信号输入设备输入的信号，并对该信号进行译码，将其转换成微处理器可识别的信号格式；另外，该信号采集装置还包括有一网络参数设置单元，用于设置该信号采集装置本身及其所处网络的参数；一语音控制单元，用于预设定多个语音提示讯息，并可根据微处理器的命令播放语音提示讯息。
2.如权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于，其中微处理器为RABBIT2000芯片。
3.如权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于，还包括有一串行端口单元，该串行端口单元包括有一RS232接口及一RS422接口。
4.如权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于，其中网络封包资料为TCP/IP封包资料。
5.如权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于，还包括有一10M/100M自适应的RJ45接口。
6.如权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于，还包括一显示单元，该显示单元采用LCD显示。
7.如权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于，还包括一存储单元，该存储单元包含一非易失性静态随机读取内存(NVSRAM)。
8.如权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于，还包括一存储单元，该存储单元包含一快闪只读存储器(FLASH ROM)，用于存储该信号采集装置的初始资料。
9.一种信号采集装置，其可用于采集工厂现场的产品识别信号，其包括有一微处理器、一通讯单元及一外围处理单元，其特征在于，其中微处理器用于接收并处理通讯单元及外围处理单元所传送的信息，其为一8051系列单片机芯片；通讯单元包含有一网络芯片，该网络芯片可接收或发送网络封包资料，其可对所接收的网络封包资料进行译码，并传送给微处理器，或者将微处理器传送过来的资料封装为标准的网络封包资料，利用网络传送给指定的接收端；一网络参数设置单元，可设置该信号采集装置本身及其所处网络的参数；外围处理单元包含有一显示单元，可接收微处理器的命令，以显示微处理器传送的信息；一输入信号转换单元，与一外围信号输入设备相连接，接收外围信号输入设备输入的信号，并对该信号进行译码，将其转换成微处理器可识别的信号格式；一语音控制单元，可用于预设定多个语音提示讯息，并可根据微处理器的命令播放该语音提示讯息。
专利摘要一种支持TCP/IP协议的信号采集装置，用于采集生产现场的产品识别信号。该信号采集装置采用“模块化”架构，其包含有一微处理器、一通讯模块及一外围处理模块。其中通讯模块可接收及发送TCP/IP封包资料，以使该信号采集装置与外部控制计算机进行通讯。本实用新型利用模块化架构，提高信号采集装置的工作效率及提高资料的安全性及稳定性。
文档编号G06K7/10GK2558012SQ0227225
公开日2003年6月25日 申请日期2002年8月2日 优先权日2002年8月2日
发明者邱冬, 余国俊, 黄登聪 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司