制造过程中的零件信息获取装置研究.doc

1、摘 要 机械制造过程中物料信息获取一直是制约制造业自动化的瓶颈，无线传感网络为方便、快捷、低成本获取大量制造过程信息提供了可能。本设计拟进行无线传感器网络在机械制造过程中零件信息的获取装置的研究，深入研究在制造流程中无线传感器网络与射频识别技术相融合的零件信息获取和采集方法；获取加工流程中零件的加工工艺时间，流程，进度，人员等信息，并通过串口上传到上位机，供上位机实时处理。本文主要采用了基于CC2430的ZigBee无线传感器网络通信技术和RFID技术解决加工流程中零件信息获取的任务，详细介绍了系统工作原理和系统节点的功能特征，根据模块化的思想，完成了无线通信模块、数据采集模块、数据处理模块、

2、RFID读卡器模块的硬件设计。采用用预留的单片机I/O口引脚的方法，将可用的I/O引脚用插针引出，预留出特定的传感器接口，以及与读卡器模块实现SPI通信。根据ZigBee通信协议规范设计了组网、数据采集、无线通信以及串口通信四个系统功能模块，重点研究了终端点节点，路由节点和协调器的通信算法，解决了终端节点与协调器的数据传输问题。最后利用本文设计的系统节点构建一个实验平台，进行了RFID读卡、ZigBee组网和无线通信测试，通过Nokia5110LCD液晶显示屏显示读卡信息以及传输信息，并通过串口发送到PC机。 测试结果表明，应用无线传感器网络与射频识别技术融合的信息获取和采集方法来获取制造过程

3、中零件的信息是可行的，并且本文设计的制造过程中的零件信息获取装置能够实时可靠地无线通信，满足了零件制造工程中信息获取装置研究的设计要求，并为机械制造加工过程中物料信息获取的实现提供了一种新的解决方案。关键词：ZigBee; CC2430; RFID; 无线传感器网络; 射频识别技术; 机械制造Abstract Machinery manufacturing process to obtain material information has been a bottleneck restricting manufacturing automation, wireless sensor netwo

4、rk is convenient, fast, low-cost Get a large number of manufacturing process information may be provided.In this design Intended to conduct research wireless sensor network that parts of the Machinery Manufacturing process information acquisition device.In-depth study in the manufacturing process fo

5、r wireless sensor networks and radio frequency identification technology integration of parts information access and collection methods.Get the machining process machining process time, process, progress, personnel and other information,and uploaded to the PC through the serial port for PC real-time

6、 processing. This paper uses the CC2430 ZigBee-based wireless sensor network communication technology and RFID technology to solve the task that Processing flow of parts information acquisition,details of the system works and the functional characteristics of the system node.According to the idea of

7、 modular, completed the wireless communication module，the data acquisition module，the data processing module,and RFID readers modules hardware design.Special Sensor interface was reserved by extracting available I/O pins. Applying this method,The available I / O pins with the pin leads, set aside a

8、specific sensor interface, and SPI communication with the reader module. According ZigBee communication protocol specification,designed network,data acquisition,wireless communications, and serial communication these four system function module.Focuses on the end point nodes, routing nodes and coord

9、inator of communications algorithms to solve the terminal nodes and data of coordinator transmission problems.Finally,builded an experimental platform by this design of system nodes.Conducted a RFID reader, ZigBee networking and wireless communications test,and the LCD display shows the reader infor

10、mation and transmit information through Nokia5110LCD.And sent to the PC via the serial port.Test results show that,applications the method of wireless sensor networks and radio frequency identification technology integration to get the information parts in the manufacturing process is feasible.And i

11、n this design,manufacturing process of the part information obtaining means a wireless communication in real time and reliably.Meet the parts manufacturing engineering research information acquisition device design requirements.And to the material during processing machinery to achieve access to inf

12、ormation provides a new solution.Key words：ZigBee; CC2430; RFID;Wireless sensor networks;Radio frequency identification；Machinery Manufacturing目 录引言11 研究背景介绍21.1 研究现状21.2 研究目的与意义21.3 研究的主要内容32 无线传感器网络概述42.1 无线传感器网络的特点42.2 无线传感器网络的应用53 ZigBee技术概述73.1 ZigBee网络层配置83.2 ZigBee协议术语94 系统方案设计114.1 系统的组成与功能1

13、14.1.1控制协调中心模块的组成与功能124.1.2中继路由模块的组成与功能134.1.3信息采集模块的组成与功能135 硬件设计155.1 CC2430无线模块电路设计155.2 控制协调中心模块节点电路设计165.3 中继路由模块节点电路设计185.4 信息采集模块节点电路设计186 软件设计236.1 ZigBee软件开发平台介绍246.2 TI Z-Stack协议栈介绍246.2.1系统初始化256.2.2操作系统的执行256.2.3在项目中组织Z-Stack文件306.3 ZigBee网络的组建316.3.1协调器建网流程316.3.2路由器和终端设备入网流程316.4 用户应用程

14、序设计326.4.1控制协调中心模块节点应用程序326.4.2信息采集模块节点应用程序337 系统演示及测试417.1 ZigBee网络组建的测试417.2 演示结果分析438 结论45谢 辞46参考文献47附 录48 引言 随着经济全球化、信息话进程日益深入，机械制造装备行业市场竞争日益激烈，客户需求日趋个性化，国内市场国际化的趋势加剧，国际资本加速进入中国机械制造业，这些因素共同促使了中国机械制造企业更应该关注信息话建设，借助信息化提升企业的创新能力，实现精益求精话生产与管理。传感网/物联网技术是信息话技术中最前沿、最核心的技术之一。物联网把所有物品通过射频识别（Radio Frequen

15、cy Identification：RFID）、无线传感器网络（Wireless Sensor Networks：WSN）等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。无线传感器网络具有体积小、功耗低、自适应组网能力强等优点，在机床加工零件流程中实现零件加工信息的监控，具有传统技术无可比拟的优势。因此，设计一套制造过程中零件信息获取装置，可以方便对加工过程中的零件的状态的监控，实现加工流程的优化。1 研究背景介绍1.1 研究现状 我国机械行业高速发展，随着市场规模不断地扩大，国内机械制造企业的竞争也更加激烈。面对激烈的竞争，越来越多的企业选择了把提高产能、降低成本的关键放到了制造过程的管理上，通过转变生产方式来实现自我的调整以适应不断变化的竞争环境。目前，我国机械制造企业的物流运作尚处于由传统物流向信息化物流过渡的阶段，企业内部普遍拥有一定规模的物流基础设施和局部信息化系统，但是普遍存在设备使用效率低下，资源配置不合理，不能快速、准确、可靠地为企业信息化系统提供实时的物料信息数据。无线传感器网络的产生，引起了世界许多国家的学术界、工业界和军事部门的极大关注，被公认为是21世纪产生巨大影响的技术之一。没过和欧洲相继启动了许多无线传感器网络的研究计划:WINS，Smart Dust，AMPS，Se