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        基于.NET的超聲波定位系統(tǒng)的開發(fā)

        2009-05-29 04:32:18
        網(wǎng)絡(luò)與信息 2009年5期
        關(guān)鍵詞:引擎應(yīng)用程序坐標(biāo)系

        李 蓓

        Super-ID系統(tǒng)即超聲波定位系統(tǒng),簡稱S-ID系統(tǒng),是利用超聲波對移動物體所在的三維位置進行實時準(zhǔn)確、并且非接觸性地檢測和定位的高性能系統(tǒng)。三維實現(xiàn)的超聲波定位系統(tǒng),比以往系統(tǒng)更加直觀和精確。

        S-ID系統(tǒng)是通過實時檢測、控制現(xiàn)場作業(yè)對象的移動狀況,從而,具體且準(zhǔn)確地指導(dǎo)作業(yè)現(xiàn)場人員的操作,實現(xiàn)對存儲貨位過程中無差錯管理的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過監(jiān)測作業(yè)狀態(tài),從而改善設(shè)備的位置和布局,提高作業(yè)效率和倉庫利用率,無需人工的貨位確認,徹底排除了人為過失。

        一、基于.NET的超聲波定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)介紹

        (一)系統(tǒng)技術(shù)簡介

        S-ID技術(shù)的原理是在固定的三個空間坐標(biāo)上設(shè)置三個超聲波接收點,即受信機,被測物(發(fā)信機)間斷發(fā)射超聲波,通過測量三個接收點超聲波到達的時間,換算為距離,從而得到被測物的空間坐標(biāo)。系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示。

        利用鋰電池供電。每隔一定時間向受信機發(fā)送超聲波,當(dāng)收到受信機發(fā)回的紅外線后,再發(fā)送超聲波。

        2受信機

        在接收到發(fā)信機發(fā)送的超聲波后,將位置信息傳回控制器,然后發(fā)送紅外線,確定收到信息,此時發(fā)信機再發(fā)送超聲波。

        3控制器

        控制程序通過控制器可以向發(fā)信機和受信機發(fā)送指令,也可以通過控制器接收來自發(fā)信機和受信機的信息。然后將信息發(fā)送給上位PC進行處理。

        (二)3D編程技術(shù)

        1D3D

        D3D通過HAL(硬件抽象層)提供設(shè)備獨立;HAL是由設(shè)備制造商提供的設(shè)備指定接口,D3D直接使用顯示硬件來工作,程序才能不需要和HAL交互。應(yīng)用程序使用D3D暴露的一系列接口和方法而不是HAL提供的機制來使用顯示設(shè)備。設(shè)備制造商在WINDOWS的各個平臺上(XP,2000,98等)實現(xiàn)32位編程。HAL可以是顯示驅(qū)動器的一部分,或和設(shè)備驅(qū)動器通過一個驅(qū)動器生產(chǎn)商定義的接口來通訊的獨立DLL(動態(tài)鏈接庫)。

        D3D HAL由芯片制造商、主板生產(chǎn)商或OEM實現(xiàn)。HAL僅僅實現(xiàn)設(shè)備依賴的代碼并不競爭的執(zhí)行。如果硬件沒有執(zhí)行一個功能,HAL就不會將其作為硬件功能來報告。另外。HAL并不驗證參數(shù),D3D在調(diào)用HAL之前執(zhí)行參數(shù)驗證。在微軟DirectX 9。HAL可以有三種不同的頂點處理模式:軟件頂點處理、硬件頂點處理和同一個設(shè)備上的混合頂點處理。純設(shè)備模式是HAL設(shè)備的變量。純設(shè)備類型僅僅支持硬件頂點處理,并僅僅允許應(yīng)用程序查詢狀態(tài)的一個小的子集。另外,純設(shè)備僅僅在有最小化容量級別的適配器上使用。

        2OpenGL

        OpenGL是用于開發(fā)簡捷的交互式二維和三維圖形應(yīng)用程序的最佳環(huán)境,任何高性能的圖形應(yīng)用程序,從3D動畫、CAD輔助設(shè)計到可視化仿真,都可以利用OpenGL高質(zhì)量、高性能的特點。OpenGL已成為獨立于應(yīng)用平臺的圖形標(biāo)準(zhǔn),一個典型的OpenGL應(yīng)用程序可以在任何平臺上運行一只需要使用目標(biāo)系統(tǒng)的OpenGL庫重新編譯一下。

        OpenGL非常接近硬件,是一個圓形與硬件的接口,包括了100多個圖形函數(shù)用來建立三維模型和進行三維實時交互。QpenGL強有力的圖形函數(shù)不要求開發(fā)人員把三維物體模型的數(shù)據(jù)寫成固定的數(shù)據(jù)格式,也不要求開發(fā)人員編寫矩陣變換、外部設(shè)備訪問等函數(shù)。大大地簡化了編寫三維圖形的程序。由于微軟在Windows中包含了OpenGL,所以O(shè)penGL可以與Visual系列開發(fā)工具緊密接臺,簡單快捷地實現(xiàn)有關(guān)計算和圖形算法,并保證算法的正確性和可靠性。簡單地說。OpenGL具有建模、變換、色彩處理、光線處理、紋理影射、圖像處理、動畫及物體運動模糊等功能。

        OpenGL的作用機制是客戶(client)/控制器(sever)機制,即客戶(用OpenGL繪制景物的應(yīng)用程序)向控制器(即OpenGL內(nèi)核)發(fā)布OpenGL命令,控制器則解釋這些命令。大多數(shù)情況下,客戶和控制器在同一機器上運行。正是OpenGL的這種客戶/控制器機制,OpenGL可以十分方便地在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用。因此Windows NT下的OpenGL是網(wǎng)絡(luò)透明的。OpenGL圖形庫被封裝在一個動態(tài)鏈接庫內(nèi)(OpenGL,DLL)。受客戶應(yīng)用程序調(diào)用的QpenGL函數(shù)都先在OpenGL32.DLL中處理,然后傳給控制器Winsrv.DLL。OpenGL的命令再次得到處理并且直接傳給Win32的設(shè)備驅(qū)動接口(De-vice Drive Interface。DDI),這樣就把經(jīng)過處理的圖形命令傳送給視頻顯示驅(qū)動程序。

        而在三維圖形加速卡的GLINT圖形加速芯片的加速支持下,兩個附加的驅(qū)動程序被加入這個過程中。一個OpenGL可安裝驅(qū)動程序(Installable Client Driver,ICD)被加在客戶這一邊,一個硬件指定DDI (Hard—ware-specific DDI)被加在控制器這邊,這個驅(qū)動程序與Win32 DDI是同一級別的。

        (三)3DSTATE引擎介紹

        3DSTATE 3D圖形引擎是一套3D圖形開發(fā)環(huán)境,其為通用3D軟件開發(fā)提供了所有的底層支持。使用此開發(fā)環(huán)境開發(fā)3D軟,件,用戶不必了解引擎的工作原理,只需將精力放在自身軟件的邏輯處理上,剩下的工作將由引擎來完成。

        13D STATE3D引擎的特性

        (1)高性能

        3D STATE 3D引擎可獲得較高的FPS(Frames Per Second)值,它在渲染速度(FPS)已接近硬件的理論值。它的畫面質(zhì)量屬藝術(shù)級的,引擎內(nèi)部還帶有許多特效制作函數(shù),用它們可制作出諸如半透明彩色板、爆炸、水下、水面波紋、3D動畫、燈光、影子等特效。

        (2)新技術(shù)

        引擎在渲染速度和圖像質(zhì)量上具有高于其它基于PC機上的引擎的性能。使用3D STATE的3D引擎使得向任意程序添加3D內(nèi)容變得簡單。

        (3)簡單易用

        在引擎SDK中,沒有任何新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類,都只是基本的APl函數(shù),綜合使用這些API函數(shù)。即可在較短的時間里開發(fā)出高性能的8D程序來。

        (4)完全的自我控制

        在引擎中,只需通過其API函數(shù)在位或字節(jié)級別上控制引擎的各方面行為,且在使用本引擎時,仍然可以繼續(xù)使用其他引擎。

        (5)通用性

        引擎可用于任何需要3D內(nèi)容的程序。且針對戶內(nèi)和戶外式的程序都做過了優(yōu)化處理。

        (6)完整的開發(fā)工具包

        引擎的開發(fā)包中。附帶以下工具:

        SDK:在用戶所熟悉的開發(fā)環(huán)境中,可以使用它的API函數(shù)集對3D世界進行完整的控制。

        World Builder:用它可以通過簡單的鼠標(biāo)拖放操作直接設(shè)計出復(fù)雜的3D世界。

        Terrain Builder:用它可將位圖直接轉(zhuǎn)換

        為真實的3D地形。

        World Text Editor:用它可直接編輯3D世界文件。

        World Viewer:用它直接可以打開并看到3D世界文件的內(nèi)容,便于對世界文件的修改。

        (7)DLL技術(shù)

        由于3D STATE的3D圖形引擎采用DLL技術(shù),當(dāng)引擎版本升級時,用戶只需用新的DLL替換老的DLL即可,而不需要重新編譯程序。

        2.3DSTATE3D引擎基礎(chǔ)

        (1)3D坐標(biāo)系

        3D坐標(biāo)系表示為:X軸——其正方向從屏幕里指向屏幕外;Y軸一其正方向從左指向右:z軸——其正方向從下指向上;原點——為(0.0.0)此坐標(biāo)系也就是引擎中的世界坐標(biāo)系,它屬于絕對坐標(biāo)系。所有其它坐標(biāo)系將相對于此坐標(biāo)系定義,如組的坐標(biāo)系、目標(biāo)的坐標(biāo)系以及攝像機的坐標(biāo)系,他們都是相對坐標(biāo)系。在實際使用時,使用相對坐標(biāo)系往往比絕對坐標(biāo)系更方便。

        (2)句柄

        在引擎中,所有目標(biāo)均有一個句柄(DWORD值),用它來標(biāo)識一個特定的目標(biāo)。所有面向特定目標(biāo)操作的APl函數(shù)均接收這個句柄,以確定要操作的對象。引擎API函數(shù)中,幾乎各組API中均有一個函數(shù)STATEZ_is(…),我們可用此函數(shù)來判定給定的句柄是否指定類型目標(biāo)的標(biāo)識。

        (3)編輯器模式(Editor Mode)與觀察者模式(Viewer Mode)

        引擎有兩種運行模式,即編輯器模式和觀察者模式。這兩種模式的選用由世界文件加載函數(shù)STATE_engine_load_world在啟動引擎時一次性設(shè)置。并且不可實時切換,缺省為觀察者模式。引擎運行時可由STATE engine_is_editor mode來識別正在運行的模式。

        二、基于.NET的超聲波定位系統(tǒng)的實現(xiàn)

        (一)設(shè)備與控制器之間的技術(shù)連接

        1C/S模型

        即客戶端,服務(wù)器模型,是一種非對稱式編程模式。對于這種模式而言,其中一部分需要作為服務(wù)端,用來響應(yīng)并為客戶提供固定的服務(wù);另一部分則作為客戶端用來向服務(wù)端提出請求或要求某種服務(wù)。在實際應(yīng)用中,程序可以同時包含客戶端和服務(wù)端。在此系統(tǒng)中。服務(wù)端即控制器。

        2連接方式

        服務(wù)器套接口連接中,考慮采用賦給控制器專用端口(50D3)來實現(xiàn)連接。在建立了與控制器套接口的連接后,應(yīng)用程序會打開客戶端的配置文件,對數(shù)據(jù)庫信息進行讀取。在與控制器建立連接時,如果連接未成功,則結(jié)束連接請求,并提示連接失敗;若連接成功,就會對客戶端消息進行處理并等待控制器的響應(yīng)。

        (二)數(shù)據(jù)庫操作實現(xiàn)

        系統(tǒng)實現(xiàn)中的應(yīng)用程序頁面與數(shù)據(jù)庫之間的操作主要是通過DataTable完成的。DataTable是ADO,NET中的一個類,可用于在程序中以臨時表的形式填充數(shù)據(jù)。程序員可以對DataTable進行定制,通過Spread表格工具實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的在線編輯、更新、刪除,以及對顯示數(shù)據(jù)進行排序、打印等,這些都方便了系統(tǒng)編程工作。

        (三)系統(tǒng)流程

        系統(tǒng)的主要工作包括:入庫管理、出庫管理、庫存管理等。

        入庫作業(yè)流程包括:設(shè)備連接、確定入庫明細、進行入庫操作、完成入庫。如圖2所示。

        出庫作業(yè)流程包括:設(shè)備連接、確定出庫明細、進行出庫操作、完成出庫。

        (四)系統(tǒng)功能實現(xiàn)

        1系統(tǒng)界面

        當(dāng)用戶初次使用本系統(tǒng)時,需要分別對控制器、發(fā)信機、受信機進行設(shè)置,此時系統(tǒng)會把這些值存入數(shù)據(jù)庫中,下次使用時,上一次設(shè)置的值即為默認值。點擊默認設(shè)置以后,用戶需要確定要進行的操作。即入庫作業(yè)或出庫作業(yè),選擇后下拉菜單和文本框被激活,可以通過它們確定貨物的種類及數(shù)量,點擊“OK”,進入作業(yè)監(jiān)控界面。如圖3所示。

        2連接界面

        用戶輸入欲連接控制器的IP地址及端口號。然后點擊“Connect”按鈕,如已連接,則提示已連接控制器;如連接成功,則提示連接成功并返回系統(tǒng)界面;如未連接成功,則提示連接失?。蝗酎c擊“Close”按鈕,則關(guān)閉與控制器的連接。如圖4所示。

        3發(fā)信機界面

        用戶輸入要使用的發(fā)信機數(shù)量,發(fā)送時間間隔。點擊“Set”按鈕確定。然后逐一設(shè)置發(fā)信機地址,以“Finish”按鈕完成設(shè)置。如圖5所示。

        4受信機界面

        先設(shè)置受信機地址,然后該地址所對應(yīng)的受信機會自動在下面的下拉菜單中出現(xiàn),在下拉菜單中選擇受信機,并逐一設(shè)置坐標(biāo),以“Finish”按鈕完成設(shè)置。如圖6所示。

        5在庫管理界面

        用戶可以通過此界面查詢、修改或刪除貨物。如圖7所示。

        (1)查詢

        在文本框中輸入一個貨物名稱。然后意擊“Search”按鈕,如存在。則在表格中顯示其明細;如不存在,則提示貨物不存在;若直接點擊“Search”按鈕,則在表格中顯示所有貨物明細。

        (2)修改

        在表格中有內(nèi)容的情況下,修改內(nèi)容,然后點擊“Modify”按鈕,如修改成功,則提示修改成功并修改數(shù)據(jù)庫;否則修改失敗。

        (3)刪除

        在文本框中輸入一個貨物名稱,然后點擊“Delete”按鈕,如該貨物存在,則提示是否確定要刪除,選擇“是”,則刪除,選擇“否”。則返回;如該貨物不存在,則提示貨物不存在?;蛘咴诒砀裰杏袃?nèi)容的情況下,選擇一行,然后點擊“Delete”按鈕。也可進行刪除操作。

        6作業(yè)監(jiān)控界面

        用戶可以利用光標(biāo)鍵或鼠標(biāo)控制鏡頭在三維空間內(nèi)的移動,也可以單擊鼠標(biāo)左鍵切換跟蹤對象,或單擊鼠標(biāo)右鍵切換自由移動和跟蹤兩種視角。在屏幕左上角顯示了當(dāng)前兩個發(fā)信機的坐標(biāo)(兩發(fā)信機在圖中分別以紅、藍兩種顏色色塊表示)和用戶要的貨物,在此例中為一臺顯示器,當(dāng)發(fā)信機移動到顯示器位置時,會彈出提示,詢問是否要入庫,選擇“是”,則操作完成,同時修改數(shù)據(jù)庫,程序返回系統(tǒng)設(shè)置界面;如選擇“否”,則繼續(xù)監(jiān)控作業(yè),如圖8所示。出庫情況與此相同,不再贅述。

        研究與開發(fā)超聲波定位系統(tǒng),必將豐富和完善物流管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能,簡化庫存管理工作程序,大大提高工作效率,改善工作質(zhì)量,對促進物流信息化建設(shè)具有一定的應(yīng)用價值。

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