邵景峰，馬曉紅，黨金房，任克儉

(1.西安工程大學教務處，陜西西安710048;2.咸陽華潤紡織有限公司動力與能源部，陜西咸陽712000;3.陜西風輪紡織股份有限公司生產(chǎn)技術部，陜西咸陽712000)

近幾年，LED技術發(fā)展相對比較成熟，已成功地應用于各行各業(yè)，得到了用戶的普遍青睞［1－2］。就紡織行業(yè)而言，LED 的應用也相對較早，如常州市武進五洋紡織機械有限公司、武漢佳德公司等很早就開發(fā)了面向紡織車間的LED顯示屏系統(tǒng)［3］，進行生產(chǎn)車間制造過程的跟蹤管理。隨著國家科技部“十一五”制造業(yè)信息化工程要點［4］，使LED顯示屏監(jiān)控系統(tǒng)在紡織企業(yè)的生產(chǎn)車間得到了大力推廣。目前已成功應用的案例有:河南白馬集團、陜西五環(huán)集團等大型紡織企業(yè)，且其使用效果良好，一定程度上促進了企業(yè)生產(chǎn)管理信息化的發(fā)展。但是，這兩家企業(yè)將LED顯示屏遠程監(jiān)控的主要功能嵌套在監(jiān)控系統(tǒng)中，由監(jiān)控系統(tǒng)來驅動，并沒有開發(fā)獨立的、功能強大的、與監(jiān)控系統(tǒng)能集成的LED顯示屏監(jiān)控系統(tǒng)。鞍山化纖毛紡織總廠使用的織布車間LED顯示系統(tǒng)，采取的技術方案是以W77E58為核心進行機臺數(shù)據(jù)的采集，并利用上位機的RS232串口實現(xiàn)LED顯示屏數(shù)據(jù)內容的傳輸，鑒于RS232的特點［5］，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)內容的遠距離傳輸，且結構復雜，不利于后期維護。近幾年，隨著總線技術、通信技術的發(fā)展，LED顯示屏的硬件和軟件都得到了升級和優(yōu)化，如文獻［6］所述將SPI總線技術應用到了LED彩屏的硬件設計中，以及文獻［7］所述將GSM網(wǎng)絡技術應用于LED顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸中，都大力推動了LED控制系統(tǒng)的發(fā)展，即利用LED驅動提供的控制參數(shù)［8］，實現(xiàn)LED顯示屏的遠程控制。并且，在對多LED顯示屏的遠程控制中，免去了單片機硬件電路的設計，直接利用RS232/RS485的轉換卡，實現(xiàn)PC與LED的遠程數(shù)據(jù)傳輸和控制。這對具有多部門、多品種、車間物理位置分布不規(guī)則、數(shù)據(jù)傳輸距離遠等特點的紡織企業(yè)來說，利用多LED顯示屏對生產(chǎn)過程的管理和系統(tǒng)的實現(xiàn)帶來了有利條件，企業(yè)可利用LED提供的驅動函數(shù)、RS232/RS485轉換卡，直接實現(xiàn)LED顯示屏的遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸。

鑒于此，提出了一種借助LED驅動函數(shù)和RS232/RS485轉換卡，直接控制LED顯示屏的系統(tǒng)設計思路，對多個顯示屏實現(xiàn)諸如閃動、滾動和打字等多種動態(tài)顯示效果［9］，以及動態(tài)顯示速度的調節(jié)，并在PC機上進行顯示效果的預覽和顯示內容的隨時修改，避免了硬件電路的設計過程。

1 總體設計

1.1 系統(tǒng)結構設計

系統(tǒng)體系結構采用二級集散式結構，即由各個車間的上位機監(jiān)控系統(tǒng)、底層多個LED顯示屏組成。為了充分利用上位機自帶的RS232串口，利用 RS232/RS485通信轉換卡，將上位機的RS232串口轉換成RS485接口，使上位機監(jiān)控系統(tǒng)與各顯示屏間經(jīng)RS485總線相連形成主從式結構，實現(xiàn)長距離的通信和數(shù)據(jù)交換［10］，其體系結構如圖1所示。企業(yè)級信息中心、企管辦、人力資源部等的信息管理系統(tǒng)通過局域網(wǎng)與各個車間的監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)管理，并通過它們向車間發(fā)送各類通知。

圖1 系統(tǒng)的體系結構

1.2 數(shù)據(jù)內容的獲取

根據(jù)系統(tǒng)功能，LED顯示屏的數(shù)據(jù)內容主要由實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，以及企業(yè)或車間通知(優(yōu)先權高于前兩者)3部分組成。

按照上述要求，數(shù)據(jù)獲取算法的構造過程為:

(1)首先讀取系統(tǒng)時間T1，當班班次Sm(m=1，2，3)和通知信息表 Notice中的日期 T2，然后判斷通知時間的有效性T(T=T1－T2)，若T的返回值Val為0，則表示該表中企業(yè)或車間需要發(fā)布的通知已過期，程序可跳到步驟(2)，直接進行數(shù)據(jù)內容的輪循顯示;當Val＞0時，表示日期T2的通知仍需要顯示，其方法是通知與數(shù)據(jù)內容交替顯示，這時需要計算通知內容的字數(shù)，其結果按行動態(tài)存儲在數(shù)組B［i，j］中，且i不能大于顯示屏的寬度，以及需要計算通知內容占用的顯示屏面數(shù)，其值為j除以顯示屏高度。

(2)根據(jù)用戶預設的數(shù)據(jù)顯示內容，首先，在數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)表中，對時間T1和班次Sm對應的歷史數(shù)據(jù)按二次分類原則進行分類統(tǒng)計，然后，將數(shù)據(jù)結果存入預先設計好的數(shù)據(jù)顯示臨時表DataTemp中，在每次數(shù)據(jù)顯示時直接從該表按分類存取數(shù)據(jù)。

(3)在車間交接班過程中，上位機系統(tǒng)當檢測到LED顯示屏顯示到最后一屏時，自動給所有顯示屏發(fā)送一個系統(tǒng)消息“系統(tǒng)正在交接班!”。

(4)當所有的交接班數(shù)據(jù)已成功轉入歷史數(shù)據(jù)表后，上位機系統(tǒng)所對應的班次自動跳轉到下一班次Sm+1，這時，LED顯示屏系統(tǒng)檢測到班次有變更時，自動清空數(shù)據(jù)顯示臨時表DataTemp中的所有數(shù)據(jù)，并且程序自動跳轉到步驟(1)，重新獲取時間和班次，對下一日期、班次的生產(chǎn)過程進行實時跟蹤管理。算法流程圖如圖2所示。

1.3 數(shù)據(jù)組織算法設計

按照用戶需求分析，所采取的顯示屏像素點的直徑φ=5，16×16點陣的單色LED顯示屏，字體大小為122 mm×122 mm，具有屏幕滾動及可以在指定的位置顯示日期、星期和時間功能。因此，對每個顯示屏而言，其數(shù)據(jù)的組織方法都以屏幕左上角為坐標原點，如圖3所示。

根據(jù)顯示屏的內容顯示方式和數(shù)據(jù)組織方式，設顯示屏的顯示區(qū)域的寬度為W，高度為H，掃描線數(shù)為Cm，掃描寬度為Ws，顯示區(qū)域的行地址為Ch，列地址為Cv，并設定顯示存儲器按Cm位進行編址。

圖2 數(shù)據(jù)獲取算法流程圖

圖3 顯示屏像素點與掃描線之間的關系

在系統(tǒng)設計中，所采取的數(shù)據(jù)掃描算法為:

(1)在上位機與多顯示屏之間建立正常的通信機制之后，首先上位機發(fā)送一幀清屏命令，將所有的顯示屏進行初始化，并計算需要顯示的數(shù)據(jù)大小(W×H)字×Cm位，再在系統(tǒng)中判斷是否需要播放通知。若需要播放，則系統(tǒng)首先統(tǒng)計通知內容的字數(shù)K，并根據(jù)字數(shù)K來決定其所占用的頁面 T ，其中 T =K/［(W × H)字 × Cm位］，接著判斷每行通知內容的行寬度是否大于掃描線指向的顯示區(qū)域行寬度W，以及每頁通知內容的高度是否大于顯示區(qū)域高度H，如果一頁的顯示內容大于高度H，則需要對H執(zhí)行取模(MOD H)操作，使所有顯示內容在顯示屏有效區(qū)域全面顯示;

(2)根據(jù)顯示內容的預設條件從數(shù)據(jù)源中檢索需要顯示的數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)整理、統(tǒng)計和組合后，將其暫存到二維數(shù)組中;

(3)對每個LED顯示屏而言，根據(jù)顯示屏的控制卡號，上位機首先讓Cm條掃描線分別指向顯示區(qū)域的第 0 ，Ws，2Ws，…，(Cm－ 1 )Ws行，接著執(zhí)行步驟(1)操作，將顯示區(qū)域中(0，0)、(0，Ws)、(0，2Ws)、…、［0，(Cm－1)Ws］共 Cm個點對應的顯示數(shù)據(jù)依次存放到存儲器起始單元的D0、D1、D2、…、DCm－1位中;

(4)首先判斷列地址Cv是否大于顯示區(qū)域列寬 H ，如果 Cv≤H，則 Cv=Cv+1，否則，Cv=(CvMOD H)，同樣，將顯示區(qū)域(1，0)、(1，Ws)、(1，2Ws)、…、［1，(Cm－1)Ws］共 Cm個點對應的數(shù)據(jù)存放到存儲器的下一個單元，然后重復上述操作，直到將掃描線當前對應的Cm行的Ws－1列數(shù)據(jù)全部保存到存儲器中為止;

(5)系統(tǒng)首先判斷行地址Ch是否大于顯示區(qū)域行寬 W ，如果 Ch≤W，則 Ch=Ch+1，否則，Ch=(ChMOD W)，然后將Cm條掃描線分別指向顯示區(qū)域的第1、Ws+1、2Ws+1、…、第(Cm－1)Ws+1行，將顯示區(qū)域中(0，1)、(0，Ws+1)、(0，2Ws+1)、…、［0，(Cm－1)Ws+1］共Cm個點對應的顯示數(shù)據(jù)依次存放到存儲器的下一個單元。重復上述步驟，使X=0～(W－1)列對應的W個數(shù)據(jù)全部存入到顯示屏的存儲器中;

(6)首先判斷暫存二維數(shù)組中的數(shù)據(jù)是否已全部存放到相應顯示屏的存儲器中，若數(shù)組為空，則表示每個掃描線對應行的數(shù)據(jù)已全部存放到顯示屏的存儲器中，系統(tǒng)已完成了一個周期的操作;否則，直到掃描線數(shù)Cm指向顯示區(qū)域的第H－1行為止，同樣，表示所有能正常通信的顯示屏將所有顯示區(qū)域中的各點對應的顯示數(shù)據(jù)按順序保存到存儲器中，系統(tǒng)就完成了一個周期的操作。

1.4 數(shù)據(jù)輪詢顯示算法的設計

算法的設計過程為:首先為每個顯示屏的控制單元分配一個唯一的控制卡號 Cno，且 Cno∈(0，255)，將控制卡號與每個顯示屏之間一一對應，然后在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中讀取每個顯示屏的顯示區(qū)域值，對顯示區(qū)域的寬度i，高度j進行初始化，再通過總線為每個控制屏選擇通信方式Cwo(1為RS232，2為RS485)，接著上位機以一對多的方式向所有的顯示控制屏發(fā)送一幀地址數(shù)據(jù)幀(主要包括控制卡號Cno，通信方式Cwo，顯示區(qū)域(i，j)等)，使兩者之間建立正常的通信機制，而顯示屏則回送通信正常與否的應答信息，通過定時和計數(shù)程序實現(xiàn)被控對象的序號按照一定的時間間隔循環(huán)變化［11］。這樣，對某一個顯示屏而言，首先根據(jù)用戶要求從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中檢索需要顯示的數(shù)據(jù)，并按分組分崗位的原則進行數(shù)據(jù)的計算、統(tǒng)計，將其暫存到預先設計好的二維數(shù)組A［m，n］中，其中m ≥0，n≥0，然后判斷需要顯示的頁面數(shù)在 A ［m，n］中執(zhí)行按行累計操作，使其形成分組輪班產(chǎn)量，并將最終結果暫存到數(shù)組A［m+k，n］中，再從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)表中按分組分崗位的原則檢索歷史交接班數(shù)據(jù)，形成每個崗位的日產(chǎn)量和總產(chǎn)量等，將其暫存到另一個二維數(shù)組B［p，q］中，同樣 p≥0，q≥0，但 0≤m+k ＜ p，并將 B［p，q］中的所有信息按照先分組分崗位合計、后分組小計的原則，使 B［p，q］中的數(shù)值轉存到數(shù)組 A［m+k，n］中，即:aij=bpj，最后將數(shù)組 A［m+k，n］變?yōu)?A［m+k+p，n］，并將 m+k+p與 i進行比較，判斷數(shù)組A［m+k+p，n］中的數(shù)據(jù)所占用的頁面數(shù)k:

這樣，該輪詢顯示方法與傳統(tǒng)的信息顯示方法相比，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)在各個車間的實時顯示，保證了所有顯示內容的正確性。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

整個系統(tǒng)的主要功能分為數(shù)據(jù)源信息的獲取，顯示內容的數(shù)據(jù)組織，顯示屏的控制與通信3個部分。其中，數(shù)據(jù)源的獲取可通過外部數(shù)據(jù)接口將需要顯示的數(shù)據(jù)信息直接寫入預先設計好的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中，或根據(jù)系統(tǒng)提供的外部數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)庫的有效集成，在異構數(shù)據(jù)庫中實時檢索、統(tǒng)計需要顯示的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)組織形式是系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)組織算法，將需要顯示的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)區(qū)域、顯示數(shù)字大小的判斷和合理組織，使所有數(shù)據(jù)信息顯示在顯示屏的有效區(qū)域，達到最佳效果［12］;顯示屏的控制與通信功能的主要作用是通過系統(tǒng)參數(shù)，與遠程顯示屏建立通信機制，實現(xiàn)通信參數(shù)的讀寫和顯示內容的發(fā)送。系統(tǒng)功能中，最主要的是顯示屏的控制和通信功能，其控制界面如圖4所示，采用動態(tài)掃描的方式，實現(xiàn)對顯示屏需要顯示的漢字、圖像和字符等數(shù)據(jù)信息的傳輸控制以及顯示等功能。

圖4 顯示屏控制與通信界面

3 結論

多LED顯示屏的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的構建，以車間的監(jiān)控系統(tǒng)服務器為上位機，多LED顯示屏作為下位機，借助 LED顯示屏驅動函數(shù)，利用RS232/RS485的轉換卡，采用主從式的二級集散式結構，實現(xiàn)PC與LED的遠程數(shù)據(jù)傳輸和控制，免去了單片機硬件電路的設計，使得系統(tǒng)結構簡單、易維護，所開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)較好地滿足了紡織車間多部門、多品種、車間物理位置分布不規(guī)則、數(shù)據(jù)傳輸距離遠等特點的要求，加強了生產(chǎn)產(chǎn)量、質量的監(jiān)控，實時反映了車間的生產(chǎn)過程，并且上位機的管理系統(tǒng)軟件具有顯示字符串的修改、顯示方式的設定、時間的設置等功能，實現(xiàn)了屏幕顯示內容的實時更改，顯示方式采用動態(tài)顯示，以及字符從下往上、從右往左滾動等動態(tài)顯示效果。

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