周正貴 (安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院電子信息工程系，安徽 蕪湖 241002)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車間管理系統(tǒng)設計

周正貴 (安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院電子信息工程系，安徽 蕪湖 241002)

針對中小型加工制造企業(yè)中存在的問題，利用物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)ZigBee及RFID設計了車間管理系統(tǒng)。實際應用表明，該系統(tǒng)能夠?qū)囬g工作環(huán)境進行實時監(jiān)測，同時可以提高工人工資結(jié)算效率，對中小型加工制造企業(yè)的規(guī)范化管理具有一定作用。

物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；車間管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將射頻技術(shù)、傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)等融為一體的綜合性應用技術(shù)[1-2]，目前已在工業(yè)控制、智能家居、農(nóng)業(yè)智能化等領(lǐng)域得到廣泛應用[3-4]。物聯(lián)網(wǎng)一般分為3層結(jié)構(gòu)，即感知層、網(wǎng)絡層、應用層[5]。感知層利用各種傳感器或條形碼采集各種信息參數(shù)，網(wǎng)絡層負責把采集的信息參數(shù)快速、準確地傳送到應用層，應用層通過各種應用軟件對信息參數(shù)進行分析處理。為此，筆者基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設計了車間管理系統(tǒng)?安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院2012年科研項目(2012KYZ02)。，以便為中小型加工制造企業(yè)的規(guī)范化管理提供幫助。

1 系統(tǒng)總體設計

設計車間管理系統(tǒng)的目的主要是便于中小型加工制造企業(yè)進行規(guī)范化管理。該系統(tǒng)的功能包括工廠車間工作環(huán)境信息的智能化控制及工資結(jié)算、工人考勤的優(yōu)化。車間工作環(huán)境信息的智能化控制包括如下內(nèi)容：環(huán)境信息(如溫濕度、有毒氣體等)的采集；視頻信號的采集；上位機監(jiān)控界面的實現(xiàn)。工資結(jié)算、工人考勤的優(yōu)化內(nèi)容包括：利用RFID射頻識別技術(shù)進行身份識別，以便工人快速進行上班考勤；利用條形碼技術(shù)進行工人工資結(jié)算，省去了人工結(jié)算工資的繁瑣環(huán)節(jié)。

2 系統(tǒng)硬件設計

圖1 系統(tǒng)車間環(huán)境監(jiān)測圖

1)車間環(huán)境監(jiān)測控制 工廠車間工作環(huán)境信息的智能化控制硬件設計框圖如圖1所示。節(jié)點模塊采用CC2530芯片設計硬件電路，每個節(jié)點連接一對應傳感器采集車間環(huán)境信息。CC2530芯片內(nèi)部集成了無線收發(fā)單元，節(jié)點間的網(wǎng)絡采用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，通過協(xié)調(diào)器節(jié)點0把所有采集的環(huán)境信息傳送給上位機界面顯示。節(jié)點間的組網(wǎng)是無線方式，這樣使得節(jié)點安裝方便。協(xié)調(diào)器節(jié)點0與上位機之間采用串口通信方式，該通信方式比較穩(wěn)定。針對視頻信號的采集，可以采用內(nèi)置無線網(wǎng)卡功能的攝像頭，并將攝像頭IP地址、路由器IP地址和上位機IP地址設置為同一網(wǎng)關(guān)，從而保證圖像信息的正常傳輸。

2)工資自動結(jié)算及查詢 很多中小型零配件生產(chǎn)企業(yè)工人工資的計算采用計件制，即工作結(jié)束后用秤測量工人的當天處理零件的重量，然后除以單個重量，從而得到該工人當天的工作量。上述過程通過人工操作完成，既費工又費時。為了解決上述問題，系統(tǒng)設計了工資自動結(jié)算及查詢的功能(見圖2)。通過把掃描的一維碼、電子秤重量等信息由路由器發(fā)送至上位機對應數(shù)據(jù)庫中，然后上位機對這些數(shù)據(jù)進行智能分析，最終達到工資查詢和自動結(jié)算得目的。

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

1)車間環(huán)境監(jiān)測 關(guān)于車間環(huán)境的監(jiān)測，主要通過ZigBee技術(shù)采集車間溫濕度、有毒氣體等參數(shù)。在ZigBee網(wǎng)絡中，節(jié)點0為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，其他節(jié)點為終端節(jié)點，每個節(jié)點連接相應傳感器，采集的環(huán)境信息由終端節(jié)點進行處理，然后通過網(wǎng)絡發(fā)送到網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，最后網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器把所有數(shù)據(jù)送至上位機顯示(見圖3)，同時在利用TI免費協(xié)議棧的基礎上完成ZigBee網(wǎng)絡的通信。此外，在網(wǎng)絡程序設計過程中主要應注意如下幾個方面：所有節(jié)點網(wǎng)絡ID號應相同；不同節(jié)點地址不同；協(xié)調(diào)器需標示出所有節(jié)點地址，終端節(jié)點需標示出父節(jié)點地址。

圖2 系統(tǒng)工資結(jié)算及查詢圖 圖3 終端節(jié)點采集數(shù)據(jù)送至上位機流程圖

圖4 計件工資自動結(jié)算流程圖

2)工資自動結(jié)算 計件工資自動結(jié)算流程圖如圖4所示。每位工人配備一個固定的工作箱，箱子外殼貼有一維碼，該一維碼信息包含有工人姓名、工人編號、零件加工環(huán)節(jié)編號等信息。車間內(nèi)配置一臺電子秤，電子秤具有一維碼掃描槍并內(nèi)置無線路由器。當某位工人把工作箱放在電子秤上，電子秤掃描工作箱一維碼信息并將相關(guān)基本信息如該工人姓名、編號、零件加工環(huán)節(jié)編號、箱子總重量、單件零件重量等通過無線網(wǎng)絡發(fā)送至上位機內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中。在數(shù)據(jù)庫中對該工人的工資進行自動計算并在界面上顯示工人姓名及其工資總額等信息。

4 結(jié)語

當前，我國中小型加工制造企業(yè)的管理模式比較落后，如用手工進行工資結(jié)算，工資查詢麻煩等。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設計并實現(xiàn)了中小型加工制造企業(yè)車間管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)采集采用ZigBee無線組網(wǎng)，具有設備節(jié)點體積小、便于安裝與調(diào)試、耗電量低、網(wǎng)絡穩(wěn)定性高等優(yōu)點。實際應用表明，利用車間管理系統(tǒng)可為中小型企業(yè)車間提供更好的安全生產(chǎn)環(huán)境，也能夠解決計件工資結(jié)算的問題，達到了智能化管理的目的，因而具有較高的應用價值。

[1]吳滄海，何火嬌，熊煥亮，等.基于RFID與Zigbee的牛場遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].農(nóng)機化研究，2013(2)：163-166.

[2]徐肖肖，瞿光祥，黃艷秋，等.基于ZigBee的礦井無線語音通信系統(tǒng)探討[J].工礦自動化，2013(1)：99-102.

[3]付軍安，盧涵宇，王合闖，等.基于Zigbee的定位系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的探討[J].長江大學學報(自科版)，2011，8(4)：86-88.

[4]禹謝華，張曉芳，黃澤鑫.無線傳感器網(wǎng)絡安全路由協(xié)議研究[J].長江大學學報(自科版)，2011，8(8)：98-101.

[5]萬磊，章勇，李劍.基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的智能家居設計[J].電子科技，2012(2)：116-119.

[編輯] 李啟棟

TP391

A

1673-1409(2013)22-0073-02

2013-05-17

周正貴(1984-)，男，碩士，助教，現(xiàn)主要從事物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用方面的教學與研究工作。