網絡化製造系統中的多功能交互式信息終端的製作方法
2023-10-07 21:48:59
專利名稱：網絡化製造系統中的多功能交互式信息終端的製作方法
技術領域：
本發明涉及到製造行業、網絡與通訊技術領域，具體涉及網絡化製造系統中的多功能交互式信息終端。它通過與網絡化製造系統中的企業或跨企業信息平臺相結合，實現企業內或企業之間工作任務下發、工作數據上傳、音視頻和文字信息傳遞、實時遠程監控和協同工作等功能。
背景技術：
所謂「網絡化製造」是指基於各種網絡包括企業內部網(Intranet)、企業外部網(Extranet)和網際網路(Internet)的製造企業的產品設計、製造加工、經營管理等各種製造活動；這些製造活動及其所涉及人員、設備、物料等各種資源以及有關的製造技術和製造信息等組成的系統稱為「網絡化製造系統」。
目前網絡化製造系統中的各終端的信息交互裝置，一般都採用PC機作為信息交互終端。這種終端存在投資大、功能冗餘、使用不方便、操作難度較大等問題；在許多場合特別是在工廠車間內和設備旁使用時，還存在體積大、抗幹擾性差等問題。另外在實施企業間的網絡化製造時，企業的專用防火牆和網關還會限制不同企業的終端之間的信息交互。因此，在當前的網絡化製造中，迫切需要更方便實用的信息交互終端。
現有的相關發明已有一些，但與本發明有著根本區別。如發明專利「綜合業務數字網的多功能用戶網絡終端(公告號1288344)」是通過集成綜合業務數字網(ISDN)各種終端的功能來提供可直接與外部交換機相連的接口，此網絡終端可接入數字電話、可視電話、ISDN適配卡等設備的標準ISDN接口，可接入模擬話機、傳真機、數據機等的模擬電話口。此發明主要是面向利用綜合業務數字網進行話音通訊的家庭和辦公用戶，並且只提供外部音頻、視頻設備接口，使用時還需購買配套設備，且不提供進行實時文字交互的接口。
發明內容
為了減小企業在網絡化製造過程中的經濟負擔，增強企業內和企業之間的信息交流與共享能力，提高企業的網絡化製造功能、降低成本、提高質量，本發明提供了一種用於網絡化製造系統中的多功能交互式信息終端。其技術方案是本發明包括中央處理器、可配置的網絡接口、LCD顯示器、文字輸入設備、音頻輸入輸出設備、視頻輸入設備、通用輸入輸出接口以及實時作業系統軟體、用於實現對等網的專有通訊協議棧、用於信息交互的專有應用軟體所構成的一體化集成信息終端。
所述專有的通訊協議棧採用「一種對等網絡體系結構實現方法」(本申請人的另一專利，申請號02113492.8)，建立起對等網絡結構的企業內或跨企業的通訊體系，終端之間的通訊直接以對等的、無中心交換機或中心伺服器中轉的方式進行，實現輕負荷的網絡傳輸體系。該通訊協議可以在採用防火牆或NAT路由器的網絡環境中實現對等網絡結構。
本發明中所開發的專有應用軟體通過與網絡化製造系統中的基於網絡的企業內或跨企業信息平臺交互，實現企業內或企業之間工作任務下發、工作數據上傳、音視頻和文字信息傳遞以及實時遠程監控功能。各功能的具體實現方法為其中企業內或企業外的信息平臺資料庫中保存有每個信息終端某段時間內的工作任務，當信息終端聯網後，此專有應用軟體可通過區域網或廣域網來實現工作任務或管理數據自動下發到指定的信息終端，而某個信息終端也可以把自己的工作數據或管理數據通過以上途徑上傳到指定的信息平臺資料庫中；企業之間或生產單位與管理單位之間通過此專有應用軟體選擇兩信息終端之間是進行音頻、視頻、文字還是三者之間組合的交互和信息傳遞方式。
本發明根據以上的專有通訊協議所開發的專有應用軟體可以使任何該類型的終端連接上網後立即獲知其它相關終端是否在線，並通知已在線的終端本終端已在線的信息。
本發明在以上硬體的基礎上，開發了相應的Linux實時多任務作業系統(RTOS)，並在此作業系統平臺上開發了專用應用軟體，使本信息終端與網絡化製造系統中的基於網絡的企業或跨企業信息平臺結合，完成交互式文字信息顯示與輸入，交互式音視頻信息傳遞，遠程數據採集與控制功能。
對遠程數據的採集與控制是由與本信息終端相連的傳感器和各種輸入設備來收集生產車間的信息，再根據預先設定的程序，在網上遠程控制車間的一些設備自動完成某些操作。
文字信息的輸入由文字輸入設備來完成，LCD顯示器用來完成文字和視頻信號的顯示，視頻信號的採集則是由CCD視頻輸入設備來完成的，聲音信號的採集與輸出通過音頻輸入輸出設備來完成。
本發明中所開發的專有應用軟體可以使任何該類型的終端連接上網後立即獲知其它相關終端是否在線，並通知已在線的終端本終端已在線的信息。
該信息終端由一體化集成的硬、軟體系統構成。能與網絡化製造系統中的基於網絡的企業內或跨企業信息平臺結合，構成對等網絡系統，能直接把音頻、視頻及數據信號轉換為IP包，在廣域網或區域網上傳輸數據及數字音視頻信號，其通信協議在正常的網絡形態和具有防火牆或NAT路由器的網絡中均能實現無中心交換機或中心伺服器的輕負荷的對等網絡結構，並可以使任何該類型的終端連接上網後立即獲知其它相關終端是否在線，並通知已在線的終端本終端已在線的信息。該信息終端也可以長期處於工作狀態甚至可以直接用於企業生產車間的數據和音視頻等信息的採集、傳遞與監控，從而為企業間的交流節省了大量的通信費用，增強企業內或企業之間的信息交流與共享能力。
該終端具有很高的可靠性，可以適應車間等惡劣工作環境。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是本發明的硬體模塊圖。
圖2是本發明的軟體結構圖。
圖3是本發明在各種聯網企業間進行設備狀態監控的應用示意圖。
具體實施例方式
由圖1可知，從硬體來看，本發明網絡化製造中的多功能交互式信息終端包括1.中央處理器及總線控制模塊(1)，它完成專有通信協議的解釋與處理，消息和信令的處理轉換，執行圖像壓縮和解壓縮的嵌入式信號處理與傳輸，以及整個交互式信息終端的控制。
中央處理器MPC823e(1.1)是整個交互式信息終端的核心部分，它主要完成各種指令的解釋和所有數據的傳輸以及對其他各硬體部件的控制。
SPI總線控制模塊(1.2)主要負責一些大流量的高速實時數據的直接傳輸。
2.存儲器模塊(2)，它與中央處理器及總線控制模塊(1)相連，為支撐中央處理器及總線控制模塊中的系統軟體、應用軟體和數據提供存儲空間。
RAM(2.1)用於存儲一些應用程式啟動、加載和應用時的臨時數據。
EPROM(2.2)用於存儲應用程式和一些用戶存檔數據。
ROM(2.3)用於存儲BIOS的駐留程序和嵌入式RTOS的作業系統以及一些駐留數據。
3.鍵盤輸入模塊(3)，它與中央處理器及總線控制模塊(1)相連，用於文字信息的輸入。
鍵盤(3.1)用於輸入字符和數字數據以及信息終端的一些常用功能的交互。
鍵盤接口電路(3.2)轉換鍵盤的輸入信息，以便能讓CPU識別。
4.可配置的網絡接口模塊(4)，它與中央處理器及總線控制模塊(1)相連，提供連接到各種網絡的乙太網接口和作為下行通道的乙太網接口。它可支持各種數據業務和通訊協議，同時支持動態帶寬調整功能。
雙埠乙太網10/100Mbps MAC接口(4.1)通過SPI總線與CPU相連，用於擴展兩個乙太網埠。
乙太網10/100Mbps(4.2)用於連接外部的網絡或者內部的其它終端。
乙太網10/100Mbps(4.3)用於連接外部的網絡或者內部的其它終端。
5.語音輸入輸出模塊(5)，它通過語音處理模塊(6)與中央處理器及總線控制模塊(1)相連，主要提供語音信號的數模/模數轉換，語音的壓縮與解壓縮、編碼功能，並具有產生和控制各種信號音的能力，該模塊支持呼叫保持、呼叫等待、呼叫轉移、三方通話等各種補充業務。
語音編解碼(5.1)實現語音數據的解壓縮及編碼功能。
揚聲器/電話接口(5.2)實現語音數據的採集和傳輸。
6.語音處理(6)，主要負責對編碼語音數據的處理、傳輸和與SPI總線的連接。
7.視頻輸入模塊(7)，它採用CCD攝像頭作為視頻輸入設備，完成視頻信號的採集和轉換，本模塊通過視頻處理模塊(8)與中央處理器及總線控制模塊(1)相連。
視頻編碼(7.1)主要實現對視頻信號的採集與編碼，與W9960視頻編解碼器相連。
8.視頻處理模塊(8)，主要負責對編碼後的視頻數據的處理、傳輸及與SPI總線的連接。
W9960視頻編解碼器(8.1)是視頻處理的核心部分，主要負責視頻圖像信號的編解碼和傳輸。
DRAM(8.2)負責視頻數據的緩衝與存儲。
9.液晶顯示模塊(9)，它採用4英寸的液晶(LCD)模塊作為顯示輸出，它與中央處理器及總線控制模塊(1)相連。
視頻解碼接口(9.1)對SPI總線傳來的視頻信號進行解碼以驅動LCD顯示圖像。
液晶顯示LCD(9.2)顯示視頻解碼接口傳來的視頻信號，是信息終端與用戶交互的終端。
10.通用輸入輸出模塊(7)，它與中央處理器及總線控制模塊(1)相連，主要提供外部各種採樣信號的模數轉換和控制信號的數模轉換，實現對目標的監控。
脈衝量輸入接口(10.1)負責採集外部設備的脈衝量數據，並通過接口電路傳給中央處理器及總線控制模塊(1)處理。
脈衝量傳感器(10.1.1)負責數據的採集。
脈衝計數器(10.1.2)負責記錄採集到的脈衝量數據的個數。
接口電路(10.1.3)負責把採集到的脈衝量信息的轉換、緩衝、鎖存，並傳給中央處理器及總線控制模塊(1)處理。
模擬量輸入接口(10.2)負責採集外部設備的模擬量數據，並通過接口電路傳給中央處理器及總線控制模塊(1)處理。
模擬量傳感器(10.2.1)負責數據的採集。
A/D模數轉換(10.2.2)負責把採集到的模擬量數據轉換為數字量。
接口電路(10.2.3)負責對轉換好的數字量的緩衝、鎖存、並傳給中央處理器及總線控制模塊(1)處理。
數字量輸入接口(10.3)負責採集外部設備的數字量數據，並通過接口電路傳給中央處理器及總線控制模塊(1)處理。
數字量傳感器(10.3.1)負責數據的採集。
放大電路(10.3.2)負責把採集到的數字量信號進行放大處理。
接口電路(10.3.3)負責對放大信號數據的緩衝、鎖存，並傳給中央處理器及總線控制模塊(1)處理。
開關量輸入接口(10.4)負責採集外部設備的開關量數據，並通過接口電路傳給中央處理器及總線控制模塊(1)處理。
開關量傳感器(10.4.1)負責檢測開關量數據。
電壓轉換器(10.4.2)負責轉換檢測到的開關量。
接口電路(10.4.3)負責把轉換了的開關量數據進行緩衝、鎖存，並傳給中央處理器及總線控制模塊(1)處理。
脈衝量輸出接口(10.5)負責傳遞中央處理器及總線控制模塊(1)傳給外部設備的脈衝量控制信號。
脈衝量傳感器(10.5.1)負責把中央處理器及總線控制模塊(1)處理的有效控制信號轉換為脈衝量，以驅動外部設備進行工作。
脈衝計數器(10.5.2)負責記錄有效傳遞的控制信號的個數。
接口電路(10.5.3)負責控制信號的識別、緩衝、鎖存，並把有效的控制信號傳給脈衝計數器。
模擬量輸出接口(10.6)負責傳遞中央處理器及總線控制模塊(1)傳給外部機械設備的模擬量控制信號。
模擬量傳感器(10.6.1)負責把中央處理器及總線控制模塊(1)處理的有效控制信號轉換為模擬量，以驅動外部設備進行工作。
D/A數模轉換(10.6.2)負責把數字量控制信號轉換為模擬量控制信號。
接口電路(10.6.3)負責對控制信號的識別、緩衝、鎖存、並把有效的控制信號傳給D/A數模轉換。
數字量輸出接口(10.7)負責傳遞中央處理器及總線控制模塊(1)傳給外部機械設備的數字量控制信號。
數字量傳感器(10.7.1)負責把中央處理器及總線控制模塊(1)處理的有效控制信號轉換為數字量，以驅動外部設備進行工作。
放大電路(10.7.2)負責把有效的數字量控制信號進行放大處理。
接口電路(10.7.3)負責控制信號的識別、緩衝、鎖存，並把有效的控制信號傳給放大電路。
開關量輸出接口(10.8)負責傳遞中央處理器及總線控制模塊(1)傳給外部機械設備的數字量控制信號。
開關量傳感器(10.8.1)負責把中央處理器及總線控制模塊(1)處理的有效控制信號轉換為開關量，以驅動外部設備進行工作。
電壓轉換器(10.8.2)負責對有效的控制信號進行電壓轉換。
接口電路(10.8.3)負責控制信號的識別、緩衝、鎖存，並把有效的控制信號傳給電壓轉換器。
參見圖2，上述的網絡化製造中的多功能交互式信息終端從軟體上來看，可以包括
中央控制部分(1)，它包括硬體基本系統Boot模塊(2)和Linux作業系統(3)兩部分，其中硬體基本系統Boot模塊(2)主要完成硬體基本系統的Boot及引導作業系統；Linux作業系統(3)完成任務調度、存儲管理、文件系統、TCP/IP協議棧等功能，主要對用戶信息發送、接收幀、層間原語、管理信息隊形進行查詢、並將控制信息傳送給進程。
用戶處理部分(4)，它與中央控制部分(1)相連，主要包括用戶狀態、顯示和鍵盤模塊，接收來自用戶的控制信息，主要包括通訊的啟動和完成、撥號、用戶至用戶的控制信令，並完成為用戶提供各種網絡連接的補充業務功能。
數據通訊部分(5)，它與中央控制部分(1)相連，為用戶提供在各信道上的數據通訊功能，完成各種協議的處理。同時聯絡遠程的設備，通過帳號驗證對遠程設備進行配置管理。
通訊協議處理部分(6)，它與中央控制部分(1)相連，完成TCP/IP各層協議功能，接收從廣域網或區域網上傳遞過來的數據，完成基本呼叫控制，各協議的解釋、處理，並將相應的控制指令和數據送到設備驅動部分(8)或中央控控制部分(1)，實現對等網絡結構。
系統管理部分(7)，它與中央控制部分(1)相連，完成對整個系統資源的管理，包括系統初始化管理、任務管理、用戶擴展管理、中斷管理、時鐘/定時器管理、任務間的同步與通信管理、分區管理、堆管理、I/O管理。
設備驅動部分(8)，它與中央控制部分(1)相連，完成對硬體的驅動功能，實現軟體對硬體的控制操作，傳遞中央控制部分(1)與協議處理部分(6)的控制信息和數據到網絡接口模塊。
信號採集與控制部分(9)，它與中央控制部分(1)相連，完成對開關量輸入、輸出信號的遠程採集與控制。
本發明的具體實施例是在企業內和企業外車間層之間進行設備狀態監控的應用，其中設備狀態是指設備運行的工況，由設備運行過程中的各種性能參數以及設備運行過程中產生的二次效應參數和產品質量指標參數來描述，利用本發明既可對設備的運行情況進行遠程音視頻監控，而且也可以通過能用輸入輸出接口對設備的各運行參數進行遠程監控，可為設備的性能評價、合理使用、安全運行、故障診斷及設備自動控制打下基礎。如圖3所示，本發明可以應用於通過各種方式聯網的企業，其中交互式信息終端1和交互式信息終端2之間通過廣域網WAN相連；交互式信息終端3和交互式信息終端4之間通過區域網LAN相連；信息終端5通過廣域網與區域網LAN內的信息終端4相連；處於裝有防火牆的不同區域網內的信息終端4與信息終端6則通過一與廣域網相連的信息終端7的代理來建立連接。不管是在以上哪種聯網情況下，只要打開兩信息終端的電源，兩信息終端之間就可以顯示對方上線的信息，監控人員可以選擇利用視頻、音頻和與通用輸入輸出接口相連的傳感器來對某一企業車間內的各種設備狀態進行實時監控。
權利要求
1.網絡化製造系統中的多功能交互式信息終端，其特徵在於由中央處理器、可配置的網絡接口、LCD顯示器、文字輸入設備、音頻輸入輸出設備、視頻輸入設備、通用輸入輸出接口以及實時作業系統軟體、用於實現對等網的專有通訊協議棧和嵌入式應用軟體所構成的支持網絡化製造中多種功能的軟硬體一體化裝置組成。
2.根據權利要求1所述的多功能交互式信息終端，其特徵在於所述專有的通訊協議棧，採用對等網絡體系結構實現方法，建立起對等網絡結構的企業內或跨企業的通信體系，終端之間的通信直接以對等的、無中心交換機或中心伺服器中轉的方式進行，實現輕負荷的網絡傳輸體系。
3.根據權利要求1或2所述的多功能交互式信息終端，其特徵在於所述支持網絡化製造的嵌入式應用軟體，嵌入不同的應用軟體，可形成網絡化製造中各種專用的信息交互終端，通過與網絡化製造系統中的基於網絡的企業內或跨企業信息平臺交互，實現企業內或企業之間工作任務下發、工作數據上傳、音視頻和文字信息傳遞、遠程實時監控和協同工作等功能；各功能的具體實現方法為根據每個信息終端在網絡化製造中工作任務的需要，開發出專用的專有應用軟體並嵌入信息終端中；在企業內或企業外的信息平臺資料庫中保存有每個信息終端某段時間內的工作任務，當信息終端聯網後，此專有應用軟體可通過區域網或廣域網來實現工作任務或管理數據自動下發到指定的信息終端，而某個信息終端也可以把自己的工作數據或管理數據通過以上途徑上傳到指定的信息平臺資料庫中；企業之間或生產單位與管理單位之間通過此專有應用軟體選擇兩信息終端之間是進行音頻、視頻、文字還是三者之間組合的交互和信息傳遞方式。
全文摘要
本發明包括中央處理器、可配置的網絡接口、LCD顯示器、文字輸入設備、音頻輸入輸出設備、視頻輸入設備、通用輸入輸出接口以及實時作業系統軟體、用於實現對等網的專有通訊協議棧和嵌入式應用軟體所構成的支持網絡化製造中多種功能的軟硬體一體化裝置。該信息終端可以長期處於工作狀態，可以直接用於企業內外包括生產車間的數據和音視頻等信息的採集、傳遞與監控，從而為企業內外的各種製造經營活動提供網絡化信息交互終端。其結構為平板式超輕薄結構，具有很高的可靠性，可以適應各種工作環境包括車間等惡劣工作環境。
文檔編號H04L29/06GK1450453SQ0211358
公開日2003年10月22日 申請日期2002年4月6日 優先權日2002年4月6日
發明者劉飛, 鄢萍, 賀德強 申請人:重慶大學, 重慶海特克系統集成有限公司