TCP/IP的以太网LCD电子标签系统设计

近年来，由于电子商务的发展，物流业呈现出JIT运送普及化、小批量、多品种、高频率的货物运输等特点。在实际的生产作业中，对小批量、多品种、高频率货物的处理始终是一个难题。现有电子标签系统在控制上都是采用现场总线技术。但这种技术在信息集成方面存在许多不足，如：

　　① 已有的现场总线标准过多，仅IEC国际标准就包含了8个类型，未能统一到单一标准上来，多种现场总线并存已成定局。

　　② 不同类型的现场总线设备均配有专用的通信协议，互相之间不能兼容，无法实现互操作，无法协同工作，也无法实现信息的无缝集成。

　　为了解决同一控制系统中多种现场总线的集成问题，在一些工程中通常是利用某种标准技术(如OPC技术等)开发能够连接其现场总线的接口。但各现场总线标准没有完全统一，需要开发大量的接口才能满足不同工控对象的需要。因此，我们提出了基于TCWIP的以太网LCD电子标签系统。

　　1、基于TCP/IP的以太网LCD 电子标签辅助拣货系统
 

　　基于TCP/IP的以太网LCD电子标签是一套安装在储位上的液晶显示装置。它显示待拣物品的型号、数量等有效参数，籍此来引导拣货工作人员正确、快速、轻松地完成拣货工作。图1为实际生产中的LED电子标签拣货系统。

　　图1 电子标签拣货系统

　　在我们的系统中，采用的Ethernet/IP是一种既支持I/0又支持数据交换的开放式工业网络，采用以太网交换机实现各设备间的点对点连接，能同时支持lOMb/s和100 Mb/s以太网商用产品，便于实现大量数据的高速传输，如图2所示。

　　图2 基于TCPIP的以太网LCD电子标签系统结构图

　　这样整个系统具有以下优点：

　　① 标准化。标准化的底层通信协议，标准化的元器件，如：集线器或交换机。

　　② 结构简单，稳定性、可靠性高。

　　③ 结构开放、带宽高、互换性好。

　　④ 布线简单、管理方便。

　　⑤ 成本低。

　　2、基于TCP/IP的以太网LCD电子标签软件设计

　　软件复用一直是软件程序员梦寐以求的技术。设计模式在某种程度上替我们解决了这个问题，因为它描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心。从图2的网络结构上可以看出，整个基于TCP/IP的以太网电子标签系统，直接由计算机通过网卡点对点地控制各个LCD电子标签单元，因此，具有全开放、成本低、带宽高、稳定性和可靠性高、布线简单，运行效率高，管理方便，成本较低的特点。在物流分拣系统中，准确、迅速、及时地显示诸如物品种类、名称、数量以及系统的工作状态等信息，是保证物流系统正常工作，提高系统作业效率的基本条件。因此，稳定可靠是我们设计的基本原则。

　　系统在控制上的功能可以简化为：

　　主控计算机：

　　(1) 对上接收从各个LCD电子标签单元返回的数据;

　　(2) 对下向各个LCD电子标签单元发送主控数据信息。

　　LCD电子标签：

　　(1) 显示待分拣物品的种类、名称、数量、图形或其他相关信息等;

　　(2) 与主控计算机的网卡通信，上传和接收数据;

　　(3) 通信冲突检测(CSMA—CD);

　　(4) 输入装置产生相应的输入，如按钮、键盘等;

　　(5) 输出装置产生相应的输出，如扬声器，四色灯等。

　　图3 基于TCPIP的LCD电子标签结构图

　　图3为基于TCP/IP的以太网LCD电子标签的硬件结构，主要由LCD显示单元、TCP/IP通信芯片、输入设备(如：按钮、键盘)、输出设备(如：扬声器、四色灯等)以及其他外设和单片机DSP以及其他服务电路组成。整个系统的用例图如图4所示。

　　 图4 LCD标签系统用例图

　　在硬件服务层上，我们采用面向对象的设计方法将LCD显示单元、按钮、键盘、四色灯、TCP/IP封装成一个个的对象。这样也便于今后硬件服务系统的扩充。

　　由于我们采用的LCD显示单元，其显示内容丰富，能显示数字、字符、图形、图片等绝大部分数据，并且支持彩色显示。本部分的封装是整个系统的核心和关键，因此我们在设计时采用了Composite模式，将文本、直线、圆、矩形、图片等分别封装成对象，通过一个公共的抽象类displayObject的接口来实现各自在LCD显示单元上的重画(paint)功能，将这些对象的公共属性存放于接口中，而各自的个体属性则分别放于各自的类定义中。

　　LCD显示单元和这些待显示数据对象之间为包含关系(Com.posite)。这样设计的特点是按照LCD电子标签系统的自然组成对象划分类，各自独立封装，可扩展性非常好，并且结构简单。

　　由于本系统基于TCP/IP的以太网，直接采用TCP/IP进行点对点的通信，所以整个类结构比较简单，LCD电子标签系统的封装结构如图5所示。

　　图5 电子标签系统的类封装系统图

　　由于目前的LCD还不支持真彩，因此在我们的设计中单独采用一个COLOR类来存放能够支持的色彩对象。其中Device类捆绑TCP/IP芯片类来接收发送数据，LCD显示屏以及其他的外设都继承Device类，以获取数据传输和接收功能。数字、字符、图形等则继承抽象类displayObject类。这样设计的一个很明显的优势就是：今后如果有什么新的设备或显示功能添加，不会影响到原来已经设计调试好的功能。

　　其c++结构代码如下：

　　图6为采用本方法开发的单个电子标签屏幕显示系统的设计操作界面。图中显示的为主控计算机下发的一个字符串对象、一个图片对象和两个直线对象。

　  　图6 电子标签显示图

　　3、结语

　　本文介绍了基于TCP/IP的以太网LCD电子标签系统设计，提出并实现了基于面向对象和软件设计模式的装设计方法，在实际使用中代码灵活、结构简单、系统稳定，而且维护起来也十分方便。