0 引言

　　刀具是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造的較昂貴的消耗性資源,由刀柄、刀桿和刀頭等多個(gè)零部件組成,信息繁多,隨著數(shù)控設(shè)備和加工零件品種的增多,刀具零部件的種類(lèi)和相應(yīng)資源信息會(huì)越來(lái)越龐雜,占投資的比重也逐漸增大。由于生產(chǎn)加工的需要,大量的刀具頻繁地在刀具庫(kù)和機(jī)床以及機(jī)床與機(jī)床之間流動(dòng)和交換。傳統(tǒng)的刀具管理是將刀具的信息記錄在紙上,或記憶在人腦中,時(shí)間稍長(zhǎng),記錄的信息容易丟失,不同的使用者對(duì)刀具的信息不易掌握,刀具的信息管理跟不上,造成刀具的使用混亂,資源浪費(fèi),生產(chǎn)效率低下,更嚴(yán)重的結(jié)果是造成在制品的偏差過(guò)大、工藝偏離,甚至出現(xiàn)產(chǎn)品報(bào)廢、影響生產(chǎn)周期。隨著射頻技術(shù)的日漸成熟和廣泛應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化的刀具管理和信息集成已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)新亮點(diǎn)。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

　　下面將分別就兩個(gè)子系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹:IPC:其軟件系統(tǒng)通常以基于象SQL Server2000 這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之上的用戶自行開(kāi)發(fā)的數(shù)控刀具管理系統(tǒng)為主體,通過(guò)和射頻讀寫(xiě)器的串口聯(lián)接,間接讀寫(xiě)射頻卡內(nèi)的刀具數(shù)據(jù),并據(jù)此完成數(shù)控加工過(guò)程中對(duì)刀具的控制,即工控機(jī)負(fù)責(zé)處理從讀寫(xiě)器(Reader) 接收的數(shù)字信息,該數(shù)字信息經(jīng)數(shù)控刀具管理系統(tǒng)處理后,根據(jù)預(yù)先設(shè)定的功能向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)加工動(dòng)作。

　　RFIDS:主要完成讀寫(xiě)器與射頻卡之間的數(shù)據(jù)交換。其工作原理比較簡(jiǎn)單:RFID 系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中,射頻卡附著在待識(shí)別物體的表面,射頻卡中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。讀寫(xiě)器可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別射頻卡中所保存的電子數(shù)據(jù),從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。讀寫(xiě)器通過(guò)天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào),當(dāng)射頻卡進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量,發(fā)送出自身編碼等信息,被讀取器讀取并解碼后送至IPC 主機(jī)進(jìn)行有關(guān)處理。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

　　本文的軟件實(shí)現(xiàn)主要介紹兩個(gè)接口的數(shù)據(jù)交換功能即讀寫(xiě)功能的實(shí)現(xiàn),現(xiàn)分述如下:

　　2.1 IPC與READER的接口

　　本文以VC + + 為編程環(huán)境,采用最基本的串口RS232 進(jìn)行通信,波特率為9600。具體傳輸格式是:一個(gè)開(kāi)始位,八個(gè)數(shù)據(jù)位,一個(gè)停止位,沒(méi)有校驗(yàn)位,最低位首先發(fā)送。除此還可采用串口RS422 ,RS485 ,以及USB 接口實(shí)現(xiàn)IPC 與READER 間的通信,因具體讀寫(xiě)設(shè)備而異。在基本的串行通信編程過(guò)程中,串行設(shè)備被視為用于打開(kāi)、關(guān)閉、讀和寫(xiě)的流設(shè)備,對(duì)串口的讀寫(xiě),可視為對(duì)特殊文件的讀寫(xiě)。Win32 API 也提供了這樣一組通信函數(shù),用于完成串口通信過(guò)程。用于實(shí)現(xiàn)通信過(guò)程的主要函數(shù)如下:

　　CreateFile 　　　　打開(kāi)串行口　　GetCommState 用制定通信設(shè)備的當(dāng)前控制設(shè)置填充設(shè)備控制塊。　　SetCommState 按照DCB 結(jié)構(gòu)的說(shuō)明配置通信設(shè)備　　SetCommTimeouts 設(shè)置指定通信設(shè)備上所有讀/ 寫(xiě)操作的超時(shí)參數(shù)。　　WriteFile 向串行口寫(xiě)數(shù)據(jù),這樣將把數(shù)據(jù)傳送給串行連接另一端的設(shè)備　　ReadFile 從串行口讀數(shù)據(jù),這樣將從串行連接另一端的設(shè)備接收數(shù)據(jù)。　　CloseHandle 關(guān)閉一個(gè)串行端口,釋放通信資源。整個(gè)通信過(guò)程包括:

　　(1) 打開(kāi)通信資源。在進(jìn)程使用串口之前,首先應(yīng)使用Cre2ateFile 函數(shù)打開(kāi)通信資源,返回一個(gè)標(biāo)識(shí)該資源的句柄。在Cre2ateFile 函數(shù)打開(kāi)串口通信資源時(shí),系統(tǒng)將根據(jù)上次打開(kāi)資源時(shí)的數(shù)值初始化和配置資源;

　　(2) 讀寫(xiě)串口資源。通過(guò)ReadFile 和WriteFile 函數(shù)來(lái)讀寫(xiě)串口。讀和寫(xiě)的超時(shí)時(shí)間由SetCommTimeouts 函數(shù)設(shè)置;

　　(3) 關(guān)閉通信資源。在使用通信資源結(jié)束后,應(yīng)調(diào)用Close2Handle 函數(shù)來(lái)關(guān)閉通信句柄,釋放資源。

　　2.2 READER與ID CARD 的接口

　　該接口的讀寫(xiě)功能的實(shí)現(xiàn)通常由射頻設(shè)備原始制造商提供,用戶無(wú)需關(guān)心,只要遵巡一定通信協(xié)議,READER(讀寫(xiě)器) 可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)ID CARD(射頻卡) 的讀寫(xiě),IPC 可以通過(guò)和READ2ER 的接口,間接完成對(duì)ID CARD 的讀寫(xiě)操作。但為了了解射頻讀寫(xiě)器(READER) 對(duì)射頻卡( ID CARD) 的讀寫(xiě)原理,這里將以Phllips 公司的mifare one 卡為例,重點(diǎn)介紹通信協(xié)議ISO14443TYPE - A ,和支持此協(xié)議的mifare one 卡的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 。

　　2.2.1 射頻卡的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

　　相應(yīng)于所支持的通信協(xié)議,射頻卡內(nèi)的電子數(shù)據(jù)也必須按照相應(yīng)的約定格式進(jìn)行存儲(chǔ)。下面以Phllips 公司的mifare one卡為例講解其內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及訪問(wèn)權(quán)限,如圖2 所示。mifareone 卡分為16 個(gè)扇區(qū),每個(gè)扇區(qū)為4 塊,每塊16 個(gè)字節(jié),以塊為存取單位每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問(wèn)控制。

　　(1) 第0 扇區(qū)的塊0 用于存放廠商代碼,已經(jīng)固化,不可更改。

　　(2) 每個(gè)扇區(qū)的塊0、塊1、塊2 為數(shù)據(jù)塊,可用于存貯數(shù)據(jù)。

　　(3) 每個(gè)扇區(qū)的塊3 為控制塊,包括了密碼A、存取控制、密碼B。具體結(jié)構(gòu)如下:

　　在每一個(gè)扇區(qū)的存取控制的4 個(gè)字節(jié)里,按照一定結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)著該扇區(qū)中每個(gè)塊(包括數(shù)據(jù)塊和控制塊) 的讀寫(xiě)控制,其中每個(gè)塊的讀寫(xiě)條件占6 位———3 對(duì)互相取反的位組成,扇區(qū)中的每個(gè)塊(包括數(shù)據(jù)塊和控制塊) 讀寫(xiě)的實(shí)現(xiàn)是由密碼和存取控制共同決定的。例如,當(dāng)存取控制為08 77 8F 69 時(shí),可得到塊0 的讀寫(xiě)控制位是1 1 0 ,按照通信協(xié)議的約定,若此時(shí)射頻讀寫(xiě)命令包含的密碼B 得到驗(yàn)證,則射頻讀寫(xiě)器取得對(duì)塊0 的讀、寫(xiě)權(quán)限;若射頻讀寫(xiě)命令內(nèi)包含的是密碼A ,則驗(yàn)證后,射頻讀寫(xiě)器只有讀取塊0 數(shù)據(jù)的權(quán)限。

　　2. 2. 2 通信協(xié)議ISO14443 TYPE - A

　　目前市場(chǎng)上RFID 產(chǎn)品種類(lèi)很多,常見(jiàn)的產(chǎn)品主要是象德州儀表(TI) 、Phllips 、Motoro1a 等世界著名廠家生產(chǎn)的RFID 產(chǎn)品,其READER 和ID CARD 實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)功能要遵循的標(biāo)準(zhǔn)通常有ISO14443 TYPE - A、ISO14443 TYPE - B ,以及ISO 15693。下面就協(xié)議ISO14443 TYPE - A做簡(jiǎn)要介紹,其指令結(jié)構(gòu)定義如下:ACK + LEN + DATAS + CHK + ETX

　　其中:

　　ACK = 0x60 　　　　　通訊頭部,指令啟始字節(jié),1 Byte　　LEN = Length(DATAS) 通訊數(shù)據(jù)體長(zhǎng)度字節(jié)數(shù),1 Byte　　DATAS 通訊數(shù)據(jù)體(含指令數(shù)據(jù))　　CHK 異或校驗(yàn)和1 Byte　　ETX = 0x03 結(jié)束符1 Byte

　　其中,DATAS 中包含對(duì)卡操作所需要的參數(shù),如認(rèn)證所需的密碼、地址、寫(xiě)入卡片的數(shù)據(jù)等,從而可以對(duì)射頻卡內(nèi)指定扇區(qū)的塊進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鳌?/span>

　　讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)要在遵巡此通信協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行,而通信協(xié)議的構(gòu)成與射頻卡內(nèi)存取控制的約定也是一致的,這一點(diǎn)在前面射頻卡的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中存取控制部分已經(jīng)舉例說(shuō)明。

3 總結(jié)

　　將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控加工生產(chǎn)的刀具管理中,可以提高刀具管理的自動(dòng)化程度和管理效率,實(shí)現(xiàn)精確快速識(shí)別、跟蹤刀具,并將刀具信息反饋給IPC 的刀具管理系統(tǒng),執(zhí)行相應(yīng)加工動(dòng)作;另外,射頻讀寫(xiě)器還可將更新的刀具信息寫(xiě)入射頻卡內(nèi),且具有使用壽命長(zhǎng),數(shù)據(jù)保存久的特點(diǎn)。射頻識(shí)別技術(shù)在國(guó)外很多知名生產(chǎn)型企業(yè)里已經(jīng)得到廣泛成功的應(yīng)用,相信不久的將來(lái),在我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和改造過(guò)程中也會(huì)越來(lái)越多地見(jiàn)到它的身影。