1、引言

　　加工與檢測是光學制造領域里兩個核心部分，光學加工所能達到的精度極大依賴于檢測技術水平的高低。長久以來，加工技術與檢測技術沿著各自的軌道發(fā)展，并達到了很高的技術水平，極大地提高了光學制造的效率與精度，滿足了國防與航空等高端技術方面的需求。但同時，加工與檢測技術也形成了一個個完善的、獨立的功能體，各功能體間不能直接相互通信，不能實現(xiàn)在線測試、在線數(shù)據處理、在線加工的一體化光學加工系統(tǒng)，這一個個獨立的功能實體形成了所謂的“信息化”孤島。在實際工作中則表現(xiàn)為檢測所產生的測試數(shù)據不能直接傳給數(shù)據處理中心，而必須借助某種存貯媒介 (如軟盤) 由人工輸進數(shù)據處理中心。這樣既不利于測試數(shù)據的傳輸，也不利于數(shù)據的存貯、處理及確保其安全。針對這種情況，本文設計了基于無線通信的檢測制造系統(tǒng)，實現(xiàn)了光學制造的在線檢測、在線數(shù)據處理、在線加工的一體化。

2、一體化加工系統(tǒng)運行模式及其結構設計

　　要想實現(xiàn)在線檢測、在線數(shù)據處理的一體化加工系統(tǒng)，不同功能體之間數(shù)據自由通信與傳輸是其根本要求。在車間單元層上，主要由主控計算機、管理計算機等設備組成，它們通過企業(yè)內部的以太網實現(xiàn)相互間的通信。對于工作站層，它運行在某個車間內部，主要實現(xiàn)兩個功能，一個實現(xiàn)車間內部各設備間的數(shù)據通信，另外它還負責車間底層設備與上層主控計算機間的通信，它充當了底層設備的代理。設備層由分布在車間各個不同方位的底層設備 (如檢測設備、加工設備) 組成。根據這三層運行模式的劃分，將當前先進的無線射頻通信技術引入到光學加工系統(tǒng)中，采用無線網絡通信具有以下幾個特點：良好的靈活性和移動性；安裝便捷；故障定位容易；易于進行網絡規(guī)劃和調整；易于擴展。該系統(tǒng)的邏輯結構功能圖如圖1所示。

3、嵌入式控制器及無線模塊功能分析

3.1 工作站及無線收發(fā)接口功能分析

　　工作站必須要具有將無線通信數(shù)據與以太網數(shù)據互相轉換的功能。此外，由于車間檢測設備不止一臺，可能同時有多臺設備要求實現(xiàn)數(shù)據通信，因此工作站是個多任務工作系統(tǒng)，要具有良好的任務管理機制，以確保數(shù)據傳輸不沖突，同時，工作站還要保證數(shù)據傳輸?shù)恼_、可靠、及時，有序。對于無線收發(fā)模塊，由于在車間底層，生產環(huán)境惡劣，因而要求其具有較強的抗電磁干擾能力，數(shù)據傳輸穩(wěn)定、可靠。此外，還要求其通信距離不能太短，要滿足整個車間范圍內的通信要求。

3.2 模塊化設計實現(xiàn)工作站及無線收發(fā)

　　本文采用模塊化方法來實現(xiàn)工作站功能的。將工作站在邏輯上分為兩部分：前部實現(xiàn)數(shù)據的無線收發(fā)，該部和設備層的無線收發(fā)模塊一致。后部由一個具有資源管理的嵌入式控制器來管理多個數(shù)據傳送任務。由于底層設備大多具有標準串行接口，無線收發(fā)模塊主要實現(xiàn)無線射頻數(shù)據與串行數(shù)據的轉換與控制。工作站的功能模型分析如圖2所示。

4、系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

4.1 無線模塊硬件設計

　　本文中所選擇的無線通信芯片是挪威Nordic公司的nRF2401無線芯片。它是一款非常適合于工業(yè)控制的無線通信芯片，它內置點對多點的無線通信協(xié)議，可以很方便地實現(xiàn)任意兩個指定設備間的無線通信，此外，它的通信速率高達1Mbps，最遠通信距離高達1000M，抗干擾能力強，內置硬件CRC檢錯功能。通過單片機C51控制可實現(xiàn)與外界設備間串行數(shù)據的發(fā)送、接收。無線模塊的硬件結構圖如圖3所示。