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服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 摘要 伴随着全球信息化，网络和数字化速度的加快，一个以知识 与信息为核心的知识经济时代的来临，这一切都促使中国的服 装业必须投入高性能的信息采集和管理决策系统，更新优化信 息源。能否科学有效地利用信息管理将直接关系到产品的走势 和服装企业的兴衰，由此来把握企业的脉搏，掌握企业全方位 的运营状态，以便随时做出对产品生产流程和管理方式的调整 和完善。 本文主要针对服装业生产的核心环节一缝纫车间，设计并 实现了一套实时数据采集及管理决策系统，并且结合遗传算法 实现了人员的在线调度；通过底层数据采集装置与上位机的信 息交互，完成一系列具体的管理决策功能。本文的主体内容主 要包括以下几个方面： 论述了目前国内外服装业的发展，特别指出了中国服装业的 现状以及存在的优弱势，讨论了国内服装业要进行企业信息化 变革的迫切要求； 分析了服装企业缝纫车间生产过程的具体需求，并在此基础 之上设计了管理决策系统的基本构建； 细述了底层数据采集装置的按钮功能以及流程实现； 借助实际生产过程当中的生产流程及操作经验，逐一阐述了 管理决策系统所包含的各项功能； 探讨了整个管理决策系统中底层操作装置与上位机信息交 互的具体通信实现，其中包括了上位机通信分析，转换电路分 析以及v b n e t 调用a p i 函数编程分析； 结合遗传算法解决了管理决策系统中人员与各工序的调度 问题，体现了采集信息的实时价值性； 月睦装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 总结了本管理决策系统的新意，同时也指出了本系统的缺憾 与不足，并对中国服装业信息化进程进行了展望。 目前，虽然国内已经有部分服装企业成功的尝试了一些管理 软件的实施，但与本系统相比，本系统在如下几点有新意： 第一，为服装企业缝纫车间提供了一个比较好的实时生 产管理系统构架体系； 第二，本系统中分布式离散事件采集器，装置简单，性能 价格比优越； 第三，基于遗传算法，本系统提供了工号与工序的实时优 化调度决策。 从本系统实时运行来分析，数据是可靠的、有效的，因此 本系统具有一定的理论意义和实用价值，它避免了目前服装业 常用管理软件的信息延迟与滞后的问题，可以做到生产过程的 实时性，把国内服装业的管理水平推向一个更高的层次。 关键词：管理决策，数据采集，上位机，转换电路，a p i 函数， 遗传算法 i i 服装缝纫车间实时管理决策系统设计与实现 d e s i g n o fr e a l t i m ed a t ac o l l e c t i o n a n da d m i n i s t r a t i v ed e c i s l 0 ns y s t e mi n c l o t h e se n t e r p r i s es e w i n gw o r k s h o p a b s t r a c t w i t ht h en e wc e n t u r y c o m i n g ，t h eg l o b a l i z a t i o nm a r k e t e c o n o m yh a sa l r e a d yc o m et h em o s ti m p o r t a n tc o r ea tm a n y i n t e r n a t i o n a le c o n o m i cs e m i n a r s a f t e rc h i n ag e ti n t ow t o ，t h e s o c i e t yp r o d u c t i o np o w e rr a i s e dr a p i d l ya n dt h eg l o b a l i z a t i o n m a r k e te c o n o m yb e c a m er e a l i t y ，w h i c hw o u l da f f e c tm a n y d o m a i n so ft h ei n d u s t r ya n dp e o p l e l i v e s b e c a u s eo ft h a tt h e c o m p e t i t i o n sb e t w e e na l lt h ec l o t h e se n t e r p r i s e si nc h i n ai sv e r y d r a s t i c i nt h ec o m p e t i t i v em a r k e t ，t h ec l o t h e se n t e r p r i s e si nc h i n a h a v ea l r e a d yc o n v e r t e df r o mt h es a l em a r k e tt ot h ep u r c h a s e m a r k e t t h et i m e st h a tt h ec o m p e t i t i o nb e t w e e nt h ee n t e r p r i s e s s i m p l yd e p e n d so nl o w l e v e lq u a n t i t yh a sp a s s e d t h em e t h o df o r a c q u i r i n gt h es u p e r i o r i t yi nt h ec o m p e t i t i v em a r k e ti sn o tt h e g r o s sc o s t ，b u ti st h ei n f o r m a t i o ni n n o v a t i o no ft h ee n t e r p r i s ea n d t h ec o n t i n u o u sr e f o r m a t i o no ft e c h n o l o g y t h ee s s e n c eo ft h ei n f o r m a t i o ni n n o v a t i o ni st o u p d a t e a d m i n i s t r a t i v ec o n c e p t i o n ，i st oi n n o v a t ea d m i n i s t r a t i v ep a t t e r n ，i s t 0r e c r e a t e ，i st or e d u c ec o s t ，i st oi m p r o v ee f f i c i e n c ya n dt h e c u s t o m e r s s a t i s f a c t i o n n o w a d a y s ，t h ea d m i n i s t r a t i v ee f f i c i e n c y o ft h e e n t e r p r i s ee x a c t l y i st h ei n f o r m a t i o n e f f i c i e n c y ，w h i c h d e p e n d so nt h ep r o c e s sf o rm a k i n g ，r e c e i v i n g ，a n a l y z i n g ，u t i l i z i n g a n dc o n v e y i n gi n f o r m a t i o n w i t hr a p i di m p r o v e m e n to ft h ei n t e r n e ta n dd i g i t a lt e c h n o l o g y ， t h ek n o w l e d g ee c o n o m yt i m e si sc o m i n g ，w h i c hp r o m p t sc l o t h e s i i i 壁茎堡望! 塑篓堕篁型盗篓墨垄篓盐羔茎墨 e n t e r p r i s ei nc h i n at oa p p l yh i g h l e v e lr e a l t i m ed a t ac o i l e c t i o n a n da d m i n i s t r a t i v ed e c i s i o ns y s t e mt o o p t i m i z et h ei n f o r m a t i o n r e s o u r c e s w h e t h e rt h e e n t e r p r i s e c a nu t i l i z et h ei n f o r m a t i o n a d m i n i s t r a t i o nr a t i o n a l l yo rn o t ，d i r e c t l y c o n c e r n st h ed r o d u c t t e n d e n c ya n dt h ee n t e r p r i s ed e v e l o p m e n t ，w h i c hc a nm a s t e rt h e e n t e r p r i s e sa l l 。r o u n do p e r a t i o nt o a d j u s tt h ep r o d u c t i o na n d a d m i n i s t r a t i v ep a t t e r ni nt i m e i n t h i sp a p e r ，i ti sp r i n c i p a l t od e s i g nas y s t e mi nc l o t h e s e n t e r p r i s e f o r r e a l t i m ed a t ac o l l e c t i o na n d a d m i n i s t r a t i o n d e c i s i o n a n di ti sr e a l i z e dt oo p t i m i z eb e t w e e nt h ew o r k e r sa n d p r o c e s s e si nt i m ew i t ht h eh e l po fg e n e t i ca l g o r i t h m t h ed a t a c o l l e c t i o nd e v i c e sc o m m u n i c a t e w i t ht h eh o s t c o m p u t e rt o a c c o m p l i s has e r i e so fa d m i n i s t r a t i v ea n dd e c i s i v ef u n c t i o n s t h i s p a p e r sm a i nc o n t e n t si n c l u d i n g ： d i s c u s s i n gt h ec l o t h e si n d u s t r yd e v e l o p m e n t ，e s p e c i a l l yt h e a d v a n t a g e a n d d i s a d v a n t a g ef o rc h i n e s ec l o t h e si n d u s t r v ，a n d d i s c u s s i n g t h e u r g e n tr e q u i r e m e n t t oi n n o v a t et h e c l o t h e s e n t e r p r i s ei nc h i n a ； a n a l y z i n gt h es p e c i f i cr e q u i r e m e n ti ns e w i n gw o r k s h o pa n d d e s i g n i n gt h es y s t e mb a s i sc o n s t i t u t i o n d i s c u s s i n gt h ed a t ac o l l e c t i o no p e r a t i o na n di t sr e a l i z a t i o n d e t a i l e d l y ； c a n v a s s i n ga l lk i n d so fa d m i n i s t r a t i v ef u n c t i o n sw i t ht h eh e l d o fa c t u a le x p e r i e n c e ； p r o b i n gt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ed a t ac o i l e c t i o n o p e r a t i o na n dt h eh o s tc o m p u t e r ，i n c l u d i n gt h e h o s t c o m p u t e r a n a l y s i s ，c o n v e r t e dc i r c u i ta n a l y s i sa n da p if u n c t i o n sa n a l y s i s ： r e s o l v i n gt h eo p t i m i z a t i o nb e t w e e nt h ew o r k e r sa n dp r o c e s s e s w i t hg am e t h o d ； v 服装缝纫车间实时管理决策系统设计与实现 s u m m a r i z i n gt h es u p e r i o r i t y p o i n t i n go u tt h ed i s a d v a n t a g e c h i n e s ec l o t h e se n t e r p r i s e s ； i nt h i ss y s t e m ，a tt h es a m et i m e a n do u t l o o k i n gt h ef u t u r ef o r a l t h o u g h i nc h i n as o m ec l o t h e s e n t e r p r i s e sh a v ea l r e a d y a p p l i e d as e r i e so fa d m i n i s t r a t i v es o f t w a r e s b u tt h es y s t e m d i s c u s s e di nt h i sp a p e ri st h ef i r s tt i m et ob ea p p l i e ds u c c e s s f u l l y i nc h i n a i tc a n e s c a p et h ei m p o r t a n tp r o b l e mo c c u r r e db y n o w a d a y sa d m i n i s t r a t i v es o f t w a r e - - - - i n f o r m a t i o nd e l a ya n do a f l i m p r o v et h ea d m i n i s t r a t i v el e v e l k e y w o r d s ：c l o t h e se n t e r p r i s e ，a d m i n i s t r a t i v ed e c i s i o n ，d a t a c o l l e c t i o n ，h o s tc o m p u t e r ，c o n v e r t e dc i r c u i t ，m o d u l e ，a p if u n c t i o n ， g e n e t i ca l g o r i t h m v 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导r ，独立进行研究j ：作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内存外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲白撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 生绝锋 日期： 2 5 年，月2 ；日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学1 1 i 7 ：论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权阻 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：生拖锋 日期：弼年2 月砧日 ，轳肛吁 一彳 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 第一章绪论 l1 引言 随着计算机和通讯技术的突飞猛进，中国的服装业在探索中不断的 脱胎换骨，加速了生产过程的信息化，专业化，市场化。服装加工业是 劳动密集型的产业，是纺织工业中加工层次和附加值较高的行业，由于 它所需的投资少、见效快，各地服装生产企业数量发展飞速，特别是服 装出口发展非常迅猛，连续几年来，我国出口服装创汇达2 4 0 亿美元而 居世界榜首：而服装缝纫车间则又是整个服装加工业的核心和灵魂，它 控制着产品的生产周期、最终产品质量以及人员的合理利用。然而，由 于我国的服装行业是在小手工业生产的基础上发展起来的，大多数企业 的规模小，厂房狭窄，无固定的生产流水线，品种款式变化频繁，生产 周期短，生产过程的设备、人员配置大多凭已形成的习惯或经验而进行。 因此，经常出现由于人员安排不合理等原因，从而导致工序问衔接不平 衡，严重影响生产效率和产品质量。从而，在服装企业的缝纫车间科学 合理地组织生产过程，实现各工序间的生产平衡是提高生产效益，提高 产品质量的重要前提。 1 2 课题的背景和意义 在全球信息化变革的过程当中，如何将信息技术导入企业管理领域， 已成为每个企业面l 临的日益严峻的共同问题。在服装企业实施e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 系统时，可以根据具体情况搭建起 多种信息管理模型，从而做到强化营销系统，创新管理思维，全面提高 企业综合管理能力，大量的市场调研和数据分析表明，国内的服装企业 经过了多年的艰苦发展，已到了急切需要对自身进行重塑，摒弃原有的 手工业方式，运用信息化的智能管理决策系统。 我们知道服装企业生产过程组织是通过对各种生产要素和生产过程 的不同阶段、环节、工序的合理安排，使之在时间上、空间上平衡衔接， 紧密配合，形成一个协调的统一系统，使原料到制品的运输路程最短、 第3 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管理决第系统的设计与实现 时间最省、耗费最小，尽可能避免半制品流水过程中“瓶颈”阻梗现象 的条件下，按照计划规定的品种、质量、数量、交货期生产出需要的产 品。 此课题主要研究的是服装企业中缝纫车间实时数据采集及其管理决 策系统，其核心是根据采集上来的底层信息运用智能化算法给出人员与 工序( 亦称工种) 的优化调度决策。一般服装企业缝纫设备主要分为： 包缝机、锁边机、平缝机、棚缝机等等，在实际生产过程中根据生产计 划每台设备可以为同一工件做相对应的工序；而根据实际情况在各工序 实现过程中存在着不可忽视的“多面手( 即一个工人可以熟练操作多个 工序) ”问题，所以，建立好服装缝纫车间加工工序与人员之间的优化配 罱，能够缩 理念。 此外， 短工期，提高人力资源的利用率，增加经济效益，促进管理 工序加工过程是一个随时间推移的动态过程，在进行软件实 现时所需要的录入信息，只有等到下班后经过管理人员汇总才能录入计 算机，这就不可避免的产生了信息的延迟与滞后，为此，我们有必要设 计一套硬件装置作为操作平台，实时录入有价值的信息，进行时剐上的 实时调度。对于规模越大的服装企业，实旌缝纫车间的实时调度，做到 软硬结合，越发显得尤其重要1 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外服装业的现状 相对于国内而言，国外信息化进程的脚步比较快，在整个服装领域 企业的管理体系比较健全，管理途径比较先进，管理策略比较完善，目 前国外的某些服装企业己经开始享用e r p 所带来的实际效益，且获得了 投资回报。根据有关资料分析美国a t l a n t aa t t a c h m e n tc o m p a n y 公司的 “s a t e l i t ep l u s 实时工厂控制系统”已经投入生产之中。在国外，用 于人员调度和工序优化的各种智能算法都有了一定的发展，已经成功地 应用于各个领域。 第4 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管瑾决策系统的设计与实现 1 3 2 中国服装业的现状 一、国际市场 据有关资料报道，1 9 9 9 年我国生产的各类服装达1 0 0 亿件，服装及 口贸易总额的1 5 4 ， 易指数一直保持在0 9 直降至0 9 附近，虽然 劲不足而不能回升至原 来的水平。仅凭本国的服装贸易指数来评价是否有国际竞争力还缺乏 说服力。近几年来，虽然发达国家的服装贸易指数有下降的趋势，但与 我国同处于发展中国家的服装贸易指数却在逐年增加，如土耳其的发展 势头己超过我国，真是后生可畏。在未来的服装国际贸易竞争中，我国 将首先面临发展中国家服装出口量的不断上升，其次是发达国家服装进 口速率( 产业出口贸易指数= ( 出口额一进口额) ( 出口额+ 进口额) ) 下降，而出口速率不断上升的威胁。 我国服装业是从2 0 世纪7 0 年代开始蓬勃发展起来的，至1 9 9 4 年已成 为世界服装出口第一大国。但自1 9 9 5 年以后，其增长速度趋缓，显示出 后劲不足，究其原因，主要是我国服装业一直是从事低档产品的出口， 随着服装市场对低档服装需求量的减少，必然导致我国服装出口增长速 率的明显下降。自1 9 9 4 年开始，虽然我国服装出口在国际市场份额中一 直居第一位，但我国服装出口的增长速度却跟不上世界服装出口的增长 速度，这预示着我国服装出1 3 将面临着国际市场份额下降的威胁，这应 引起我们的高度重视。 二、 国内市场 长期以来，国内服装市场主要是国产服装一统天下。随着改革开放 的深入发展，外国服装开始进入国内市场，特别是国外( 如意大利、法 国和香港地区等) 一些名牌服装受到些白领等富裕阶层人士的青睐， 但仅占国内市场份额的5 左右。自1 9 9 2 年开始，进口服装大幅度增加， 至2 0 0 0 年达到1 1 8 4 亿美元，相当于我国服装出口额的5 ”3 。随着加入 第5 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 w t o ，这种增长的趋势还会加剧， 如此，国外一些面料也进入我国 的冲击，而且对我国服装出口创 由于我国服装业发展很快，又缺 外市场的需求量，加之大多是中 不景气，有些设备和技术落后的 潜力的服装业正受到发达国家和 这不能不引起我国服装业的担忧。不仅 服装业，不仅对我国的纺织业造成很大 汇净值也产生较大的影响。近几年来， 少一些有效措施，其产量大大超过国内 低档产品，造成大量积压，导致服装业 服装企业被迫停产歇业，本来大有发展 发展中国家的双重挑战。 e r p 作为一种先进的管理思想和管理工具，通过对企业进行内部资源 的管理和优化，来实现对成本的控制和提高生产效率。而随着我国市场 经济的发展，宏观经济调控逐步到位，已从短缺经济初步转向剩余经济、 卖方市场转为买方市场、资源约束转为需求约束，消费者的需求多样化 也逐渐成为明显的趋势”1 。培育消费者的新需求、适应其多样化的发展 己成为经济发展、企业解困的强大推动力。为此，在管理上要求实行全 行业、跨地区的供应链e r p 管理，以最大限度地为产品市场提供完整的 产品组合，充分利用社会整体资源，大大缩短产品生产和流通的周期， 使产品生产环节进一步向流通环节靠拢，缩短供给市场与需求市场的距 离。 然而，目前中国e r p 市场的发展速度却与国外相差了1 0 2 0 年的时 间。当目前国外正在享用e r p 所带来的实际效益，中国的e r p 市场却还 只是停留在讨论之中，真正将e r p f 常运用的企业还很少，尤其是中国 的服装业。服装c a d 软件2 0 世纪7 0 年代产于美国，已经经历了三十多 年的发展和完善，服装c a d 软件的使用在西欧一些国家已经达到7 0 以 上，在r 本的普及率则超过8 5 ，在我国的普及率却还不到5 ”1 。 当前服装工业已经由“劳动密集型”向“技术密集型”转化“3 ，时装 化、个性化、高档次、高品位已成为新的流行趋势，从而使服装的生产 方式出现了新趋势、新特点、多样化、小批量( 甚至单件生产) 代替传统 的大批量、长周期、款式单调、花色和号型少的经营生产方式。拥有市 场化、自动化、信息化、快速反应机制，集时装信息、设计、生产、促 销、人才培养、广告传媒为一体的现代化的综合性的服装企业才能在激 第6 页共6 5 页 服装缝纫车问实时管理决簸系统的设计与实现 烈的竞争中谋求生存和发展“1 。所有这些内外现实环境的变化，即与国 际接轨的需求，降低成本，增加利润的内在动力，使得服装企业强烈地 意识到引入计算机对整个企业进行全面化管理的迫切性。服装企业步入 e r p ，已成为一个现实的问题。 第7 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管理决荒系统的设计与实现 第二章服装缝纫车间实时管理决策系统的基本构建 虽然，目前国内也有一些服装企业相应的研发了一系列的e r p 管理 软件，但是它们并没有解决掉信息的延迟与滞后问题。为此，根据实际 运转情况本文讨论设计了一套实时数据采集及管理决策系统，实时录入 有价值的信息，实现了时间上的实时调度与控制，提高人力资源的利用 率，增加经济效益，促进管理理念。 2 2 管理决策系统需求分析 本系统是采用主从结构，主要由三部分组成：上位机一串口通讯 一一从机( 亦即数据采集装置) ，它的核心是底层从机的硬件操作装置能 够由工人实时输入一些基本数据，再由上位机上的软件对采集上来的数 据进行处理，达到信息的同步与共享。其主要功能体现在以下几个方面： ( 1 ) 操作信息反馈与工作能动性一一工人可以通过硬件操作装置 及时输入自己的底层数据( 比如，身份确认i d 号、起始工作 时间、加工的服装件数等) ，通过主机反馈可以看到一些衡量 自己工作能力的信息( 比如，平均耗时、剩下的工作量等) ， 从而可以鞭策自己努力工作。 ( 2 ) 自动生成薪水册一一它大大减少了用于人工统计工资的费用， 不用担心统计过程中产生的误差。 ( 3 ) 保持生产平衡一一它可以根据工人的实际操作能力，计算出平 均耗时，并能在此基础之上运行遗传算法，给出人员与工序最 优配置的决策方案，从而能够有效的防止某道工序的“瓶颈” 现象。 ( 4 ) 自动检测功能一一当某台装置超过额定时间没有数据上传时， 给予报警； 在服装企业缝纫车间对各工序能够实现实时调度与控制，不仅在企 业管理方面能够提高企业的综合管理能力，创新管理思维，推广企业信 息化的时代潮流：而且对于企业中的操作工人来说也是受益匪浅，主要 第8 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 体现在一下几个方面： 第一，避免了以前人工调度生产模式常产生的信息延迟与滞后的 问题。在人工调度生产模式下，车间内的协调工作只是通 过人的经验进行大概的估测，缺乏实时性、精确性与系统 性。 第二，加强工人工资的管理。目前国内有些服装企业车间工人的 工资只是采用大概估算的方法，主要过程是这样的：一批 有精确数目的待加工服装投入到某缝纫车恻进行加工( 每 个工人并不知道服装的总精确数目) ，在加工过程中工人的 工作能力不尽相同，而且管理上也没有对每个工人进行工 件的及时计数累积；等到这批服装加工结束，每个工人报 上自己“所谓”的总加工数。但是，在统计过程中往往会 出现这种尴尬局面一一车间所有工人统计出来的服装总数 远远大于实际投入的精确数目，也就表明有些工人混水摸 鱼，虚报了自己的实际加工数目。这就增加了工资管理人 员的操作难度，他们只能根据工人平时表现的熟练程度进 行大概的估略，进行“按劳分配”。然而，当操作装置投入 生产之后，通过操作按钮就可以对工人进行精确的计件累 积，做到分配的公平性、公正性。 第三，改善工人的精神状态，调动工人的工作热情。事实表明， 工作旦真正跟经济挂钩的话，工人在工作过程中会精神 饱满，全身心的投入。而对于企业来说，这可以大大提高 人力资源的利用率，尽量做到少投资，多回报。 第四，增加了国内服装企业在市场上的竞争力。 22 管理决策系统的基本构建图 整个管理决策系统的核心主要是底层的硬件操作装置与上层的主机 通过m a x 4 8 5 或者网络进行信息的及时交互，从而实现一系列的管理决 策功能。该系统具体的构建图如图所示： 第9 负共6 5 页 服装缝纫车问实时管理决策系统的设计与实现 图2 1 管理决策系统的构建图 2 3 硬件系统的结构框图 硬件系统主要由p c 机营转换电路甘底层数据采集器，这三个部分 组成的，其结构框图如图所示 转掬毫路 图2 2 硬件系统结构框图 第1 0 页共6 5 页 服装缝纫车问实时管理决策系统的设计与实现 其中，转换电路的作用主要有两个方面：第一，将传统的4 8 5 信号 转化为2 3 2 信号。第二，将主机输出的8 位数据转化为9 位数据，即设 d t r 为第九位的控制位，若第九位为“l ”，则表示此8 位数据是本机地 址；若第九位为“0 ”，则表示此8 位数据是有效数据h o 。 m a x 4 8 7 差模线a 、b 上可以接1 2 8 个数据采集器。 2 4 硬件系统所选芯片介绍 2 4 1 芯片a t m e l8 9 s 5 2 a t 8 9 s 5 2 是一个低功耗、高性能c m o s 八位微型控制器，片内含8 k b y t e si s p ( i n - s y s t e mp r o g r a m m a b l e ) 的可反复擦写1 0 0 0 次的f l a s h 只读程 序存储器，器件采用a t m e l 公司的高密度、非易失性存储技术制造， 兼容标准m c s 5 1 指令系统及8 0 c 5 1 引脚结构，芯片内集成了通用8 位 中央处理器和i s pf l a s h 存储单元，功能强大的微型计算机的a t 8 9 s 5 2 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案【1 。它的各管脚 ( 4 0 脚) 如下图所示： 0 ) f 陉e 均 1 p 12 3 )5 m 旧o ) p 1e c 9 0 k l r s t c) e) p 3 1 lp 3 2 阐兀) p 3 3 p 3 州】 柙曰 c 耶) x t 札2 x t 札 g d v c 0 i 阳1 【 l d 2 l 阳融 c p 0 占 d 5 ) 6 d 6 ) p n 7 c 啪 日帅p 目f 丽 既积 p 27 州s ) 6 州4 ) 州3 i 社f 2 融9 1 ” 州0 i 融1 图一管脚图 具有如下特点：4 0 个引脚，片内程序存储器， 的随机存取数据存储器() ，个外部双向输入输出( ) 第页共6 5 页 雅盯弘昭s；引曲珏盯雒西m器丝甜 ，2 3 4 5 6 7 8 9协惶伯协幅惦仃伯伯 服装缝纫车间实时管理决鲭系统的设计与实现 口，5 个中断优先级2 层中断嵌套中断，2 个1 6 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，看门狗( w d t ) 电路，片内时钟振荡器 12 1 。 此外，a t 8 9 s 5 2 设计和配置了振荡频率( 可以为0 h z ) ，并可通过软 件设置省电模式。空闲模式下，c p u 暂停工作，而r a m 定时计数器， 串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存r a m 的 数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具 有p d i p 、t q f p 和p l c c 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要功能特性： 兼容m c s 一5 1 指令系统8 k 可反复擦写( 1 0 0 0 次) i s pf l a s hr o m 3 2 个双向i o 口4 5 5 5 v 工作电压 3 个1 6 位可编程定时计数器时钟频率0 - 3 3 m h z 全双： u a r t 串行中断口线 2 5 6 x 8b i t 内部r a m - 2 个外部中断源低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式3 级加密位 看门狗( w d t ) 电路软件设置空闲和省电功能 灵活的i s p 字节和分页编程 双数据寄存器指针 2 4 2 电源7 8 0 5 电路板内采用三端稳压器件( 7 8 0 5 ) ，将9 1 2 v d c 的输入电压转换 为+ 5 v 电压，为板内所有元器件供电。7 8 0 5 的管脚有三个：输入、输出、 接地，它的外形如下图所示： o u t 尸u i g r o u h d l p u t 图2 4 电源7 8 0 5 外形图 在电源输入部分有过流保护和对地滤波电容；在三端稳压器件的输 出端有对地滤波电容。过流保护器件采用r e x 0 7 0 自恢复保险丝，当电 流大于1 4 a 时保险丝瞬时断开，当电流小于1 4 a 时保险丝恢复通路】。 第1 2 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 对地滤波电容采用1 0 0 u f 2 5 v 电解电容和0 1 u f 的独石电容，电路如图 所示： 图2 5 电源7 8 0 5 应用电路图 、概述 r s 一4 8 5 接口芯片已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、 机电一体化产品等诸多领域。可用于r s 一4 8 5 接口的芯片种类也越来越 多。如何在种类繁多的接口芯片中找到最合适的芯片，是摆在每一个使 用者面前的一个问题。r s 一4 8 5 接1 ：3 在不同的使用场合，对芯片的要求和 使用方法也有所不同。使用者在芯片的选型和电路的设计上应考虑多方 面因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至还需要在软件 上作相应调整l 1 6 。 二、r s 4 8 5 接口标准 传输方式：差分 传输介质：双绞线 标准节点数：3 2 晟远通信距离：1 2 0 0 m 共模电压最大、最小值：+ 1 2 v ：7 v 差分输入范围：7 v + 1 2 v 接收器输入灵敏度：e 2 0 0 m v 接收器输入阻抗： 1 2 k q 三、节点数 所谓节点数，即每个r s 一4 8 5 接口芯片的驱动器能驱动多少个标准 r s 4 8 5 负载。根据规定，标准r s 4 8 5 接口的输入阻抗为兰1 2 k f 2 ，相应 第1 3 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 的标准驱动节点数为3 2 。为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入 阻抗设计成1 2 负载( 2 4 k f 2 ) 、1 4 负载( 4 8 k f 2 ) 甚至l ，8 负载( 9 6 k q ) ， 相应的节点数可增加到6 4 、1 2 8 和2 5 6 1 6 l 。下表为一些常见芯片的节点 数。 表2 1 节点数与型号匹配 节点数型号 s n 7 5 1 7 6 ，s n 7 5 2 7 6 ，s n 7 5 1 7 9 ， 3 2s n 7 5 l8 0 ，m a x 4 8 5 ，m a x 4 8 8 ， m a x 4 9 0 6 4s n 7 5 l b c l 8 4 1 2 8m a x 4 8 7 ，m a x l 4 8 7 m a x l 4 8 2 ，m a x l 4 8 3 ， 2 5 6 m a x 3 0 8 0 m a x 3 0 8 9 四、半双工和全双工 r s 一4 8 5 接口可连接成半双工和全双工两种通信方式，分别如下图 所示。半双工通信的芯片有s n 7 5 1 7 6 、s n 7 5 2 7 6 、s n 7 5 l b c l8 4 、m a x 4 8 5 、 m a x1 4 8 7 、m a x 3 0 8 2 、m a x l 4 8 3 等；全双工通信的芯片有s n 7 5 1 7 9 、 s n 7 5 i8 0 、m a x 4 8 8 m a x 4 9 1 、m a x l 4 8 2 等。 d l d e r 0 霞 d id er0砸dld er 0r e 幽2 6 半烈工通信电路 第1 4 页共6 5 页 【) e d r 0 砸 服装缝纫车间实对管理决策系统的设计与实现 r 0 w d e d l 图2 7 全双工通信电路 本系统中选用的是m a x 4 8 7 。 2 5 硬件系统电路原理图 本系统硬件电路原理图如附件1 所示。 第1 5 _ 贞共6 5 页 d l 0 e r r 0 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 第三章服装缝纫车间实时管理决策系统数据采集装置 本管理决策系统中的数据采集装置，亦称为从机，主要是由键盘按 钮和液晶显示模块两大部分组成的。键盘可以输入工人的i d 号，还可以 通过键盘上的各种功能按钮完成一系列的控制操作：液晶显示器作为人 机对话的界面，可以配合按钮的不同需求显示相应的详细信息。 3 1 数据采集装置按钮功能 此装置共有1 2 个按钮，位置摆布如下图所示： 图3 1 数据采集装置按钮分布图 其中，“1 9 ”、“确定”、“取消”这1 2 个按钮是基本按钮，它可以输入 工人的i d 号，通过“确定”和“取消”来完成相对应的功能。而“2 ”、 “8 ”、“0 ”、“确定”又被设为复用按钮，它们的作用分别为：“0 ”复用 为“菜单”；“2 ”复用为“t ”；“8 ”复用为“”：“确定”复用为“计 件”。而各复用功能的识别是在具体操作过程中根据流程自动复用的【1 叫。 “菜单”下拉相包括“上班”、“下班”、“吃饭”、“更换i d ”，通过“于” 和“”进行相应的必要选择。 第1 6 页共6 5 页 曰田田园田田田园田田团因 服装缝纫车闸实时管理决燕系统的设计与实现 3 2 液晶显示模块o c m 4 x 8 c 介绍 本系统中液晶显示模块选的是o c m j ( 奥可拉中文集成模块) c 系 列中的o c m 4 x 8 c ，它是1 2 8 x 6 4 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可 显示汉字及图形，内置国标g b 2 3 1 2 码简体中文字库( 1 6 x 1 6 点阵) 、1 2 8 个字符( 8 x 1 6 点阵) 及6 4 x 2 5 6 点阵显示r a m ( g d r a m ) ，也就是说 可以显示四于亍，每行1 6 个汉字。可与c p u 直接接口，提供两种界面来 连接微处理机：8 位串行及并行两种连接方式。具有多种功能：光标显 示、画面移位、睡眠模式等。外观尺寸为9 3 7 0 m m ( 4 x s c ) ，如下图所 示： 图3 2 液晶o c m 4 x 8 c 外观图 3 2 1 液晶模块o c m 4 x 8 c 引脚( 2 0 个) 说明 表3 1 0 c m 4 x s c ( 1 2 8 6 4 ) 引脚说明 引脚名称方向说明引脚名称方向说明 g n d jv s s1 ld b 4i 0 数据4 ( 0 v ) 2v d d+ 5 v 1 2d b 5i o数据5 3v o 悬空 1 3d b 6i o数据6 h ：数 4r s ( c s )h l据：l ： 1 4d b 7i 0数据7 说明码 p s bh ：并 r ，、7 i ，h ：读 5h 几 1 5( 模肌行 ( s t d )l ：写 式)l ：串行 6e ( s c l k ) h ，h ，l信号使 1 6n c 空脚 第1 7 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 能 低电平 7d b oi ，o 数据0 1 7r s th l 有效 8d b li o 数据1 1 8n c空脚 背光源 诈极 9d b 2i 0数据2 1 9l e d a ( l e d + 5 v ) 背光源 负极 1 0d b 3i o数据32 0l e d k ( l e d 0 v ) 3 220 c m 4 x 8 c 液晶模块硬件接口 逻辑工作电压为：4 5 v 5 5 v ： 电源地：0 v ； l c d 驱动电压：o 1 0 v ； 模块有并行和串行两种连接方法( 时序如下) 1 、8 位并行连接时序图 ( 1 ) m p u 写资料到模块： 驰二二二噩 二二二3 k 二二二 + i + 图3 3 并联连接写资料到模块时序图 第18 页共6 5 页 服装缝纫车间实时管理决策系统的设计与实现 ( 2 ) m p u 从模块读出资料： 肽二二二 恧 二二二 0t h e nc o m p n a m e $ = l e f t ( b u f f e r ，r e t & ) 在这晕，待传递的字符串被初始化为有2 5 5 个空格的字符串。我们把它 传递给函数的同时还有它的氏度，若出错则返回值为0 。 六、处理参数 有时函数并不以用户所需的方式返回信息，个典型的例了是将两 个代表鼠标位置的2 b y t e 整型数合并为一个4 b y t e 的数。还有个例子是 判断一个数的莱位是否为1 ，用户还可能得到一个代表一个结构地址的 l o n g 型数。 可以用下面所述的方法检查一个数的第n 位是否为1 ： i f v a l u ea n d ( 2 “n ) t h e n