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治工具管理系统的设计与实现 中文摘要 中文摘要 本项目是苏州工业园区一家芯片生产企业委托开发。该公司的集成电路( i c ) 生 产过程中，各个工序所使用工具的专业术语为治工具。治工具的品种多达几千种， 体积大小各异，生产人员在存取过程中，查找困难、容易拿错，而且报废、进货统 计也非常麻烦。为了解决这一难题，本课题开发了i c 生产车间治工具管理控制系统。 治工具编号通过条形码输入，并按照所适用的i c 封装或引脚分类，然后存放在若干 不同的抽屉里，按照棚号、行号和列号进行管理，p c 机通过和m c u 通信来对抽屉监 控。目前管理2 个大棚，6 个棚架，4 个小棚，放1 2 2 4 种治工具，预留了4 个棚架， 一共可以放2 2 3 2 种治工具。系统分硬件系统与p c 机软件系统两大部分，作者主要 负责p c 机软件系统的设计开发。 本文给出的治工具管理软件系统，遵守软件工程的基本要求，采用面向对象的设 计方法，利用a s e n e t 编程语言实现。系统采用b s 模式结构模式，数据库采用s q l s e r v e r2 0 0 0 。 文章首先对嵌入式系统硬件进行了简要概括和描述，接着给出软硬件通信原理， 随后对整个软件系统进行了需求分析、模块划分和功能设计，具体阐述了数据库的设 计和开发，对系统主要功能进行了详尽描述。较详细地讨论了p c 机与m c u 方通信 接口程序的稳定问题。最后给出了系统的软件测试结果。作者还总结了项目所取得的 技术成果及工程经验。 目前，该系统已经在实际生产中得到了应用，运行效果良好，系统的设计方案可 以为开发类似的系统提供借鉴。 关键词：嵌入式系统，治工具，b s 模式，面向对象，需求分析 作者：赵嫒嫒 指导老师：王宜怀 a b s t r a c t d e s i g n a n d i m p 1 。e 。m e n t a t i o no fi m p l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t t h e p r o j e c ti st h a to n es u z h o ui n d u s t r i a lp a r kc h i pm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e se n t r u s t s e x p l o i t a t i o n i no w i n gc o m p a n y si cp r o c e d u r eo fp r o d u c t i o n ，t e c h n i c a lt e r mu s e da n i m p l e m e n t b y w o r k i n gp r o c e d u r ei s t oa d m i n i s t e ra n i m p l e m e n t g r o wt h eb r e e d a d m i n i s t e r i n ga l li m p l e m e n tt h o u s a n d s ，v o l u m es i z ei sr e s p e c t i v e l yd i f f e r e n t ，p r o d u c ea p e r s o n n e li na c c e s sp r o c e d u r e ，t h es e e kd i f f i c u l t y ，e a s yt om a k et h i n g sd i f f i c u l tf o rm i s t a k e ， m o r e o v e rt h es t a t i s t i c sb e i n gd e c l a r e dw o r t h l e s s ，r e p l e n i s h i n gs t o c kb o t h e r sa l s ov e r ym u c h t h ew o r k s h o pi ch a v i n gd e v e l o p e df o rt h ep r o b l e mr e s o l v i n gt h i so n ed i f f i c u l tp r o b l e m ， c a p i t a l i s p r o d u c e db r i n g si m p l e m e n tm a n a g e r i a l c o n t r o ls y s t e mu n d e rc o n t r 0 1 i n a d m i n i s t e r i n ga ni m p l e m e n ts t o r i n gd r a w e rd i f f e r e n t i ns o m e ，p cm a c h i n ec o m e st o m o n i t o rt h ed r a w e rb yc o m m u n i c a t i n gb yl e t t e r 、加mm c u h a v em a n a g e d12 2 4k i n d sa t p r e s e n ta d m i n i s t e r i n ga ni m p l e m e n t ，h a v er e s e r v e d4c a n o p yf r a m e s ，c a nr e a d j u s to n e s e l f t oac e r t a i ne x t e n ta d m i n i s t e r i n ga ni m p l e m e n t2 2 3 2k i n d sa l t o g e t h e r s y s t e m a t i cm a r ko f h a r d w a r es y s t e ma n dp cm a c h i n es o f t w a r et w os y s t e m a t i cm a j o rp a r t ，a u t h o r sa r ei n c h a r g eo fp cm a c h i n em a i n l ys y s t e m a t i cd e s i g no fs o r w a r ed e v e l o p s t h em a i nb e d yo fab o o kg i v ea d m i n i s t e r i n gt a k i n gp l a c ei m p l e m e n tm a n a g e m e n t s o f t w a r es y s t e m ，t h eb a s i co b s e r v i n gas o f t w a r ee n g i n e e r i n gd e m a n d s ，a d o p tb eg e a r e dt o t h en e e d so fm a r r i a g ep a r t n e rd e s i g np r o c e d u r e s ，t h ep r o g r a m m i n gl a n g u a g em a k i n gu s e o fa s e n e t t oc o m et r u e s y s t e ma d o p tt h eb sp a t t e ms t r u c t u r ep a r e m ，t h ed a t ab a s e a d o p ts q ls e r v e r2 0 0 0 f i r s t , t h ea r t i c l eh a sc a r r i e do u tb r i e fs u m m a r i z a t i o no nt oi m p l a n t i n gd y a d i cs y s t e m h a r d w a r ea n dd e s c r i b e dt h 巩s y s t e mh a sc a r r i e do u tt h en e e da n a l y s i s ，m o d u l ep a r t i t i o n a n df u n c t i o nd e s i g no ne n t i r es o f b , v a r es u b s e q u e n t l y ，c o n c r e t et h ed e s i g nh a v i n gs e tf o r t ha d a t ab a s ea n dt h em a i nf u n c t i o nd e v e l o p i n g ，t os y s t e mh a v eb e e nc a r r i e do u tw r i t i n gh o m e a b o u t s t a b l ep r o b l e mh a v i n gd i s c u s s e dp cm a c h i n ea n dm c um e t h o do fc o m m u n i c a t i o n i n t e r f a c ep r o c e d u r em o r ed e t a i l e d t h ea u t h o rh a ss u m m e du pt e c h n o l o g ya c h i e v e m e n ta n d p r o j e c te x p e r i e n c eg o tb yp r o j e c t n o w , t h es y s t e ms h o u l dh a v es y s t e m a t i c a l l yh a v i n gg o tt h ed e s i g np l a na p p l y i n g ， r u n n i n ge f f e c tf i n e ，s y s t e m a t i ci na l r e a d yg i v i n gb i r t ht oac h i l di nr e a l i t yc a nb et h a t e x p l o i t a t i o ni ss i m i l a ri sp r o v i d e dd r a w i n gl e s s o n s k e yw o r d s ：e m b e d e ds y s t e md e v e l o p m e n t ，i m p l e m e n t , b sp a t t e m ，o r i e n t e dt oo b j e c t r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s w r i t t e nb yz h a oy u a n y u a n s u p e r v i s e db yw a n gy d a u a i 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：乏堑叁亟日期；三哩竺：塑 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：荡釜益兰整日期：圣塑! ! ：堡 导师签名：互窒兰日 治工具管理系统的设计与实现 第一章引言 第一章引言 苏州工业园区处在长江三角洲黄金地段，其中集成电路生产企业为数众多，那么 在生产过程中，每个生产芯片的厂家都面临一个工具管理的现状。生产芯片的工具叫 做治工具，生产芯片的原料叫做部品，原始的管理方法是把治工具或部品放在塑料小 ： 盒子里，上面贴好标签，标签上写上该治工具的名称和数量，每次拿取治工具的时候， 操作员需要辨认塑料盒上的标签，据统计每次操作员拿治工具时辨认标签的时间平均 是3 5 秒，有的时候打开盒子，治工具已经用完，浪费了操作时间。另一方面，由于 治工具的体积通常比较小，外型相似，拿取的时候极易发生错拿，漏拿的状况，操作 员需要频繁的拿取和放回治工具，纯人工的管理方式给生产带了很多不便。而且对于 管理而言，新的治工具买来后还要登记，重新修改标签上的数量，出错的几率较大。 因此开发自动化程度高、运行可靠的治工具系统，就显得十分必要。 本系统利用计算机网络技术和数据库技术，实现对生产资料的科学管理，提供物 品规范管理、查询、统计等功能，实现管理现代化。通过本系统，可以有效的控制生 产成本，提高生产资料的使用效率，增加企业的效益。 本章首先介绍了治工具管理系统的开发背景和意义。然后给出系统构成简介，最 。，。 后说明本课题的主要工作和论文的结构。 1 1 开发背景和意义 1 m c u 应用开发技术成熟 从上个世纪7 0 年代m c u 出现以来，m c u 制造技术迅猛发展。因m c u 具有功 能强、价格低、功耗低、指令系统丰富等特点! 使其具有更高的性能价格比，其应用 的领域也在不断扩大，同时m c u 的开发技术也趋于成熟。 2 嵌入式系统的广泛应用 嵌入式系统是电脑软件与硬件的综合体，还包括了机械或其他的附属装置。它以 微电脑和外围构成核心，具有严格的时序和稳定性的要求，全自动操作循环，并执行 特定的功能，其应用非常广泛。在日常生活中，人们无时无处不接触到嵌入式产品， 从家里的洗衣机、电冰箱，到作为交通工具的自行车、小汽车，到办公室里的远程会 第一章引言治工具管理系统的设计与实现 议系统等。在工业方面，嵌入式应用更是无所不在：电机控制、数控机床、物理量的 检测与处理、工业机器人、过程控制、智能传感器等等，这些都说明了嵌入式系统应 用广泛。 3 面向对象的分析和设计 面向对象方法以其超越传统方法的技术先进性越来越得到更多的重视，在面向对 象的分析中，重点在于发现并描述域中的对象：面向对象的设计中，重点在于定义那 些能最终用面向对象程序设计语言实现的逻辑软件对象【l 】。结构化程序设计的实质 是将问题按“自顶向下，逐步求精 的原则进行分解，程序层次清晰明了，可读性强， 维护性强。 4 芯片生产车间的实际需求 在芯片生产车间里，生产线上的作业员和管理员必须频繁地进行存、取治工具和 部品或对其入库等操作。苏州工业园区的某半导体公司芯片生产车间里采用了完全的 人工方式来管理治工具，即把治工具和部品装在一些塑料盒内，贴上标签，标注好治 工具的数量和名称。当作业员或管理员需要存、取治工具和部品或对治工具和部品入 库时，要去辨认塑料盒上的标签，就像在中药铺里抓中药一样。找到正确的存放位置 后再进行存、取等操作。据统计，作业员或管理员每进行一次操作花在辨认标签上的 时间平均为3 5 秒。另一方面，许多治工具的外观或名称相似，辨认时极容易发生错 误。这不仅给治工具的管理带来困难，降低了治工具和部品存、取操作的效率，同时 误操作也可能给芯片生产带来严重的后果。 本文进行的是芯片生产车间治工具管理系统的设计，不仅能方便芯片生产车间生 产线上作业员和管理员对治工具和部品的存入和取出等操作，避免错存或错取现象的 发生，而且缩短了操作时间，大大提高了治工具和部品管理的效率。采用本系统进行 治工具或部品的管理无需人工辨认塑料盒，只需用扫描枪输入治工具或部品的条形 码，系统自动搜索该治工具或部品的存放位置，找到正确位置后亮灯指示，方便了作 业员和管理员。用扫描枪输入治工具或部品的条形码到系统搜索到正确位置的时间不 超过2 秒，为作业员和管理员节省了大量的时间，同时保证了存、取治工具和部品的 准确性，客户也无须安装任何软件，在电脑上就可以直接获得治工具的当前信息，适 用于大多数芯片生产企业。 2 治工具管理系统的设计与实现第一章引言 1 2 基本概念说明 嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m s ) ：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术 为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格 要求的专用计算机系统【2 】。 j ： ，单片机( m i c r o c o n t r o l l e ru n i t ，m c u ) ：单片机是在一块芯片上集成了中央处理 单元( c p u ) 、存储器( r a m 瓜o m 等) 、定时器计数器及多种输入输出( i o ) 接 口的比较完整的数字处理系统1 3 】。 c s s ：层叠样式表，就是可以在同一页面里使用不同的超链接样式。用c s s ，仅 仅改变一个文件就可以改变数百个网页的外观，它具有个性化的表现而不损失访问 者，具有强大性和灵活性的特点 4 1 。 除此之外，本文还出现了治工具、部品、保管棚、柜号等名词。其中，治工具是 指是生产芯片所需要的工具，包括：c o l l e t 、p o c k e t 、喷嘴、顶针、橡胶吸嘴等；部品 即生产芯片那所需要的原料，包括：s t a g e 、a r m c l a m p 、金线、p a d - p i t c h 等；保 管棚是用于存放治工具和部品的柜子；柜号是保管棚柜的编号。 j ，j 1 j ，3 系统构成简介 - t 本课题的目标是开发一个在芯片生产车间内方便治工具存取管理的控制系统。该 系统主要对生产芯片的治工具进行管理，产品编号通过条形码输入，并按照封装或引 脚分类。生产产品所需要的工具存放在若干不同的抽屉，并按照棚号、行号、列号进 行管理，p c 机通过和m c u 通信来对抽屉监控而实施管理工具，p c 机控制若干微控 制器，每个微控制器控制一个保管棚的9 个m c u ，大棚的每个m c u 控制2 8 个抽屉， 小棚的m c u 控制2 0 个抽屉，每个抽屉装有一个指示灯。m c u 方低端软件采用汇编 语言编程，主要控制保管棚上的数据采集与处理、6 个报警灯和2 0 3 个指示灯的亮暗 以及接收p c 方发送来的数据并对之处理等。高端软件采用a s p n e t 面向对象编程， 主要用于芯片生产车间内作业员、管理员的管理及数据库的管理。高端与低端之间采 用串行通信方式进行通信。系统结构框图如图1 1 所示。 该系统可设若干个保管棚，其中大保管棚可放置2 5 2 个盒子，小保管棚可以放置 1 8 0 个，一共可管理治工具3 0 0 余种。每个保管棚顶部有一个警报灯( 两色：红和绿， 第一章引言 治工具管理系统的设计与实现 直流供电) 。当要生产某种产品时，操作人员在p c 端上查询到生产需要的所有治工 具和使用情况，当有可用的治工具时，p c 机和对应的m c u 通信，发出信号，使m c u 控制对应保管棚的对应抽屉可以被打开，并且上面的指示等闪烁，操作人员可以去保 管棚拿取治工具。根据实际应用的需要以及操作的便利，对每个保管棚的每两行都了 使用独立的驱动电路，并利用m c u 处理器的运算来迅速的查找及显示物品摆放的正 确位置。 图i - 1 治工具管理系统的结构图 本系统具有操作方便，易于管理的特点，在开发技术上采用了目前较先进的技术： 1 系统采用b s 结构模式，用户不需要安装任何软件就可以随时访问治工具情 况，有利于系统的升级。 2 采用w i n d o w ss e r v e r 2 0 0 0 操作系统做为系统平台。 3 以m i c r o s o f ti n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r s5 1 ( i i s 5 1i n t e m e t 信息服务器) 作为 w r e b 服务器。 4 治工具管理系统的设计与实现 第一章引言 4 采用m i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0w e b 数据库管理系统做为后台数据库，具有良 好的交互性能，方便对各种作业及数据的存档和管理。 5 采用a s e n e t 作为系统开发工具，具有友好的用户界面，整体结构设计美观， 操作简便等优点。 1 4 本课题主要工作与论文结构 1 4 1 本课题主要工作 1 本文的主要工作 ( 1 ) 总体设计：对软硬件设计的具体内容进行分析，确定软件平台、硬件系统 的设计方案。 ( 2 ) 根据硬件系统的设计方案，分析电路原理图。本文的电路板主要有三块： m c u 控制板、串行通信控制板以及灯条与接口板。 ( 3 ) 根据软件工程开发过程技术，对系统进行需求分析，确立系统任务，对系 统进行总体设计。 ( 4 ) 比较c s 与b s 结构模式，确立系统体系结构。 ( 5 ) 面向对象建模，描述系统的操作流程，并对每个子模块进行详细设计。 ( 6 ) 选择后台数据库管理系统，根据需求分析设计系统的数据库结构。 ( 7 ) 研究a s p n e t 技术与网络数据库技术应用，建立系统开发平台。 ( 8 ) 系统的软件测试，总结测试中遇到的问题和解决办法。 ( 9 ) 总结系统开发设计的过程，完成毕业论文写作。 2 项目分工 本项目的开发与软件设计主要由作者本人完成，p c b 布板和软硬件测试部分由 实验室的一位师姐协助完成。 1 4 2 论文结构 全文共分为五章，各章的内容安排如下： 第一章介绍了治工具管理系统的设计背景和意义，以及系统的设计思路，最后介 绍了论文结构。 第一章引言治工具管理系统的设计与实现 第二章描述了系统的硬件设计和软硬件通信，首先简要介绍硬件设计，然后说明 软硬件通信的协议和相关技术基础。 第三章详细叙述了系统数据库的设计，包括系统的总体总体结构，系统的需求分 析，然后着重描述了数据库表的设计，数据库关系的设计，并总结数据库实现的体会。 第四章介绍了系统的软件设计，详细阐述系统的具体功能和界面的设计，对所用 到的主要控件也加以了说明。 第五章介绍系统的软件测试，总结测试中遇到的问题和解决办法。 第六章对全文进行总结，提出了软件设计的后续工作。 1 5 本章小节 本章首先对课题的开发背景和意义加以说明，然后介绍少许关于本课题的基本 概念，结合芯片生产车间的实际需求，确定论文的主要研究方向，最后给出本课题 的主要工作和论文结构。 6 治工具管理系统的设计与实现第二章系统硬件设计和软硬件通信 第二章系统硬件设计与软硬件通信 上一章初步分析了治工具管理系统应具有的功能，下面就要进入设计阶段。对于 同一个设计目标，有不同的实现手段，但在功能的完备性、性能的完善性、开发周期、 成本等方面，不同的设计方案具有一定的差异，所以选择合理的设计方案就非常重要。 本章首治先简要介绍了工具管理系统的硬件设计，然后对软硬件的通信进行阐述，实 现高端软件和低端单片机的串行通信，具体给出组装字节的程序和通信的有关代码。 2 1 治工具管理系统的硬件设计 2 1 1 嵌入式系统的设计过程 随着我国装备制造业的发展，嵌入式系统已经成为制造业的核心技术。它被广泛 地应用到工业控制、仿真系统、医疗仪器、信息家电、通信设备等众多领域。目前， 围绕嵌入式系统展开研究和开发，已经成为计算机软硬件技术发展最活跃的方向之 一。嵌入式系统不同于通常纯粹的软件系统或硬件系统，而是软件与硬件通过在一起 的，有些功能既可以用软件实现，也可以通过硬件实现。 嵌入式系统的设计可以分成三个阶段：分析阶段、设计阶段和实现阶段。分析阶 段是确定要解决的问题及需要完成的目标，也称为需求阶段；设计阶段主要是解决如 何在给定的约束条件下完成用户的要求；实现阶段主要是解决如何在所选择的硬件和 软件的基础上进行整个软、硬件系统的协调实现【5 j 。下面就系统硬件进行说明。 2 1 2 硬件电路设计 本系统采用m c 6 8 h c 9 0 8 g p 3 2 作为m c u ，采用b s 模式，主要包括w e b 服务器、 微控制器、保管棚等部分。主要电路框图如下： 7 第二章系统硬件设计和软硬件通信治工具管理系统的设计与实现 li 接口 j 主控 i 电& m c u 外围 电路 l 一 图2 - 1 系统结构框图 之所以采用m c 6 8 h c 9 0 8 g p 3 2 做为主控芯片，是因为这款芯片性价比高，是 f r e e s c a l e 公司的0 8 系列典型产品，具备大多数功能；而且输入输出接口多，有利 于本系统对大量治工具存放的管理；市场供应较多，物美价廉等特点都适合用于本 系统。另外，m c 6 8 h c 9 0 8 g p 3 2 这款单片机，共4 2 脚，外围电路包括晶振电路、 p l l 电路、电源滤波电路、复位电路。本系统中，串行通信口通过m a x 2 3 2 芯片实 现与p c 机之间的串行通信。 2 1 3 系统原理图的设计 本系统的主要构成是：灯条主控板、接口板、报警灯主控板、灯条等模块。每 块主要控制板控制上下两行指示灯，每行指示灯分左右两部分，每部分有7 盏灯( 大 棚为7 盏小棚为5 盏) ，其中p t a 0 - p t a 6 接上行左部的7 盏灯，p t b 0 - p t b 6 接上行 右部的7 盏灯，p t c 0 p t c 4 以及p t a 7 ，p 1 1 3 7 接下行左部的7 盏灯，p t d 0 p t d 6 接下行右部的7 盏灯。与p c 机通信的是t x d 和r x d 接口。详细电路图见图2 2 。 图2 - 2 系统硬件原理图 8 治工具管理系统的设计与实现第二章系统硬件设计和软硬件通信 2 1 4 串行通信电路的设计 治工具管理系统与p c 机相连的接口为4 芯接口。接口的四根线分别为：5 v 电 源线( v d d ) 、地线( g n o ) 、发送信号线( t x d ) 和接收信号线( g x d ) 。1 2 v 电压通过l 7 8 0 5 转化为5 v 电压供芯片和其他接口使用，同时接有电源指示灯。m c u 通过m a x 2 3 2 接收和发送信息，m a x 2 3 2 芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的低电平电 源变换成r s 2 3 2 输出电平所需的高电平电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统 只要一个5 v 电源就可以。m a x 2 3 2 的1 3 ( r 1 i n ) 、1 4 ( t l o u t ) 脚分别为2 3 2 电平 的接收与发送引脚。接口电路图如图2 3 所示： 2 2 串行通信的有关控件 图2 - 3 接口电路图 串行通信所用到的是m s c o m m 串行组件，即m i c r o s o f tc o m m u n i c a t i o nc o n t r o l ， 是m i c r o s o f t 为简化w i n d o w s 下串行通信编程而提供的a c t i v e x 控件。它提供了一系 列标准通信命令的使用接口，利用它可以建立与串口的连接，并可以通过串口连接到 其他通信设备( 如调制解调器) ，发出命令，交换数据以及监视和响应串行连接中发 生的事件和错误 7 1 。m s c o m m 控件可用于创建电话拨号程序、串口通信程序和功能完 备的终端程序。v b 的串行通信对象是将r s 2 3 2 的低阶动作予以封装，以高阶的b a s i c 语法与外界通讯。 m s c o m m 的主要属性有以下几个： ( 1 ) m s c o m m p o r t ：设定或传回通讯连接端口的代号，程序必须指定所要使用 的串行端口号，w i n d o w s 系统会使用指定的通讯端口与外接通讯，要注意的是 9 第二章系统硬件设计和软硬件通信治工具管理系统的设计与实现 m s c o m m 控件的最大值为1 6 ，否则会报出错信息。 ( 2 ) s e t t i n g s ：设定初始化参数，以字符串形式设定或传回“波特率、奇偶校验、 数据位、停止位参数”四个参数，其格式为”b b b b ，p ，d ，s ”，b b b b 为波特率，p 为奇偶校验，d 为数据位数，s 为停止位数。v a l u e 的缺省值是：”9 6 0 0 , n ，8 ，1 ” ( 3 ) p o r t o p e n ：设定或传回通讯连接端e 1 的状态，在使用串行端e l 之前必须先 打开端口，使用完毕之后也必须关掉端口。 ( 4 ) i n p u t ：返回并删除输入缓冲区的数据，是一种f i f o 机制。 ( 5 ) i n p u t l e n ：指定串行e l 读入的字符串长度。 ( 6 ) o u t p u t ：将字符串写入传输缓冲区。 ( 7 ) h a n d s h a k i n g ：指定通讯双方采用的握手协议。 ( 8 ) r t h r e s h o l d ：设定或返回引发接收事件的字符数，默认值为0 ，即无论缓冲 区有多少字符均不引发接收事件。 ( 9 ) i n b u f f e r c o u n t ：返回在接收缓冲区的字符数，可以设定为0 用来清除接收 缓冲区。 ( 1 0 ) i n p u t m o d e ：设定或返回i n p u t 属性取回的数据类型。一 2 3 串行通信的协议 为了保证可靠的通信，必须有一套完善的通信协议。分布式控制系统中的每台单 片机均有唯一的编号。和计算机通信的时候只要指定m c u 编号就可以找到所要控制 的m c u ，本系统的串行通信高端用了一个自定义协议，总共1 0 个字节，描述如下： ( 1 ) 0 位：内容为1 2 8 ，是帧同步。 ( 2 ) 1 位：内容为m c u 号，就是单片机的地址。 ( 3 ) 2 、3 、4 、5 位：内容为m c u 控制的四个灯条，分别由m c u 的四个口控制 的四个灯条。 ( 4 ) 6 、7 、8 位：是预留的字节，目前内容是1 2 3 。 ( 5 ) 9 位：该位为校验位。 1 0 治工具管理系统的设计与实现 第二章系统硬件设计和软硬件通信 2 4 串行通信的实现 高端的数据库发送一个数据包给低端的m c u ，而低端定义了一个中断处理函数 来处理这个中断，将收到的数据包解析。p c 方需要根据通信协议组包，然后发过去。 本系统在设计中涉及到组装字节、调用m s c o m m 控件和发送等程序的设计。在工程 项目中插入了控件m s c o m m ，通过配置这个控件的各个属性，建立起p c 机与单片机 之间的通信 2 4 1 组装字节 高端按照通信协议进行数据组包，发给m c u ，在本系统中硬件主要是控制存放 治工具保管棚的小灯点亮，所以p c 方发出的信息会根据棚号、行号和列号点亮或熄 灭相应的小灯，根据通信协议给1 0 个字节赋值。表3 一l 为字节组装的相关代码。 表2 1 字节组装代码 幸 幸幸幸幸 功能：根据输入的棚号x ，行号y ，列号z ，亮灭标志f l a g ，对要发送的字节数组s e n d b y t e ( 1 0 ) 赋值 ： 入口：棚号x ，行号y ，列号z ，亮灭标志f l a g ，字节数组s e n d b y t e ( 1 0 ) ；f l a g 的值为l 表示 亮，0 表示暗 出口：已经赋完值的字节数组s e n d b y t e ( 1 0 ) p u b l i cs u bf i x s e n d ( b y v a ls e n d b y t e 0a sb y t e ，b y v a lxa si n t 3 2 ，b y v a lya si n t 3 2 ，b y v a lza s i n t 3 2 ，b y v mf l a ga si n t 3 2 ) d i mia si n t 3 2表示某个棚子中的第几个m c u d i mm o b a si n t 3 2 表示m c u 号 d i mc o la si n t 3 2 表示列数，大棚是1 4 列，j 、棚是1 0 列 d i mk a si n t 3 2 循环变量 d i ms t ra ss t r i n g d i mt a b l ea sn e wd a t a t a b l e d i md b a s n e w d b 先从l ( h 表中取出该棚的列数 s t r = ”s e l e c tg m r xf r o mk hw h e 代s h e l f = - ”+ x t o s t r i n t a b l e = d b f i n d ( s 仃) c o l = t a b l e r o w s i t e m ( 0 ) i t e m ( 0 ) i f ym o d2 0t h e n 判断是偶数行，还是奇数行 i = v 、2 + l e l s e i = y 2 l l + ” 第二章系统硬件设计和软硬件通信 治工具管理系统的设计与实现 e n d i f m c u = ( x 一1 ) 1 0 + i s e n d b y t e ( 0 ) = 12 8 s e n d b y t e ( 1 ) = m c u 。因为标号是从l 开始的 i ff l a g = lt h e n 按照打亮指定的小灯来赋值 i f ym o d2 0t h e n 判断是偶数行，还是奇数行 i f z = c o l 2 t h e n s e n d b y t e ( 2 ) = l ( z 1 ) s e n d b y t e ( 3 ) = 0 s e n d b y t e ( 4 ) = 0 s e n d b y t e ( 5 ) = 0 e l s e s e n d b y t e ( 2 ) = 0 s e n d b y t e ( 3 ) = l “( z - e e l 2 一1 ) s e n d b y t e ( 4 ) = 0 s e n d b y t e ( 5 ) = 0 e n d i f e l s e i f z = c o l | 2 t h e n s e n d b y t e ( 2 ) = 0 s e n d b y t e ( 3 ) = 0 s e n d b y t e ( 4 ) = l = l r e s u l t l = c o m m i n p u t l e n g h = u b o u n d ( r e s u l t l ) i f l e n g h - 1t h e n i _ c o n v e r t t o i n t 3 2 ( r e s u l t l ( 0 ) ) e n d i f i f i 8 6 t h e n s t r = ”m c u ”+ c o n v e r t t o s t r i n g ( s e n d b y t e ( 1 ) ) + ”通信失败l ” c o m m p o r t o p e n = f a l s e e l s e c o m m o u t p u t = s e n d 2 r e s u l t 2 = c o m m i n p u t o o m m p o r t o p e n = f a l s e l e n g h = u b o u n d ( r e s u l t 2 ) i f l e n g h - lt h e n i2 c o n v e r t t o i n t 3 2 ( r e s u l t 2 ( o ) ) e n d i f i f i = 1 8 6 t h e n s t r2 ”m c u ”+ c o n v e r t t o s t r i n g ( s e n d b y t e ( 1 ) ) + ”：o k ” r e s u l t = s e n d b y t e ( 1 ) e l s e s t r = ”m c u ”+ c o n v e r t t o s t r i n g ( s e n d b y t e ( 1 ) ) + ”：e r r o r ” r e s u l t = 0 e n di f e n d i f 1 4 治工具管理系统的设计与实现 第二章系统硬件设计和软硬件通信 r e t u r nr e s u l t e n df u n c t i o n 2 5 本章小节 本章首先对治工具管理系统的硬件进行简单描述，包括硬件电路图的设计，串行 通信电路的设计，然后阐述了软硬件通信的相关控件，给出通信自定义的通信协议和 组装字节、发送数据包的相关代码。 1 5 第三章数据库的设计治工具管理系统的设计与实现 第三章数据库的设计 本章从p c 方软件设计原则、集成开发环境的选择、系统总体设计、数据库的总 体设计等方面着重介绍了数据库的设计与实现，详细叙述了数据库的需求分析和表的 设计。 3 1 软件设计原则和系统开发环境 3 1 1p c 方软件设计的原则 p c 方软件设计与m c u 方软件设计一样，都需要遵循软件设计的原则。如必须 遵循子程序设计原则；程序设计要便于扩充、便于版本升级；程序名、变量、常量命 名要规范；程序注释需规范；软件测试充分等。同时，p c 方软件设计时还要注意用 户界面的友好性、操作简便和具有良好的交互性能【羽。 3 1 2 集成开发环境的选择 集成开发环境( i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，i d e ) 是进行开发时的重 要平台，在进行m c u 方软件设计前，必须先进行集成开发环境选择。集成开发环 境选择时应考虑以下因素【9 】： ( 1 ) 系统调试器的功能，包括远程调试环境。 ( 2 ) 编译器开发商是否持续升级编译器。 ( 3 ) 连接程序是否支持所需的文件格式和符号格式。 3 1 2 1b s 模式的选择 本系统采用b s 模式，主要包括w e b 服务器、微控制器、保管棚和客户机等部分。 众所周知，c s 结构，即c l i e n t s e r v e r ( 客户机服务器) 结构，是通过将任务合理分配 到c l i e n t 端和s e r v e r 端，降低了系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环境的优势。 而b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器服务器) 结构，是随着i n t e m e t 技术的兴起， 对c s 结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户界面完全通过w w w 浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成 1 6 治工具管理系统的接口设计第三章数据库的设计 所谓3 - t i e r 结构。b s 结构利用不断成熟和普及的浏览器技术实现原来需要复杂专用 软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全新的软件系统构造技术【l o 】。 传统的c s 体系结构虽然采用的是开放模式，但这只是系统开发一级的开放性， 在特定的应用中无论是c l i e n t 端还是s e r v e r 端都还需要特定的软件，没能提供用户真 正期望的开放环境：b s 结构则不同，它的前端是以t c p i p 协议为基础的，企业内 的w w w 服务器可以接受安装有w e b 浏览程序的i n t e m e t 终端的访问，作为最终用户， 只要通过w e b 浏览器，各种处理任务都可以调用系统资源来完成，这样大大简化了 客户端，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体拥有成本，这种 结构更成为当今应用软件的首选体系结构。 本系统中客户端不要安装任何软件，通过浏览器操作。用户可查询保管棚中的治 工具状况、仓库中的部品状况，还可进行产品品种对应工具查询、计算，可以进行切 换时间、故障修理时间等管理，可以实现对治工具出入库管理、库存管理、订单管理 等。而且当软件系统的改进和升级越来越频繁时，b s 架构的产品明显体现的更方便 的特性。无论用户的规模有多大，有多少分支机构都不会增加任何维护升级的工作量， 所有的操作只需要针对服务器进行，如果是异地只需要把服务器连接上网即可立即进 行维护和升级，节省了大量的人力、时间和费用。系统管理人员不需要在电脑之间来 回奔跑，只需要管理服务器就行了，所有的客户端只是浏览器，根本不需要做任何的 维护。 3 1 2 2 数据库的选择 本系统用s q ls e r v e r2 0 0 0 创建了一个数据库，s q l 2 0 0 0 是一种非过程化语言， 它一次处理一个记录，对数据提供自动导航。而且允许用户在高层的数据结构上工作， 而不对单个记录进行操作，同时可操作记录集，不要求用户指定对数据的存放方法， 这种特性使用户更易集中精力于要得到的结果；再一点，s q l 语句使用查询优化器， 它是r d b m s 的一部分，由它决定对指定数