0 引言

　　刀具是實現現代制造的較昂貴的消耗性資源,由刀柄、刀桿和刀頭等多個零部件組成,信息繁多,隨著數控設備和加工零件品種的增多,刀具零部件的種類和相應資源信息會越來越龐雜,占投資的比重也逐漸增大。由于生產加工的需要,大量的刀具頻繁地在刀具庫和機床以及機床與機床之間流動和交換。傳統的刀具管理是將刀具的信息記錄在紙上,或記憶在人腦中,時間稍長,記錄的信息容易丟失,不同的使用者對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,生產效率低下,更嚴重的結果是造成在制品的偏差過大、工藝偏離,甚至出現產品報廢、影響生產周期。隨著射頻技術的日漸成熟和廣泛應用,實現無紙化的刀具管理和信息集成已經成為現代制造業新亮點。

1 系統構架

　　下面將分別就兩個子系統簡要介紹:IPC:其軟件系統通常以基于象SQL Server2000 這樣的數據庫管理系統之上的用戶自行開發的數控刀具管理系統為主體,通過和射頻讀寫器的串口聯接,間接讀寫射頻卡內的刀具數據,并據此完成數控加工過程中對刀具的控制,即工控機負責處理從讀寫器(Reader) 接收的數字信息,該數字信息經數控刀具管理系統處理后,根據預先設定的功能向執行機構發出控制指令,實現相應加工動作。

　　RFIDS:主要完成讀寫器與射頻卡之間的數據交換。其工作原理比較簡單:RFID 系統在實際應用中,射頻卡附著在待識別物體的表面,射頻卡中保存有約定格式的電子數據。讀寫器可無接觸地讀取并識別射頻卡中所保存的電子數據,從而達到自動識別物體的目的。讀寫器通過天線發送一定頻率的射頻信號,當射頻卡進入磁場時產生感應電流從而獲得能量,發送出自身編碼等信息,被讀取器讀取并解碼后送至IPC 主機進行有關處理。

2 軟件實現

　　本文的軟件實現主要介紹兩個接口的數據交換功能即讀寫功能的實現,現分述如下:

　　2.1 IPC與READER的接口

　　本文以VC + + 為編程環境,采用最基本的串口RS232 進行通信,波特率為9600。具體傳輸格式是:一個開始位,八個數據位,一個停止位,沒有校驗位,最低位首先發送。除此還可采用串口RS422 ,RS485 ,以及USB 接口實現IPC 與READER 間的通信,因具體讀寫設備而異。在基本的串行通信編程過程中,串行設備被視為用于打開、關閉、讀和寫的流設備,對串口的讀寫,可視為對特殊文件的讀寫。Win32 API 也提供了這樣一組通信函數,用于完成串口通信過程。用于實現通信過程的主要函數如下:

　　CreateFile 　　　　打開串行口　　GetCommState 用制定通信設備的當前控制設置填充設備控制塊。　　SetCommState 按照DCB 結構的說明配置通信設備　　SetCommTimeouts 設置指定通信設備上所有讀/ 寫操作的超時參數。　　WriteFile 向串行口寫數據,這樣將把數據傳送給串行連接另一端的設備　　ReadFile 從串行口讀數據,這樣將從串行連接另一端的設備接收數據。　　CloseHandle 關閉一個串行端口,釋放通信資源。整個通信過程包括:

　　(1) 打開通信資源。在進程使用串口之前,首先應使用Cre2ateFile 函數打開通信資源,返回一個標識該資源的句柄。在Cre2ateFile 函數打開串口通信資源時,系統將根據上次打開資源時的數值初始化和配置資源;

　　(2) 讀寫串口資源。通過ReadFile 和WriteFile 函數來讀寫串口。讀和寫的超時時間由SetCommTimeouts 函數設置;

　　(3) 關閉通信資源。在使用通信資源結束后,應調用Close2Handle 函數來關閉通信句柄,釋放資源。

　　2.2 READER與ID CARD 的接口

　　該接口的讀寫功能的實現通常由射頻設備原始制造商提供,用戶無需關心,只要遵巡一定通信協議,READER(讀寫器) 可以自動實現對ID CARD(射頻卡) 的讀寫,IPC 可以通過和READ2ER 的接口,間接完成對ID CARD 的讀寫操作。但為了了解射頻讀寫器(READER) 對射頻卡( ID CARD) 的讀寫原理,這里將以Phllips 公司的mifare one 卡為例,重點介紹通信協議ISO14443TYPE - A ,和支持此協議的mifare one 卡的存儲結構 。

　　2.2.1 射頻卡的存儲結構

　　相應于所支持的通信協議,射頻卡內的電子數據也必須按照相應的約定格式進行存儲。下面以Phllips 公司的mifare one卡為例講解其內部存儲結構及訪問權限,如圖2 所示。mifareone 卡分為16 個扇區,每個扇區為4 塊,每塊16 個字節,以塊為存取單位每個扇區有獨立的一組密碼及訪問控制。

　　(1) 第0 扇區的塊0 用于存放廠商代碼,已經固化,不可更改。

　　(2) 每個扇區的塊0、塊1、塊2 為數據塊,可用于存貯數據。

　　(3) 每個扇區的塊3 為控制塊,包括了密碼A、存取控制、密碼B。具體結構如下:

　　在每一個扇區的存取控制的4 個字節里,按照一定結構存儲著該扇區中每個塊(包括數據塊和控制塊) 的讀寫控制,其中每個塊的讀寫條件占6 位———3 對互相取反的位組成,扇區中的每個塊(包括數據塊和控制塊) 讀寫的實現是由密碼和存取控制共同決定的。例如,當存取控制為08 77 8F 69 時,可得到塊0 的讀寫控制位是1 1 0 ,按照通信協議的約定,若此時射頻讀寫命令包含的密碼B 得到驗證,則射頻讀寫器取得對塊0 的讀、寫權限;若射頻讀寫命令內包含的是密碼A ,則驗證后,射頻讀寫器只有讀取塊0 數據的權限。

　　2. 2. 2 通信協議ISO14443 TYPE - A

　　目前市場上RFID 產品種類很多,常見的產品主要是象德州儀表(TI) 、Phllips 、Motoro1a 等世界著名廠家生產的RFID 產品,其READER 和ID CARD 實現讀寫功能要遵循的標準通常有ISO14443 TYPE - A、ISO14443 TYPE - B ,以及ISO 15693。下面就協議ISO14443 TYPE - A做簡要介紹,其指令結構定義如下:ACK + LEN + DATAS + CHK + ETX

　　其中:

　　ACK = 0x60 　　　　　通訊頭部,指令啟始字節,1 Byte　　LEN = Length(DATAS) 通訊數據體長度字節數,1 Byte　　DATAS 通訊數據體(含指令數據)　　CHK 異或校驗和1 Byte　　ETX = 0x03 結束符1 Byte

　　其中,DATAS 中包含對卡操作所需要的參數,如認證所需的密碼、地址、寫入卡片的數據等,從而可以對射頻卡內指定扇區的塊進行讀或寫的操作。

　　讀寫數據的開發要在遵巡此通信協議的基礎上進行,而通信協議的構成與射頻卡內存取控制的約定也是一致的,這一點在前面射頻卡的存儲結構中存取控制部分已經舉例說明。

3 總結

　　將射頻識別技術應用到數控加工生產的刀具管理中,可以提高刀具管理的自動化程度和管理效率,實現精確快速識別、跟蹤刀具,并將刀具信息反饋給IPC 的刀具管理系統,執行相應加工動作;另外,射頻讀寫器還可將更新的刀具信息寫入射頻卡內,且具有使用壽命長,數據保存久的特點。射頻識別技術在國外很多知名生產型企業里已經得到廣泛成功的應用,相信不久的將來,在我國數控產業的升級和改造過程中也會越來越多地見到它的身影。