將射頻識別(RFID)技術與ARM嵌入式處理器相結合應用于企業(yè)生產過程數據采集及企業(yè)生產管理信息的獲取，可以有效地解決目前生產領域遇到的上述問題。本文設計給出了面向紡織服裝企業(yè)生產制造執(zhí)行系統(tǒng)的網絡架構，并在此之上介紹一種基于ARM Cortex-M處理器、通用無線射頻識別數據采集終端的設計和實現。

現今全球紡織服裝行業(yè)市場競爭日益激烈，信息化戰(zhàn)略已成為紡織服裝制造企業(yè)提升市場競爭能力的重要發(fā)展戰(zhàn)略之一。紡織服裝業(yè)作為我國制造業(yè)的重要組成，在我國“制造業(yè)信息化工程”的背景下，已被國家列為信息化技術改革的重點行業(yè)。隨著中國加入WTO和經濟全球化，我國在成為世界制造業(yè)中心的同時也面臨前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。以信息化帶動工業(yè)化，迅速提高企業(yè)的核心競爭力，是現今紡織服裝企業(yè)急需解決的重要問題。

要實現企業(yè)信息化，尤其是生產過程和企業(yè)管理信息化，首先要解決的問題就是來自生產過程和企業(yè)管理中的大量數據信息的獲取和傳輸。只有快捷、準確、方便地采集這些大量底層數據，才能實現對生產過程、物流管理、生產計劃、調度和質量等的監(jiān)測與控制。因此，生產信息的數據采集與集成將是企業(yè)信息化工程的關鍵所在，在企業(yè)信息化的不斷深入過程中，將發(fā)揮越來越重要的作用。在紡織企業(yè)傳統(tǒng)生產過程中，底層生產數據大多是依賴人工進行記錄來獲取的，盡管操作方法繁冗，生產數據記錄滯后，無法實現實時監(jiān)控和統(tǒng)計，數據可靠性差，效率較低，但目前仍有不少企業(yè)在采用這一傳統(tǒng)方法。在一些設備較為先進的企業(yè)里，生產數據采集已由電子系統(tǒng)自動獲取逐步代替了人工記錄，但數據采集終端設備大都采用單片機、串口通信、工控機的模式實現數據采集與控制。這些終端單元具有分散性、獨立性，通信距離短，不便于系統(tǒng)的集中管理等缺點。

將射頻識別(RFID)技術與ARM嵌入式處理器相結合應用于企業(yè)生產過程數據采集及企業(yè)生產管理信息的獲取，可以有效地解決目前生產領域遇到的上述問題。本文設計給出了面向紡織服裝企業(yè)生產制造執(zhí)行系統(tǒng)的網絡架構，并在此之上介紹一種基于ARM Cortex-M處理器、通用無線射頻識別數據采集終端的設計和實現。

1 RFID技術原理及系統(tǒng)組成

RFID是射頻識別技術的英文所寫，又稱電子標簽，是一項利用射頻信號通過空間交變電磁場耦合實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞信息達到識別目的的技術。在射頻識別系統(tǒng)應用中，射頻標簽附著在被識別的物體上，其一旦進入射頻讀卡器的讀寫范圍，內部數據信息就可按約定方式與射頻讀卡器進行通信，從而完成自動獲取物品標志信息的功能。

一個典型的射頻識別系統(tǒng)是由射頻標簽(也稱射頻卡、電子標簽或應答器)、射頻讀寫器(PCD)2個部分組成，如圖1所示。

圖1 典型無源RFID系統(tǒng)

射頻標簽是內含天線的存儲控制芯片，內存有能夠識別目標的信息。讀寫器由控制單元、發(fā)送器和接收器3個部分構成，主要負責與射頻標簽之間能量的傳遞，數據的加密/解密，信號的編碼/解碼，以及與上位機的通信。

2 基于RFID的生產制造執(zhí)行系統(tǒng)架構的設計

制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing ExecuTIon System，簡稱MES)是近年來興起的一項制造管理技術，屬于制造業(yè)信息化領域。它是將位于企業(yè)上層的ERP系統(tǒng)與底層設備自動控制系統(tǒng)結合在一起的中間管理系統(tǒng)。一方面，MES可以對來自ERP的生產管理信息進行細化、分解，通過更為精確，更為優(yōu)化的制造指令，將計劃層的操作意圖傳遞給底層設備自動控制系統(tǒng);另一方面，MES可以實現生產制造數據的自動化采集及實時監(jiān)控底層設備的運行狀態(tài)，從而加強計劃管理層與底層控制之間的溝通。

紡織企業(yè)使用MES通常需要設計原材料管理、在制品管理、操作工管理、生產設備管理等多個對象，而且管理量非常巨大，尤其是在制品的管理，僅此1項每天就涉及幾萬件甚至十幾萬件。采用RFID技術可以用非接觸式的方式跟蹤在制品的實時分布情況，產品的追溯以及標識身份認證均可通過RFID解決。由于MES 系統(tǒng)及其數據信息對于一個企業(yè)來講是舉足輕重的，所有生產現場相關數據都是通過MES的數據采集系統(tǒng)實現的，數據的實耐性和準確性是該部分的核心要求。因此，其框架結構的設計最根本的要求是實時性、穩(wěn)定性、可靠性和復用性等，采用獨立的網絡架構是可靠的選擇。

在充分考慮紡織企業(yè)生產制造流程、年度生產計劃、物料需求計劃、產品銷售狀況等因素的基礎上，根據企業(yè)的生產特點及存在的問題，將系統(tǒng)在物理層面上劃分為3個部分，即現場實時數據采集、現場數據管理和控制、企業(yè)生產管理及數據庫系統(tǒng)，其物理設計框架結構如圖2所示。

圖2 基于RFID的生產制造執(zhí)行系統(tǒng)物理架構

整個MES系統(tǒng)中采用3層Client/Server網絡結構，數據庫集成在企業(yè)級專用服務器，并分為現場生產數據庫和生產管理數據庫?，F場生產數據庫提供整個系統(tǒng)的核心數據，這些數據由數據采集終端根據實際情況實時更新，生產管理數據庫中的數據統(tǒng)計與分析以生產現場數據庫為基礎。數據采集終端負責生產數據的實時采集和生產計劃任務示;實時數據通信程序負責與數據采集模塊進行交互數據通信，完成對采集到的生產數據分析和生成數據采集終端的操作界面，并與生產管理控制部分進行通信獲取生產計劃數據及控制信息。數據采集服務器直接與各種終端設備相連，用于控制RFID讀寫設備按照預定的方式工作，保證不同的設備之間能很好地協調配合，還能按照一定的規(guī)則過濾數據，篩除冗余數據，將真正有效的數據傳送至后臺的信息系統(tǒng)。生產管理服務器則集中管理所有的數據采集服務器，處理各種RFID事件和信息交換，實時工作流管理，與各種現有應用系統(tǒng)進行很好的集成，用戶可以圍繞這些數據進行業(yè)務流程的創(chuàng)新和新的應用。

3 嵌入式數據采集終端的硬件設計

數據采集終端硬件采用模塊化設計，整體結構由嵌入式處理器、RFID射頻識別、RFID天線、通信接口、以太網絡接口、人機交互、JTAG系統(tǒng)調試、電源、復位等單元電路構成，其硬件系統(tǒng)整體結構如圖3所示。