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摘要：针对电子装备生产企业物料中心信息系统覆盖不足、软件支撑能力薄弱等问题，提出一种新的物料出入库智能指示系统，实现信息流对物料出入库环节的覆盖。构建平库管理数据库，将物资系统生成的物料出入库清单实时传递给上位机软件，实现物料出库信息在线提取与状态辨识以及物料入库库位智能分配，数据库同时进行在线动态更新。基于485总线实现上位机与单片机的多机通信，通过亮灯方式让业务人员直观获知工作指令，准确快速地完成物料出入库任务。
关键词：物料;上位机;单片机;485总线;多机通信
中图分类号：TP311 文献标志码：A
文章编号：1008-1739（2021）09-55-4Design on Intelligent Indication System for Material in and out-of-warehouse
WU Zhiyong， AN Hua
（The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China）
Abstract： A new intelligent indication system for material in and out-of-warehouse is proposed to overcome the problems ofinsufficient coverage of the material centre information system of electronic equipment manufacturers and weak software supportcapabilities. Firstly， a warehouse management database is built. Secondly， the material in and out-of-warehouse list generated by thematerial system is transferred to the host computer software in real time to realize online extraction and status identification of materialout-of-warehouse information and intelligent distribution of material in-warehousing locations. and the database is updated online. Afterthat. the multi-machine communication between the host computer and the single-chip computer is realized based on the 485 bus.Finally， the operators are intuitively informed of the work instructions through the method of lighting， and the task of material in andout-of-warehouse c an be completed accurately and quickly.
Keywords： material; host computer; single-chip computer; 485 bus; multi-machine communication
0引言
原材料、辅料以及各类备品备件是我国科研产业结构升级的重要载体和装备制造的物质基础，也是装备制造企业正常生产的物质保障[1]。随着电子装备领域多样化需求模式的产生，电子设备更加趋向于多品种小批量的生产模式。因此，提高物料出入库的快速性和准确性对于保障物料中心业务人员的作业效能、提高产品的生产效率具有重要意义[2-3]。
目前我国电子装备科研和生产任务十分繁重，项目研制周期短、产品种类多、原材料、配套件、半成品等数量不断增加，对物料出入库管理提出了越来越高的要求。传统的平库存储虽然可以适应日益增长的多品种小批量的生产模式需要，但物料中心库房管理员为完成物料出入库任务，需手动记录货架库位号，识别库位速度慢且难以进行断点控制。不仅约束了供应链管理系统的运行效率，还对提升产品综合交付能力形成了很大阻碍。
针对目前电子装备生产企业物料中心信息系统覆盖不足、软件支撑能力薄弱等问题，本文研究设计了一种新的物料出入库智能指示系统，以适应制造业精益化生产的要求。
1系统总体方案设计
从物资管理理论出发，通过与信息化相结合的方法开展物料出入库智能指示系统的设计研究工作，系统总体设计方案如图1所示。
首先对平库库位布局進行分析，构建平库库位管理数据库，同时研究并设计物料出入库智能指示系统的软硬件体系框架。基于物料中心平库特点，考虑在货架改造升级的同时实现软硬件的动态自适应升级。
其次完成单片机与上位机软件编程工作，研制物料出入库指示系统软件，基于物资管理系统实现物料出库信息在线提取与状态辨识，进而完成物料出库指示系统开发;研制物料入库指示系统，开发平库库位管理数据库，实现用于物料入库的库位在线智能分配及数据库在线动态更新，进而完成物料入库指示系统开发。
最后完成物料出入库硬件设施布局，实现包括单片机改造、指示灯及开关布局、安装布线等硬件设施的搭建，形成物料出入库智能指示系统。
2硬件设计
2.1单片机硬件电路设计
单片机以其集成度高、系统结构简单、体积小、应用灵活、处理能力强、速度快及可靠性高等独特优点，在工业控制和产品自动化等领域得到了广泛应用[4-5]。 单片机选用STC12系列的STC12C5A60S2，该类单片机加密性强且运行高速，内设有增强型805 1内核，1个时钟周期等于1个机器周期，速度是传统8051单片机的6-12倍，可实现在线编程而无需编程器，具备AD、DA、PWM等功能，LQFP40封装的40引脚，最多可以36个通用I/O口。
为更好地将该类型单片机应用于本文提出的物料出入库指示系统中，对单片机进行改造，具体包括：
①增加电阻R1，R2，R3，R4，R5，5个电阻型号均为1206-204，且另一端飞线至负极引脚。
②增加电阻R6，R7，R8，R9，4个电阻型号为RJ14-201，另一端分别接在单片机板的P15，P14，PII，PIO口。
③增加电阻Rll，电阻型号为RJ14-4 70，连接单片机与继电器。
④贴装102电容C1，C2，C3，C4。
⑤增加引线L1，C7正极引出+5V。
单片机引脚应用如图2所示，其中P0.2口控制SM16703P串行灯，P2.2口控制LED塔灯，P1.O，P1.1，P1.4，P1.5，P1.6口控制按键开关，P1.2或P1.3口控制485通信。
2.2货架布局设计
物料出入库智能指示系统硬件布局图如图3所示，以单个货架为单位，每一个货架均安装一组控制指示单元，包含单片机板、指示灯、按键开关以及LED塔灯，通过总线与电脑主机连接。系统包含上位机软件和单片机软件。
为便于安装和布线，控制总线采用485方式;按键采用模拟电路方式，在单片机内部进行AD转换，占用4个单片机ADC口;指示灯选用SM16703P串行LED，仅占用1个单片机1/0口。
货架指示灯串联如图4所示，考虑到货架的层数升级情况，每个货架的第一层第一个库位布置有第一个指示灯，呈“S”形向上增加。同时为实现软件的动态自适应升级，单片机及上位机软件程序要求实现货架层数在线调整功能。
3软件设计
3.1单片机软件系统
单片机软件编程应按照上位机软件和单片机规格—p设置相应接口功能和收发指令。在此基础上，同上位机软件互相配合，实现亮灯指示功能、通信功能以及动态升级功能。单片机软件系统结构原理如图5所示。
单片机软件系统运行流程如下：
①接收上位机的亮灯指令。上位机指令包括单片机地l止、与该单片机地址对应的货架层数以及需存取物料的位置。判断上位机指令中的地址信息是否与单片机地址一致。若是，则使该货架的指定位置的指示灯保持常亮状态，同时该货架塔灯保持常亮状态。
②判断是否已存取物资，若已完成存取任务，对应的指示灯灭，且将已完成存取物资的位置进行存储。当该货架中应存取物资任务全部完成时，货架塔灯灭。
⑧接收上位机询问指令，判断上位机指令中的地址信息是否与单片机地址一致。若是，则将存储的所有已完成存取任务的位置信息全部发送给上位机。
3.2上位机软件系统
上位机软件界面如图6所示。物料出库时.物料中心工作人员可在该界面中输入查找值，系统将自動抓取物资管理系统中的“物料出入库信息”并显示在软件界面上，将这些值按照从小到大进行排序后，生成表格（可保存本地，可打印），对应货架位置的指示灯亮起，点亮的位置的物料是需要取走的，完成任务后点击按钮，灯灭，同时在Excel库位表中标记为完成（背景色由白色变为绿色），并保存。物料入库时，工作人员可在该界面输入物料类型，系统将利用数据库信息找寻距离工作人员合适且最近的库位，对应库位的指示灯亮起，物料存放于亮灯的库位中，存放后点击按钮，灯灭，同时该放人物料的库位信息将在平库库位管理数据库中进行存储。
3.3多机通信方案设计
在由上位机和单片机构成的多机串行通信系统中，采用主从式结构[6]，只有一台上位机作为主机，主机主动发送命令或数据，一切都由主机控制。另外要求各从机之间不能相互通信，即使有信息交换也必须通过主机转发。
上位机软件同单片机通信流程及通信协议如图7所示，具体包括以下步骤：
①启动上位机软件。
②轮流与下位机通信确认通信状态良好。具体规则为：与下位机轮流通信，先发送下位机地址码，延时100 ms后继续发送指令码“11”，等待下位机回复。下位机应回复“自身地址+11”。
③按照关键字在物资管理系统中搜索出库信息。
④下载出库标签。
⑤将出库信息发送至下位机。具体规则为：与需出库的下位机轮流通信，先发送下位机地址码，延时100 ms后继续发送指令码“22”，继续发送出库信息包括层数和位置信息，如第2层第5个物料盒则发送“02，05”。
⑥轮流询问下位机状态，并更新出库信息。具体规则为：轮流询司下位机，先发送下位机地址码，延时IOO ms后继续发送指令码“33”，等待下位机回复。下位机应回复“自身地址+33+已完成出库信息”。如已完成第2层第5个物料盒则发送“02，05”。无需出库的，则直接回复“自身地址+3 3+FF”，收到出库信息后将对应表格行背景色进行改变。
4结束语
针对提升我国电子装备生产企业产品综合交付能力的重大需求，围绕如何将信息流与物流有机结合这个关键的科学问题，详细阐述了物料出入库智能指示系统中物资管理系统、上位机、单片机以及电路的协同通信技术，并最终实现信息系统对物料出入库环节的覆盖，完成对物料出库信息的抓取及指示系统的开发，完成用于物料入库的库位在线智能分配及指示系统的开发，搭建包括指示灯、开关、单片机以及485总线在内的物料出入库指示平台。本文提出的物料出入库智能指示系统能有效提升物料出入库的信息化、智能化水平，提升电子装备制造企业的社会竞争力。
参考文献
[1]赵军，杨亮.物资管理系统与自动化立体库集成技术研究[J]无线电工程，2014，44（7）：4-6.
[2]孙晓腾.计量仓储平库智能化提升[J]河北电力技术，2018，37（4）：34-36.
[3]范兴华，李昌，张韬，物料编码子系统在物资管理系统中的设计与实现[J]计算机与网络，2012，38（2）：62-64.
[4]邵贝贝.单片机系统可靠性技术及发展[J]电子产品世界，1999（8）：3-5.
[5]刘春生.单片机在智能化仪器仪表中的应用[J]电子制作，2000（11）：29-30.
[6]张利娜，郭文成.CRC校验在单片机多机通讯系统中的应用[J].仪器仪表用户，2006（4）：82-84.
关键词：物料;上位机;单片机;485总线;多机通信
中图分类号：TP311 文献标志码：A
文章编号：1008-1739（2021）09-55-4Design on Intelligent Indication System for Material in and out-of-warehouse
WU Zhiyong， AN Hua
（The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China）
Abstract： A new intelligent indication system for material in and out-of-warehouse is proposed to overcome the problems ofinsufficient coverage of the material centre information system of electronic equipment manufacturers and weak software supportcapabilities. Firstly， a warehouse management database is built. Secondly， the material in and out-of-warehouse list generated by thematerial system is transferred to the host computer software in real time to realize online extraction and status identification of materialout-of-warehouse information and intelligent distribution of material in-warehousing locations. and the database is updated online. Afterthat. the multi-machine communication between the host computer and the single-chip computer is realized based on the 485 bus.Finally， the operators are intuitively informed of the work instructions through the method of lighting， and the task of material in andout-of-warehouse c an be completed accurately and quickly.
Keywords： material; host computer; single-chip computer; 485 bus; multi-machine communication
0引言
原材料、辅料以及各类备品备件是我国科研产业结构升级的重要载体和装备制造的物质基础，也是装备制造企业正常生产的物质保障[1]。随着电子装备领域多样化需求模式的产生，电子设备更加趋向于多品种小批量的生产模式。因此，提高物料出入库的快速性和准确性对于保障物料中心业务人员的作业效能、提高产品的生产效率具有重要意义[2-3]。
目前我国电子装备科研和生产任务十分繁重，项目研制周期短、产品种类多、原材料、配套件、半成品等数量不断增加，对物料出入库管理提出了越来越高的要求。传统的平库存储虽然可以适应日益增长的多品种小批量的生产模式需要，但物料中心库房管理员为完成物料出入库任务，需手动记录货架库位号，识别库位速度慢且难以进行断点控制。不仅约束了供应链管理系统的运行效率，还对提升产品综合交付能力形成了很大阻碍。
针对目前电子装备生产企业物料中心信息系统覆盖不足、软件支撑能力薄弱等问题，本文研究设计了一种新的物料出入库智能指示系统，以适应制造业精益化生产的要求。
1系统总体方案设计
从物资管理理论出发，通过与信息化相结合的方法开展物料出入库智能指示系统的设计研究工作，系统总体设计方案如图1所示。
首先对平库库位布局進行分析，构建平库库位管理数据库，同时研究并设计物料出入库智能指示系统的软硬件体系框架。基于物料中心平库特点，考虑在货架改造升级的同时实现软硬件的动态自适应升级。
其次完成单片机与上位机软件编程工作，研制物料出入库指示系统软件，基于物资管理系统实现物料出库信息在线提取与状态辨识，进而完成物料出库指示系统开发;研制物料入库指示系统，开发平库库位管理数据库，实现用于物料入库的库位在线智能分配及数据库在线动态更新，进而完成物料入库指示系统开发。
最后完成物料出入库硬件设施布局，实现包括单片机改造、指示灯及开关布局、安装布线等硬件设施的搭建，形成物料出入库智能指示系统。
2硬件设计
2.1单片机硬件电路设计
单片机以其集成度高、系统结构简单、体积小、应用灵活、处理能力强、速度快及可靠性高等独特优点，在工业控制和产品自动化等领域得到了广泛应用[4-5]。 单片机选用STC12系列的STC12C5A60S2，该类单片机加密性强且运行高速，内设有增强型805 1内核，1个时钟周期等于1个机器周期，速度是传统8051单片机的6-12倍，可实现在线编程而无需编程器，具备AD、DA、PWM等功能，LQFP40封装的40引脚，最多可以36个通用I/O口。
为更好地将该类型单片机应用于本文提出的物料出入库指示系统中，对单片机进行改造，具体包括：
①增加电阻R1，R2，R3，R4，R5，5个电阻型号均为1206-204，且另一端飞线至负极引脚。
②增加电阻R6，R7，R8，R9，4个电阻型号为RJ14-201，另一端分别接在单片机板的P15，P14，PII，PIO口。
③增加电阻Rll，电阻型号为RJ14-4 70，连接单片机与继电器。
④贴装102电容C1，C2，C3，C4。
⑤增加引线L1，C7正极引出+5V。
单片机引脚应用如图2所示，其中P0.2口控制SM16703P串行灯，P2.2口控制LED塔灯，P1.O，P1.1，P1.4，P1.5，P1.6口控制按键开关，P1.2或P1.3口控制485通信。
2.2货架布局设计
物料出入库智能指示系统硬件布局图如图3所示，以单个货架为单位，每一个货架均安装一组控制指示单元，包含单片机板、指示灯、按键开关以及LED塔灯，通过总线与电脑主机连接。系统包含上位机软件和单片机软件。
为便于安装和布线，控制总线采用485方式;按键采用模拟电路方式，在单片机内部进行AD转换，占用4个单片机ADC口;指示灯选用SM16703P串行LED，仅占用1个单片机1/0口。
货架指示灯串联如图4所示，考虑到货架的层数升级情况，每个货架的第一层第一个库位布置有第一个指示灯，呈“S”形向上增加。同时为实现软件的动态自适应升级，单片机及上位机软件程序要求实现货架层数在线调整功能。
3软件设计
3.1单片机软件系统
单片机软件编程应按照上位机软件和单片机规格—p设置相应接口功能和收发指令。在此基础上，同上位机软件互相配合，实现亮灯指示功能、通信功能以及动态升级功能。单片机软件系统结构原理如图5所示。
单片机软件系统运行流程如下：
①接收上位机的亮灯指令。上位机指令包括单片机地l止、与该单片机地址对应的货架层数以及需存取物料的位置。判断上位机指令中的地址信息是否与单片机地址一致。若是，则使该货架的指定位置的指示灯保持常亮状态，同时该货架塔灯保持常亮状态。
②判断是否已存取物资，若已完成存取任务，对应的指示灯灭，且将已完成存取物资的位置进行存储。当该货架中应存取物资任务全部完成时，货架塔灯灭。
⑧接收上位机询问指令，判断上位机指令中的地址信息是否与单片机地址一致。若是，则将存储的所有已完成存取任务的位置信息全部发送给上位机。
3.2上位机软件系统
上位机软件界面如图6所示。物料出库时.物料中心工作人员可在该界面中输入查找值，系统将自動抓取物资管理系统中的“物料出入库信息”并显示在软件界面上，将这些值按照从小到大进行排序后，生成表格（可保存本地，可打印），对应货架位置的指示灯亮起，点亮的位置的物料是需要取走的，完成任务后点击按钮，灯灭，同时在Excel库位表中标记为完成（背景色由白色变为绿色），并保存。物料入库时，工作人员可在该界面输入物料类型，系统将利用数据库信息找寻距离工作人员合适且最近的库位，对应库位的指示灯亮起，物料存放于亮灯的库位中，存放后点击按钮，灯灭，同时该放人物料的库位信息将在平库库位管理数据库中进行存储。
3.3多机通信方案设计
在由上位机和单片机构成的多机串行通信系统中，采用主从式结构[6]，只有一台上位机作为主机，主机主动发送命令或数据，一切都由主机控制。另外要求各从机之间不能相互通信，即使有信息交换也必须通过主机转发。
上位机软件同单片机通信流程及通信协议如图7所示，具体包括以下步骤：
①启动上位机软件。
②轮流与下位机通信确认通信状态良好。具体规则为：与下位机轮流通信，先发送下位机地址码，延时100 ms后继续发送指令码“11”，等待下位机回复。下位机应回复“自身地址+11”。
③按照关键字在物资管理系统中搜索出库信息。
④下载出库标签。
⑤将出库信息发送至下位机。具体规则为：与需出库的下位机轮流通信，先发送下位机地址码，延时100 ms后继续发送指令码“22”，继续发送出库信息包括层数和位置信息，如第2层第5个物料盒则发送“02，05”。
⑥轮流询问下位机状态，并更新出库信息。具体规则为：轮流询司下位机，先发送下位机地址码，延时IOO ms后继续发送指令码“33”，等待下位机回复。下位机应回复“自身地址+33+已完成出库信息”。如已完成第2层第5个物料盒则发送“02，05”。无需出库的，则直接回复“自身地址+3 3+FF”，收到出库信息后将对应表格行背景色进行改变。
4结束语
针对提升我国电子装备生产企业产品综合交付能力的重大需求，围绕如何将信息流与物流有机结合这个关键的科学问题，详细阐述了物料出入库智能指示系统中物资管理系统、上位机、单片机以及电路的协同通信技术，并最终实现信息系统对物料出入库环节的覆盖，完成对物料出库信息的抓取及指示系统的开发，完成用于物料入库的库位在线智能分配及指示系统的开发，搭建包括指示灯、开关、单片机以及485总线在内的物料出入库指示平台。本文提出的物料出入库智能指示系统能有效提升物料出入库的信息化、智能化水平，提升电子装备制造企业的社会竞争力。
参考文献
[1]赵军，杨亮.物资管理系统与自动化立体库集成技术研究[J]无线电工程，2014，44（7）：4-6.
[2]孙晓腾.计量仓储平库智能化提升[J]河北电力技术，2018，37（4）：34-36.
[3]范兴华，李昌，张韬，物料编码子系统在物资管理系统中的设计与实现[J]计算机与网络，2012，38（2）：62-64.
[4]邵贝贝.单片机系统可靠性技术及发展[J]电子产品世界，1999（8）：3-5.
[5]刘春生.单片机在智能化仪器仪表中的应用[J]电子制作，2000（11）：29-30.
[6]张利娜，郭文成.CRC校验在单片机多机通讯系统中的应用[J].仪器仪表用户，2006（4）：82-84.