基于人工智能产业链的“四位融一体促三创”校企合作人才培养模式研究

江宇琛　卢彪

摘 要：在工业自动化、汽车制造、能源和电网电力等工业制造或生产领域中，经常需要对离散空间工作场所进行生产或制造车间图像视频信号和工作现场机器环境监测性能参数进行实时监控和调度，以便行政管理部门对工作现场领域进行远程控制和指挥调度。为了解决当今工业企业生产领域中实时工业环境测绘监测系统数据不能实现跨域传输和数据速率延时等问题，提出了一种基于基于ZIGBEE协议的工业环境监测系统。

基于ZIGBEE总线协议（简称ZIGBEE协议）的工业企业环境测绘监测系统信号联网跨域的限制，实现了工业生产现场远程环境数据采集和生产设备的性能参数数据实时上傳管理，大大提高了数据传输的速率、性能和时效性。

关键词：校企合作；工业环境；测绘监测系统

一、工业环境监测系统结构总体设计

远程在线监控系统的主控制芯片采用SUN公司生产的同构四核处理器AthZIGBEE 64，该64位处理器由2组AthZIGBEE 64 X2内置芯片和2组AthZIGBEE 64 X4内置芯片组成。AthZIGBEE 64 X2内核主要实现的功能[4]是处理器VxWorks（嵌入式实时操作系统）的安装、网络协议异构互连转换和监控系统内部数据交互。AthZIGBEE 64 X4内核能够执行一系列高效可靠算法来实现监控系统的浮点控制数据计算，四个核心芯片之间的数据互通是利用片上共享前端总线实现的。远程监控系统的终端层采用支持快速以太网技术的人机交互HMI系统。

二、工业环境监测系统功能设计

远程监控系统功能设计主要包括了：VxWorks在AthZIGBEE 64上的移植设计、ZIGBEE协议在AthZIGBEE 64芯片上的移植设计、基于三次握手机制的TCP/IP协议栈在VxWorks上的植入设计和HIM系统触摸屏操作面板程序的开发设计。

（一）ZIGBEE协议在AthZIGBEE 64芯片上的移植

ZIGBEE协议能够实现工业自动化领域中不同工业设备之间的智能数据交互，是工业自动化领域使用频率较高的全双工并行通讯总线协议。在远程实时监控系统中ZIGBEE协议执行的主要功能是在AthZIGBEE 64芯片上完成ZIGBEE协议的启动初始化和程序运行过程中断服务机制。ZIGBEE协议初始化启动为每个AthZIGBEE 64芯片寄存器参数设置来执行ZIGBEE模块开始、时间和服务器参数、比特值配置和操作模式调用等功能，然后打开AthZIGBEE 64处理器继续执行函数高级中断、中级中断和低级中断功能。AthZIGBEE 64芯片上的ZIGBEE中断服务例程任务包括：测试中断源、服务器数据采集和服务器响应等。

（二）VxWorks在AthZIGBEE 64芯片上的移植

VxWorks能够为AthZIGBEE 64芯片提供各类任务管理的函数调度，调度函数的功能主要包括：实时调度TCP/IP协议栈线程、远程过程调度（RFC）、调度ZIGBEE协议数据的传输、调度远程文件访问、调度Ethernet网络数据的传输、BSD套接字兼容的编程接口以及时钟同步等。

（三）TCP/IP协议栈在AthZIGBEE 64芯片上的移植

AthZIGBEE 64数据帧的传输过程主要是靠数据帧收发模块来处理的。当有数据帧发送至帧模块之后首先启动启动Ethernet服务中断程序，通过中断服务程序接收进程将数据帧交给TCP/IP协议栈进行封装处理，然后封装的数据包被TCP/IP协议栈进行数据包的分解、复用、校验和丢失等处理工作。在这里，帧收发模块采用直接数据接收处理机制，不需要AthZIGBEE 64内核CPU直接处理，使得数据帧的传输效率和传输实时性得到了保障。

（四）VxWorks系统对TCP/IP协议栈的功能调用

当TCP/IP协议栈在AthZIGBEE 64芯片上完成移植之后，VxWorks需要调用TCP/IP协议栈才能具备网络数据通信功能。TCP/IP协议在通信过程中主要涉及了数据结构函数Data-structure（）、数据封装函数Data-encapsulation（）、数据解封装函数Data-decapsulation（）、数据进程函数Data-Process（）和数据接收函数Data-Receives（）的编写，而VxWorks系统本身设计了数据传输过程中涉及的数据结构和函数，因此在TCP/IP协议栈的功能调用时VxWorks系统只要稍加修改便可以实现协议栈的直接功能调用。

三、系统测试环境搭建

系统测试提供1000M光纤IP网络，将AthZIGBEE 64核心芯片的网络IP地址设置为168.2.1.1，人机监控系统的网络出口路由器IP地址设置为168.1.1.1，客户端主机IP地址设置为192.168.1.1。本地接入路由器IP地址设置为168.2.1.2，对外端口号设置为176，数据传输目的IP地址设置为192.168.1.2，端口号设置为176。20套控制终端通过ZIGBEE协议连到AthZIGBEE 64上，然后上电运行监控系统。

作者简介：江宇琛，宿州学院学生（学号：2020103215）

指导教师：卢彪（1985-），男，宿州学院专业教师。

基金项目：安徽省教育厅质量工程项目 （专业服务安徽省十大新兴产业项目：基于人工智能产业链的“四位融一体促三创”校企合作人才培养模式研究：项目编号：2022sdxx029）；安徽省教育厅高校科学研究重点项目2022AH051379;

【子课题：基于ZIGBEE协议的工业企业环境测绘监测系统研究】