【正文】 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計（論文）煤氣泄漏報警系統監(jiān)控軟件設計畢業(yè)設計目 錄摘要 IABSTRACT II目錄 I1 緒論 1 課題背景 1 集散測控系統 1 室內煤氣泄漏監(jiān)控系統 3 課題主要任務 42 串行通信系統的設計與實現 5 串行通信簡介 5 串行通信的基本概念 5 串行通信的方式 6 串行通信總線標準選擇 8 RS232和RS485總線標準接口簡介 8 11 串行通信協議的制定 13 通信協議的概念 13 通信協議的內容 13 通信協議的制定 14 14 MSComm控件 15 MSComm控件處理通信的方式 15 MSComm控件的引用 16 MSComm控件常用屬性 17 MSComm控件通信步驟 19 Timer控件 203 監(jiān)控信息存儲數據庫的設計 21 數據庫的建立 21 21 MSFlexGrid控件 22 DataGrid控件 24 Data控件 25 ADO控件 28 MSFlexGrid控件和Data控件的綁定 30 DataGrid控件和ADO控件的綁定 324 可視化界面設計 34 軟件操作流程圖 34 歡迎界面設計 34 用戶操作界面設計 35 權限界面設計 38 管理界面設計 39 實時監(jiān)控界面設計 395 監(jiān)控系統的通信模擬實驗 44致謝 47參考文獻 48附錄1附錄2II1 緒論 課題背景隨著單片機和計算機技術的不斷發(fā)展，特別是網絡技術在測控領域的廣泛應用，由PC機和多臺單片機構成的多機網絡測控系統已成為單片機技術發(fā)展的一個方向。它不僅體現了單片機現場實時數據采集時的快速性和靈活性，而且充分利用了PC機豐富的軟硬件資源來實現友好的人機界面。同時，windows環(huán)境下后臺計算機在數據庫管理上具有明顯的優(yōu)勢。二者結合，使得單片機的應用已不僅僅局限于傳統意義上的自動監(jiān)測或控制，而形成了向以網絡為核心的分布式多點系統發(fā)展的趨勢。基于以上背景，本課題主要以煤氣泄漏監(jiān)控系統為例研究了PC機與多臺單片機所構成的小型集散控制系統是如何進行通信的。 集散控制系統集散控制系統又稱多級計算機分布控制系統和分布式控制系統，它是以微處理器為基礎的集中分散型控制系統，根據分級設計的基本思想，實現功能上分離，位置上分散，以達到“分散控制為主，集中管理為輔”的控制目的。目前，集散控制系統已在工業(yè)控制領域得到了廣泛應用，越來越多的儀表和控制工程師已經認識到集散控制系統必將成為過程工業(yè)自動控制的主流。在計算機集成制造系CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）或計算機集成作業(yè)系統CIPS（Computer Integrated Production System）中，集散控制系統將成為主角，發(fā)揮其優(yōu)勢。隨著計算機技術和網絡技術的發(fā)展，系統的開放性不僅能使不同制造廠商的集散控制系統產品互聯，方便地進行數據交換，而且也使得第三方的軟件可以方便地在現有的集散控制系統上應用。目前，我國已引進不同型號集散控制系統的數量多達幾百套，同時也有自行研發(fā)的DCS系統，應用領域遍及石化、輕化、冶金、建材、紡織、制藥等各行各業(yè)[1]。集散控制系統由過程控制站、操作站和通信系統三部分組成。（1）過程控制站：過程控制站由分散過程控制裝置組成，是集散控制系統與生產過程之間的界面，它的主要功能是分散的過程控制，生產過程的各種過程變量通過分散過程控制裝置轉化為操作監(jiān)視的數據，而操作的各種信息也通過分散過程控制裝置送到執(zhí)行機構。（2）操作站：操作站由操作管理裝置，如由操作臺、管理機和外部設備（如打印機、拷貝機）等組成，是操作人員與集散控制系統之間的界面，相當于車間操作管理級和全廠優(yōu)化及調度管理級，實現人機接口。它的主要功能是集中各分散過程控制裝置送來的信息，通過監(jiān)視和操作，把操作和命令下送給各分散控制裝置。（3）通信系統：集散控制系統要達到分散控制和集中操作管理的目的，就需要使下一層信息向上一層集中，上一層指令向下一層傳送，級與級或層與層進行數據交換，這都靠計算機通信網絡（即通信系統）來完成。通信系統是過程控制站與操作站之間完成數據傳遞和交換的橋梁，是集散控制系統的中樞。通信系統常采用總線型、環(huán)型等計算機網絡結構，不同的裝置有不同的要求。操作人員、管理人員集中操作和管理裝置通信網絡系統分散過程控制裝置工業(yè)生產過程 集散測控系統組成集散控制系統大體可分為三個發(fā)展階段：（1）第一階段（1975年1980年）：微處理器的發(fā)展導致第一代集散控制系統的產生，系統以實現分散控制為主。（2）第二階段（1980年1985年）：局域網絡技術的發(fā)展導致以全系統信息管理為主的第二代集散控制系統的產生。同第一代相比，一個顯著變化是：數據通信系統由主從式的星型網絡通信轉變?yōu)樾矢叩膶Φ仁娇偩€網絡通信或環(huán)型網絡通信。（3）第三階段（1985年以后）：開放系統的發(fā)展使集散控制系統進入了第三代。采用局部網絡技術和國際標準化組織（ISO）的開放系統互聯（OSI）參考模型，克服了第二代集散控制系統在應用過程中因難于互聯多種不同標準而形成的“自動化孤島”。通信管理和控制軟件變得更加豐富和完善。集散控制系統因其一些優(yōu)良特性而被廣泛應用，成為過程控制的主流。與常規(guī)模擬儀表相比，它具有連接方便，采用軟連接方法進行連接，容易改變；顯示方式靈活，顯示內容多樣；數據存儲量大等優(yōu)點。與計算機集中控制系統比較，它具有操作監(jiān)督方便、危險分散、功能分散等優(yōu)點。它始終圍繞著功能結構靈活的分散性和安全運行維護的可靠性，緊跟時代的發(fā)展成為前沿技術[1]。 室內煤氣泄漏監(jiān)控系統概述在社會信息化進程日益發(fā)展的今天，信息技術應用己滲透到人類生存、活動的各個領域。人們對生活環(huán)境、工作場所的要求不僅僅是一個遮風避雨的地方，而是要達到舒適健康、安全可靠、高效便利。目前家用煤氣，液化器、天然氣作為氣體燃料，已深入人民的生活之中。氣體燃料的應用和普及，隨之而來的是由于使用不當和設備老化等問題所導致的燃氣泄漏爆炸或中毒事故時有發(fā)生。其中由于一氧化碳泄漏中毒死亡尤為嚴重。眾所周知，由于CO與血液中的血紅素的結合能力是氧的240倍，因此當它進入人體血液循環(huán)系統后，就會大量取代氧而與血紅素結合，抑制血液中氧氣的釋放，從而導致發(fā)生頭痛、耳鳴、嘔吐、血壓降低等不同程度的癥狀發(fā)生。如果CO中毒嚴重，輕者于康復過程中可能會頭昏眼花、喪失記憶或引起視覺及神經上的障礙，嚴重者會導致腦部受損甚至發(fā)生死亡。為了預防一氧化碳的泄漏，人們采用了各種措施。家用智能煤氣報警器是為了預防氣體中毒的一種家用的自動報警器，也是一種高靈敏度的氣體探測器。一般都是應用高靈敏度的氣敏元件作為氣電轉換元件，并配以電路和聲光報警部分組成。當泄漏的氣體達到危險極限值時報警器就會發(fā)生鳴響和聲光報警。如果將煤氣報警器通過RS485總線與PC機連接起來，借助本課題所設計的室內煤氣泄漏監(jiān)控系統就可以實現實時報警監(jiān)控，及時提醒用戶，防止煤氣中毒或爆炸。一氧化碳報警器有便攜式、壁掛式、固定式等，可對現場的一氧化碳濃度進行檢測，濃度值達到預設值就會發(fā)生報警。以下是本人了解到的一些一氧化碳報警器。 課題主要任務目前基于分布式控制結構的小型集散測控系統的應用越來越廣泛，這種系統一般由兩級微機組成：上位機和下位機。上位機多采用PC機，用于過程控制、計算或數據處理；下位機多采用單片機，用來完成實時控制及現場數據采集等。因此，PC機與單片機之間的通信成為關鍵。本課題中，通信軟件程序編寫，實現與多個以單片機為核心處理器的一氧化碳報警器的串行通信，以便達到室內煤氣泄漏的實時監(jiān)控。具體而言，完成的任務如下：（1）分析設計的內容，通過各種方法來搜集有關上位機通信的資料以及了解軟件編寫的方法。（2）了解小型測控系統的通信網絡結構。（3）通過對串行通信的了解和研究，制定出相應的串行通信協議。（4）根據制定好的串行通信協議開始設計串行通信軟件，編寫通信流程圖，根據流程圖，編寫主程序、發(fā)送子程序和接收子程序及其它子程序。 （5）、處理和存儲等操作。（6）完成5000字符與畢業(yè)設計相關的英文資料翻譯。（7）整理論文，撰寫并排版。2 串行通信系統的設計與實現隨著計算機網絡化和微機分級分布式應用系統的發(fā)展，通信的功能也越來越重要。通信是指計算機與外界的信息傳輸，既包括計算機與計算機之間的傳輸，也包括計算機與外部設備，如終端、打印機和磁盤等設備之間的傳輸。 串行通信簡介 串行通信的基本概念在通信領域內，有兩種數據通信方式：并行通信和串行通信。：（a）圖為并行通信示意圖，（b）圖為串行通信示意圖。 并行通信與串行通信示意圖接收端發(fā)送端接收端（b）串行通信發(fā)送端（a）并行通信數據數據 （b）串行通信所謂并行通信，是在一些聯絡信號的控制下，一次將8位或16位或32位數據同時傳送完畢。在并行通信中，傳輸線的數目沒有限制，除了數據線之外還應設置有通信聯絡控制線。但是當要傳輸的距離比較遠時，一般不能使用并行通信，其原因基于以下兩點：一是通信線路費用昂貴；二是由于眾多的連線間極易引入干擾，又容易發(fā)生線路故障，使整個系統的可靠性變得十分脆弱。如果采用兩條線，即一條通信線加上一條地線來進行單向通信，傳送的信息(數據信息和控制信息)一次傳送一位，如8位的數據信息分8次傳送完畢，這種方式稱為串行通信。最簡單的信息傳送方式，應該就是用一條信號線路來傳送電壓的變化而達到傳送信息的目的。只要準備溝通的雙方事先定義好什么樣的狀態(tài)代表什么樣的意思，那么通過這一條線就可以讓雙方進行數據交換。 串行通信的方式由于信息在一個方向上傳輸只占用一根傳輸線，而這根線上既傳送數據，又傳送聯絡信號，因為此為區(qū)分這根線傳送的信息流中，哪一部分是聯絡信號，哪一部分是數據，就必須引出串行通信的一系列約定。于是，在串行通信中就有異步通信和同步通信兩種基本串行通信方式。（1）異步通信 異步方式通信ASYNC（Asynchronous Data Communication），又稱起止式異步通信，是計算機通信中最常用的數據信息傳輸方式。它是以字符為單位進行傳輸的，字符之間沒有固定的時間間隔要求，而每個字符中的各位則以固定的時間傳送。收、發(fā)雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設置的起始位和停止位。在一個有效字符正式發(fā)送前，發(fā)送器先發(fā)送一個起始位，然后發(fā)送有效字符位，在字符結束時再發(fā)送一個停止位，起始位至停止位構成一幀[2]。D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1/0 1011D0O0第n個字符停止位奇偶校驗位位8位數據位起始位 異步通信一幀數據格式 a）起始位：起始位必須是持續(xù)一個比特時間的邏輯“0”電平，標志著傳送一個符的開始。b）數據位為58位，它緊跟在起始位之后，是被傳送字符的有效數據位。傳送時先傳送字符的低位，后傳送字符的高位。數據位究竟是幾位，可由硬件或軟件來設定。c）奇偶校驗位：奇偶校驗位僅占一位，用于進行奇校驗或偶校驗，也可以不設奇偶校驗位。d）停止位：停止位為1位、可由軟件設定。它一定是邏輯“1”電平，標志著傳送一個字符的結束。e）空閑位：空閑位表示線路處于空閑狀態(tài)，此時線路上為邏輯“1”電平?？臻e位可以沒有，此時異步傳送的效率為最高。（2）同步通信 一幀信息01111110 A C I FC 01111110開始標志 地址位 控制位 數據位（0n位）16位CBC校驗碼 結束標志 同步通信一幀數據格式同步通信是一種連續(xù)串行傳送數據的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同，通常含有若干個數據字符。它們均由同步字符、數據字符和校驗字符（CRC）組成。其中同步字符位于幀開頭，用于確認數據字符的開始。數據字符在同步字符之后，個數沒有限制，由所需傳輸的數據塊長度來決定；校驗字符有1到2個，用于接收端對接收到的字符序列進行正確性的校驗。同步通信的缺點是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴格的同步[2]。同步通信中使用的數據格式根據所采用的控制規(guī)程（通信雙方就如何交換信息所建立的一些規(guī)定和過程稱為通信控制規(guī)程）又可分為面向字符型和面向位（比特）型兩種。 面向字符型的數據格式又有單同步、雙同步、外同步之分。 a）單同步：發(fā)送方先傳送1個同步字符，再傳送數據塊，接收方檢測到同步字符后接收數據；b）雙同步：發(fā)送方先傳送2個同步字符，再傳送數據塊，接收方檢測到同步字符后接收數據；c）外同步：用一條專用線來傳送同步字符，以實現收發(fā)雙方同步操作。同步傳送，接收和發(fā)送時鐘對于收、發(fā)雙方之間的數據傳送達到同步是至關重要的。在發(fā)送方，一般都是在發(fā)送時鐘的下降沿將數據串行移位輸出；在接收方，一般都是在接收時鐘的上升沿將數據串行移位輸入。 （3）串行通信的傳送方向 串行通信在兩個站（或設備）之間傳送，有單工、半雙工、全雙工三種形式。 a）單工：僅能進行一個方向的傳送，即A只能作為發(fā)送器，B只能作為接收器。AB 單工形式b）半雙工：交替地進行雙向數據傳送，但兩個設備之間只有一根傳輸線，因此兩個方向的數據傳送不能同時進行。發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器 半雙工形式c）全雙