【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 起止式異步傳輸格式RS232C中規(guī)定：邏輯“1”的電平為3~15V，邏輯“0”的電平為+3~+15V，將這種電平信號(hào)直接傳送的最大距離為30m，與調(diào)制解調(diào)器相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳送，在小系統(tǒng)中可以采用三線制總線傳送：發(fā)送數(shù)據(jù)線、接受數(shù)據(jù)線和一個(gè)信號(hào)地線。本系統(tǒng)中上、下機(jī)間的實(shí)際距離小于30m，采用信號(hào)直接傳送，傳送格式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)位，1位停止位，波特率默認(rèn)位9600bps。由于RS232C通訊協(xié)議中自身不包含地址信息，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用將對(duì)下位機(jī)編址，即利用一個(gè)字節(jié)作為上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制命令。格式如表41。表41 數(shù)據(jù)格式D7D6D5D4D3D2D1D0其中各位的意義為：D1 D00 1 下位機(jī)發(fā)送拉伸位移數(shù)據(jù)1 0 下位機(jī)發(fā)送拉力數(shù)據(jù)1 1 鎖存當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)上位機(jī)完成對(duì)兩個(gè)下位機(jī)采集的拉力和拉伸長(zhǎng)度量集中處理，繪制出拉伸位移—張力的二維曲線，并對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算得到 “最大拉伸長(zhǎng)度”、“張力波動(dòng)區(qū)間”和張力波動(dòng)方差三個(gè)值，經(jīng)過(guò)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行比較判斷是否合格，若合格則輸出“是”，若不合格則輸出“否”。上位機(jī)的軟件由C++語(yǔ)言基于MFC在Visual studio 2010平臺(tái)編寫，主要分為以下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示模塊、數(shù)據(jù)的分析處理、數(shù)據(jù)的判斷。該部分負(fù)責(zé)對(duì)下位機(jī)的控制與數(shù)據(jù)的接收。發(fā)送控制控制下位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的鎖存、發(fā)送，下位機(jī)數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)對(duì)其進(jìn)行接收。在實(shí)際應(yīng)用中，常常要遇到PC機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)通信的問(wèn)題。由于PC機(jī)和單片機(jī)都具有串口，因此經(jīng)常使用串口完成二者之間的數(shù)據(jù)交換。這就需要在PC端設(shè)計(jì)相應(yīng)的串口通信程序。本設(shè)計(jì)中主要在Windows環(huán)境下編寫產(chǎn)口通信程序的。在Windows環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信，必須使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請(qǐng)要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關(guān)閉串口）。在Windows的系統(tǒng)函數(shù)中，均包含了支持通信中斷的功能。對(duì)串口通信而言，Windows為相應(yīng)的串口設(shè)備開放了用戶定義的輸入輸出緩沖區(qū)，應(yīng)用程序只能對(duì)輸入/輸出緩沖區(qū)進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)進(jìn)出串口的操作均由后臺(tái)完成。已接收為例，系統(tǒng)每接受到一個(gè)字符就產(chǎn)生一個(gè)低級(jí)的硬件中斷，系統(tǒng)的串口驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒔邮艿降淖址腿胼斎刖彌_區(qū)，此時(shí)應(yīng)用程序就可以通過(guò)訪問(wèn)輸入緩沖區(qū)得到接受到的字符信息。Windows為用戶提供了串行通信的3種方法：（1） 使用串口通信空間。針對(duì)串口通信，微軟公司專門提供了MSComm或SPComm等通信控件，使用該控件進(jìn)行串口通信設(shè)計(jì)是十分方便的，程序員不必花時(shí)間去了解復(fù)雜的API函數(shù)。通過(guò)簡(jiǎn)單的修改控件的屬性和使用控件提供的方法，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的配置、完成串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。（2） 使用Windows的API應(yīng)用程序接口。Windows中串口是以文件的形式被打開和訪問(wèn)的。串口和串口通信驅(qū)動(dòng)需要使用設(shè)備控制塊進(jìn)行配置。應(yīng)用程序使用API函數(shù)CreateFile打開串口，ReadFile讀串口，CreateEvent建立事件對(duì)象和CloseHandle關(guān)閉串口。（3） 使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL。自己編寫端口驅(qū)動(dòng)程序或使用第三方提供的DLL例程。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是一些過(guò)程或者函數(shù)的集合。這些過(guò)程或函數(shù)在程序運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)地鏈接到應(yīng)用程序，而不是在編譯期間靜態(tài)的連接到可執(zhí)行文件。由于使用串口控件進(jìn)行串口開發(fā)極為方便。MSComm是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單方法。在串口編程中，使用MSComm控件非常方便，僅需要通過(guò)簡(jiǎn)單的修改控件的屬性和使用控件提供的方法，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的配置，完成串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的任務(wù)。MSComm控件有許多屬性，其中一些重要的屬性如下：CommPort 設(shè)置串口號(hào)，Short類型。當(dāng)其設(shè)置為1時(shí)，表示選擇COM1串口；設(shè)置為2時(shí)，表示COM2串口。Settings 設(shè)置串口通信參數(shù)，CString類型。其格式為“B,P,D,S”B表示波特率，P表示奇偶校驗(yàn)，D表示字節(jié)有效位，S表示停止位。PortOpen 設(shè)置或返回通信口得狀態(tài)，Bool類型。當(dāng)設(shè)置為TRUE時(shí)，表示打開串口；當(dāng)設(shè)置為FALSE時(shí)，表示關(guān)閉串口。InputMode 設(shè)置從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的格式，Long類型。該屬性的設(shè)置使程序能方便地選擇從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的格式。當(dāng)設(shè)置為0時(shí)，表示選擇字符串格式；當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，表示選擇二進(jìn)制格式。此屬性對(duì)于單片機(jī)同喜尤為重要。Input 從接受緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，Variant類型。Output 向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，Variant類型。InBuffer Size 接收緩沖區(qū)中的大小，Short類型。InBuffer Count 接收緩沖區(qū)字節(jié)數(shù)，Short類型。該屬性用于查詢方式接收。OutBuffer Size 發(fā)送緩沖區(qū)中的大小，Short類型。OutBuffer Count 發(fā)送緩沖區(qū)字節(jié)數(shù)，Short類型。該屬性用于查詢方式發(fā)送。InputLen 設(shè)置或返回Input每次讀出的字節(jié)數(shù)，Short類型。CommEvent 串口事件，Short類型。由于數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，所以本設(shè)計(jì)將從下位機(jī)得到的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在文本中，這樣不但可以方便打印、數(shù)據(jù)提取，當(dāng)需要是也可以對(duì)其進(jìn)行分析、處理。這部分用MFC基于可視化軟件開發(fā)，主要開發(fā)一個(gè)顯示窗口，用來(lái)顯示一個(gè)二維坐標(biāo)，拉力為Y坐標(biāo)軸，拉伸位移為X坐標(biāo)軸，將接受到的數(shù)據(jù)以點(diǎn)的形式顯示在相應(yīng)的坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)，并繪制兩條直線將次區(qū)域區(qū)分開?？梢酝ㄟ^(guò)點(diǎn)的分布情況分析恒力彈簧在某個(gè)范圍內(nèi)是否合格。該窗口還顯示出實(shí)際計(jì)算的參數(shù)和輸入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：最大拉伸長(zhǎng)度、張力波動(dòng)區(qū)間、張力波動(dòng)方差。最后一個(gè)操作按鈕實(shí)現(xiàn)計(jì)算出的實(shí)際參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的對(duì)比，得出該彈簧是否合格。此模塊主要用來(lái)分析、計(jì)算顯示模塊中需要顯示的參數(shù)。通過(guò)逐次檢索、比較接收到的拉伸位移，得出最大的數(shù)值，該數(shù)值即彈簧的最大拉伸長(zhǎng)度。通過(guò)比較接受到的拉力數(shù)據(jù)，得出最大值和最小值，最大值和最小值區(qū)域極為張力的波動(dòng)區(qū)間。最后計(jì)算接受到的拉力值的方差。將這些值保存在相應(yīng)的變量中，以便顯示和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的對(duì)比，之后得出彈簧的特性以及對(duì)彈簧的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模共缓细竦膹椈稍谛薷暮蟮臉?biāo)準(zhǔn)中可在此利用。該模塊中，先輸入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，然后根據(jù)實(shí)際計(jì)算出的參數(shù)進(jìn)行分析、判斷，從而的出彈簧是否合格。5人機(jī)交互與系統(tǒng)測(cè)試為了更好的實(shí)現(xiàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)的接收和處理，本設(shè)計(jì)專門開發(fā)了一個(gè)可執(zhí)行應(yīng)用程序Shows。在Shows中可實(shí)現(xiàn)上文提到過(guò)的顯示模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、判斷模塊、數(shù)據(jù)的傳輸模塊、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊，其軟件流程圖如圖51所示。圖51 上位機(jī)軟件流程圖由于該應(yīng)用程序大部分功能為接受數(shù)據(jù)的坐標(biāo)圖形顯示和經(jīng)過(guò)后臺(tái)處理后對(duì)數(shù)據(jù)的顯示，因此以Shows命名的。它的工作是向下位機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，然后將下位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)以曲線形式繪制在二維坐標(biāo)上，與此同時(shí)計(jì)算出改組數(shù)據(jù)的相關(guān)實(shí)測(cè)參數(shù)，當(dāng)輸入一組參考指標(biāo)之后即可以判斷該組數(shù)據(jù)是否合格。Shows應(yīng)用程序的主界面見圖52。圖52 應(yīng)用程序界面為了使用戶更方便也更熟悉的掌握該軟件所擁有的功能以及對(duì)其的應(yīng)用，在此將Shows應(yīng)用程序界面分解成A、 B、C三個(gè)部分，以便于接下來(lái)對(duì)每個(gè)部分做出最詳細(xì)的解釋。Shows界面分解見圖53。(1) A部分。這部分屬于管理員操作的，在工業(yè)機(jī)器的操作中，一般生產(chǎn)線工人很少涉及到的操作就交給管理員操作，由于這些操作不當(dāng)可能會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。這部分有需要管理員輸入正確的口令和密碼后可以登陸到內(nèi)部的管理員操作界面。管理員操作界面見圖54。管理員操作界面包括六個(gè)操作項(xiàng)，張力端口號(hào)和位移端口號(hào)分別表示接受張力數(shù)據(jù)和接受拉伸位移數(shù)據(jù)所需要的端口號(hào)，默認(rèn)情況下，張力端口為COM1，位移端口為COM3，如果需要?jiǎng)e的端口號(hào)點(diǎn)擊下拉列表進(jìn)行選擇，每個(gè)端口可供選擇的范圍為COM1^COM32。兩個(gè)端口用的波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位，因此這四項(xiàng)設(shè)置每項(xiàng)都是被兩個(gè)端口共享的。波特率默認(rèn)位9600bps，如果需要可點(diǎn)擊下拉列表進(jìn)行選擇，下拉列表中列出了常用的波特率參數(shù)。校驗(yàn)位默認(rèn)位N（無(wú)校驗(yàn)位），如果需要校驗(yàn)位可點(diǎn)擊下拉列表進(jìn)行選擇，下拉列表中列出了E（偶）、O（奇）校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)位默認(rèn)位8為，可以在下拉列表中選擇8位。停止位默認(rèn)為一位，可在下拉列表選擇2位設(shè)置停止位參數(shù)。設(shè)置完畢各個(gè)選項(xiàng)之后（注意：在設(shè)置端口號(hào)時(shí)，確定該軟件運(yùn)行的硬件平臺(tái)有設(shè)置的端口號(hào)，兩個(gè)端口號(hào)不能重復(fù)，否則會(huì)出錯(cuò)）按“確定”按鈕即可完成設(shè)置，該對(duì)話框即退出。圖53 界面分解圖圖54 管理員操作界面(2) B部分。該部分包含一個(gè)二維坐標(biāo)和一個(gè)彈簧模擬圖形。當(dāng)按C部分中的“數(shù)據(jù)請(qǐng)求”按鈕時(shí)，程序通過(guò)兩個(gè)串口向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，下位機(jī)接受到該指令后會(huì)立刻將自己鎖存的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)又通過(guò)發(fā)送指令的那兩個(gè)串口接收發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，一邊接受數(shù)據(jù)一邊通過(guò)該部分下方的彈簧模擬圖模擬彈簧拉伸狀態(tài)實(shí)現(xiàn)外觀上的實(shí)時(shí)性，可以使用戶方便的知道數(shù)據(jù)接收的時(shí)刻狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢時(shí)模擬彈簧拉伸到最大長(zhǎng)度，這是點(diǎn)擊C部分的“數(shù)據(jù)處理”按鈕，該部分的坐標(biāo)圖上會(huì)繪制出數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的二維曲線圖，該坐標(biāo)的Y坐標(biāo)軸表示張力，^10N，X坐標(biāo)軸表示位移,顯示范圍為0^50mm。(3) C部分。這部分較復(fù)雜，包含的內(nèi)容也較多。“數(shù)據(jù)請(qǐng)求”按鈕主要向下位機(jī)發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的控制?！皵?shù)據(jù)處理”按鈕將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線繪制、處理，并將處理結(jié)果作為實(shí)測(cè)參數(shù)在“實(shí)測(cè)參數(shù)”部分顯示出來(lái)以供參考和分析。“實(shí)測(cè)參數(shù)”部分包含最大拉伸長(zhǎng)度、張力波動(dòng)方差、張力波動(dòng)區(qū)間。最大拉伸長(zhǎng)度在程序中通過(guò)比較的方法，找出拉伸長(zhǎng)度中最大數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。張力波動(dòng)方差是先求出張力數(shù)據(jù)的平均值，然后求出方差值，此過(guò)程雖然簡(jiǎn)單，但計(jì)算次數(shù)繁瑣，尤其是數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，編寫這部分的算法時(shí)花了翻小功夫。張力波動(dòng)區(qū)間在程序的實(shí)現(xiàn)中通過(guò)比較，找出張力的最大值和最小值?！皡⒖贾笜?biāo)”和“實(shí)測(cè)參數(shù)”中的內(nèi)容一樣，不同的是這部分的參數(shù)由用戶自己填寫，寫入的內(nèi)容都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢