【文章內(nèi)容簡介】 上位 PC 軟件設(shè)計分析 需求分析 PC 軟件應(yīng)該包括 串口通信、 人機(jī)界面、 數(shù)據(jù)顯示、 圖形 繪制 、 數(shù)據(jù)儲存 等功能。 串口 通 信 作為一種基本而又靈活方便的通信方式 ,它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制與自動控制中 ,它不僅沒有因?yàn)闀r代的進(jìn)步而遭淘汰 ,反而在規(guī)格上越來越完善 ,應(yīng)用也越來越廣泛。 本軟件就是運(yùn)用串口實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)之間的通信的。要求則是能完成數(shù)據(jù)的接收，并且可以在界面上修改串口傳輸?shù)膮?shù)。 人機(jī)界面是工業(yè)控制軟件中的重要組成部分，通過顯示器、鍵盤和鼠標(biāo) ，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話功能和操作人員對控制系統(tǒng)操作的干預(yù)。本 軟件 對人機(jī)界面的需求是界面友好，易于操作。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 16 圖形 繪制 是工業(yè)控制軟件中最重要的內(nèi)容，包括控制軟件總貌顯示、工藝流程圖畫面、系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)顯示等。 工業(yè)圖形的繪制通常是以坐標(biāo)系的形式動態(tài)地顯示圖形的變化 ，并且操作面板符合操作人員的習(xí)慣。本 軟件 對圖形界面的需求是，能夠 準(zhǔn)確 顯示拉力曲線 圖，直觀地觀察到拉力試驗(yàn)的過程 。 數(shù)據(jù)顯示 一般 用編輯框?qū)崿F(xiàn)，將試驗(yàn)的內(nèi)容以數(shù)據(jù)的形式顯示出來有利 于保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，防止由于人為 的種種原因 造成數(shù)據(jù)錯誤。本 軟件 對 數(shù)據(jù)顯示 的 要求 是可 以將試驗(yàn) 數(shù)據(jù)顯示在界面上，并能顯示是哪臺設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù) 。 數(shù)據(jù)存儲是控制軟件的重要組成部分，一般的工業(yè)控制軟件會將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，這樣有利于數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。但考慮到種種的原因，本軟件最終是將數(shù)據(jù)儲存儲在一個指定的 .TXT 文檔中，比較簡單的完成了對數(shù)據(jù)的保存。 模塊化程序設(shè)計 一個系統(tǒng)是否能夠正常地運(yùn)行，不但取決于硬件設(shè)計的合理性和可靠性，同時還要看系統(tǒng)的軟件能否可靠的運(yùn)行，軟件功能是否能夠滿足用戶的需求。工業(yè)控制軟件的開發(fā)所遵循的一個重要原則是軟件能夠很好的和硬件相配合，可靠有效地完 成對硬件的信息采集和控制。 在軟件設(shè)計過程中，當(dāng)用計算機(jī)高級語言進(jìn)行程序設(shè)計時，對于完成大規(guī)模的程序設(shè)計，往往按其問題的需要，將程序劃分成若干段去編寫?；蛘呤菍τ谀切┲貜?fù)使用的程序段，將其進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計。使其達(dá)到計算機(jī)可以重復(fù)執(zhí)行，而設(shè)計人員又不必重復(fù)去編寫的目的。這樣，可以使更多人參與編寫，同時又避免因重復(fù)設(shè)計、交叉設(shè)計產(chǎn)生的錯誤。這樣劃分的程序段落被稱為程序模塊。以特定的規(guī)則將程序模塊組合起來，這種程序設(shè)計的方式被稱為程序模塊化程序設(shè)計。各種高級語言在進(jìn)行模塊化程序設(shè)計時，雖然解決問題所采取的方式 、方法有所不同，但所要達(dá)到的目的卻是一致的，而且在其模塊的定義、調(diào)用方式、參數(shù)傳遞等等方面，其實(shí)質(zhì)性的問題也是一致的。各種計算機(jī)高級語言對于程序模塊的編寫方式和使用方法都各自的規(guī)范。模塊化結(jié)構(gòu)的程序的共同點(diǎn)是 : (l)必須有也只能有一個主控程序模塊 ； (2)程序模塊具有獨(dú)立性，主控程序可以直接或間接的調(diào)用其余的模塊 ； (3)程序模塊 (主控程序模塊 )之間也存在調(diào)用與被調(diào)用的關(guān)系 ； (4)任何一個程序模塊調(diào)用另一個程序模塊被調(diào)用的程序模塊執(zhí)行完畢后 ， 必須返回其調(diào)用程序的下一個執(zhí)行點(diǎn) ； (5)從主控程序開始，在其 內(nèi)終止。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 17 功能模塊的劃分 根據(jù)用戶需求和測試系統(tǒng)的要求，各功能模塊可劃分為： 拉力試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)接收 顯示模塊、串口參數(shù)輸入模塊、 拉力曲線繪制模塊以及一些 附加功能模塊。 如圖 圖 程序模塊結(jié)構(gòu)劃分圖 （ 1） 通信 模塊 PC機(jī)和下位機(jī)通訊時，需要設(shè)置串口端口號，串口波特率等參數(shù)。本模塊主要負(fù)責(zé)提供串口參數(shù)設(shè)置界面，用戶設(shè)置完成后點(diǎn)擊 打開串口 ，模塊將相關(guān)參數(shù)傳遞給串口控件。 （ 2）存儲 顯示模塊 設(shè)置完串口參數(shù)后，下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳送給 PC軟件 。 根據(jù)數(shù)據(jù)前的ID信息，按要求 顯示 該組的數(shù)據(jù)。 顯示模塊提供給用戶一個比較友好的界面，讓數(shù)據(jù) 更加生動直觀的顯示出來 ,同時數(shù)據(jù)將被保存在一個 .TXT文檔中 。 （ 3） 繪圖模塊 數(shù)據(jù)傳上來之后，數(shù)據(jù)顯示模塊開始顯示數(shù)據(jù)，對應(yīng)的，拉力曲線繪制模塊開始繪制拉力曲線圖。 （ 4）附加功能模塊 附加功能模塊包括， 翻看以前的數(shù)據(jù) 、清空 接收區(qū) 、 關(guān)閉程序 、 停止顯示 等功能 。在測試系統(tǒng)中起輔助作用，為軟件使用者提供更全面的功能服務(wù)。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 18 設(shè)計的思路及實(shí)現(xiàn)的方法 總體設(shè)計概述 本 軟件主要完成對多 臺拉 力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ， 繪出拉力曲線圖，被對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。 第一步：用戶使用 PC 端 軟件的人機(jī)界面對 串口的 參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 。 第二步： 打開串口，開始接收數(shù)據(jù)。每組數(shù)據(jù)最前面對應(yīng)各拉力試驗(yàn)機(jī)的 ID 號，以便確定是哪臺拉力試驗(yàn)機(jī)正在工作并上傳數(shù)據(jù) 。第三步： 軟件對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在人機(jī)界面繪圖框里繪制拉力曲線圖 。第四步： 對拉力實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，數(shù)據(jù)存放在對應(yīng)文件夾里的 ， 以便隨時查看。 編程語言的選擇 本系統(tǒng)的 PC端 軟件采用 C++作為開發(fā)語言。使用軟開發(fā)工具是 Microsoft Visual C++ ， C++在 C 語言的基礎(chǔ)上，增加了對面向?qū)ο缶幊?、類屬編程、?shù)據(jù)抽象等技術(shù)的支持，還對 C 語言進(jìn)行了非面向?qū)ο蟮臄U(kuò)充。使用 C++語言進(jìn)行程序設(shè)計可以獲得可重用性、可靠性、連續(xù)性、訪問控制、繼承性以及多態(tài)性等優(yōu)勢。 編程的步驟 確定了課題任務(wù)，軟件工作模式后經(jīng)過整理。確定了本次上位機(jī)軟件軟件開發(fā)流程步驟如圖 。 第一步： 第二步： 第三步 : 第四步： 第五步： 第六步： 圖 編程的步驟圖 確定課題任務(wù)，確定程序模塊 人機(jī)界面設(shè)計 串口通信實(shí)現(xiàn) 編寫各功能模塊程序代碼 程序調(diào)試 生成 .EXE 可執(zhí)行文件 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 19 本章小結(jié) 在本章中共分三小節(jié)分別介紹了拉力試驗(yàn)機(jī)的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、上位軟件設(shè)計分析和軟件實(shí)現(xiàn)的思路和方法。 近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越被各行各業(yè)所 接受 。由于無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有安裝方便、靈活性強(qiáng)、綜合成本低、性價比高和易擴(kuò)展、易維護(hù)等特性， 使得 逐漸被廣大用戶所青睞 。本次課題中的拉力試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用的 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種相比于 wifi和藍(lán)牙等一些常見的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更有競爭力的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 軟件設(shè)計分析則從軟件的需求講起，分析了用戶 需求和需要具有的功能。通過分析找到了適合本次課題的軟件設(shè)計方法，即模塊化程序設(shè)計。此小節(jié)介紹了模塊化程序設(shè)計的概念和特點(diǎn)，最后將本次的軟件設(shè)計分為四個模塊實(shí)現(xiàn)，在下面的章節(jié)里將講到具體的實(shí)現(xiàn)方法。 第三小結(jié)主要講解了本次軟件設(shè)計的思路及實(shí)現(xiàn)方法，簡單介紹了 C++用于編寫上位機(jī)軟件的優(yōu)勢。最后給出了軟件編程的步驟圖。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 20 第三章 上位軟件的具體設(shè)計 軟件總體流程圖 圖 軟件運(yùn)行的總體流程圖接收下位機(jī)信息 開始 設(shè)置串口 并打開串口 接收請求消息 結(jié)束 N 接收數(shù)據(jù)，顯示并繪圖 **START？ 顯示設(shè)備號 準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) Y END? Y N 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 21 串口通信的實(shí)現(xiàn) 隨著計算機(jī)的普及，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多微機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，盡管當(dāng)今 USB 通信技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，然而串口通信技術(shù)始終以其連接簡便，價格低廉，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在計算機(jī)通信領(lǐng)域占有一席之地。 本次畢業(yè)設(shè)計所采用就是 串行通信 (Serial Communication )的方式。 VC++是新一代面向?qū)ο蟮目梢暬_發(fā)工具，提供了良好的界面設(shè)計能力，在 PC 機(jī)的串口通信方面有很強(qiáng)的功能。對于從事機(jī)械行業(yè)的人來說，熟悉基于 RS232 串口通信的高級語言編程方法顯得十分 必要的 。 目前 Win32 中基于 VC + + 6. 0 的常用串口通信程序一般可以用兩種方法實(shí)現(xiàn) : ①利用 MSComm ActiveX 串行通信控件 。 ②使用 Win2dows API 通信函數(shù)。雖然在 Windows 下 Win32API 提供了使用文件操作方式的函數(shù)進(jìn)行串口操作的方法，但是在編程實(shí)現(xiàn)上還是比較復(fù)雜。 Windows 平臺先進(jìn)的 ActiveX 技術(shù)使得對串口編程不再需要處理煩瑣的細(xì)節(jié)。利用已有的 AxtiveX 控件，只需要編寫少量的代碼，就可以輕松高效地完成任務(wù)。因此程序 員不需要花時間去了解復(fù)雜的API 函數(shù)，只需要利用 MSComm 控件就可實(shí)現(xiàn)串口編程。 MSComm 控件簡介 MSComm 通信控件 是微軟公司開發(fā)的專門用于串行通信的控件。它是高級語言編寫的串行通信程序和 PC串口之間的橋梁。通過這個橋梁，使得開發(fā)串口通信程序的工作變得簡單容易。設(shè)置幾個控件屬性，然后添加控件的事件響應(yīng)代碼，就可以使串口按照要求進(jìn)行工作。 MSComm控件的大部分控件屬性是可讀可寫的。當(dāng)對其進(jìn)行寫入操作時，是在設(shè)置屬性的新值。當(dāng)讀屬性時，可以讀出該屬性的當(dāng)前設(shè)置值。在 Visual C++中，對控件的屬性設(shè)定都是通過特定的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，這些函數(shù)都是 CMSComm類的成員函數(shù)，當(dāng)聲明了一個 CMSComm類的實(shí)例后，就可以對該實(shí)例使用“ .”操作符加成員函數(shù)的方法來訪問控件的屬性了。 在使用串口對象之前，首先要了解一下控件的一些屬性。 下面介紹一些本次畢業(yè)設(shè)計用到的，比較常用的 MSComm控件的屬性， 圖 。 CommPort 屬性 通過設(shè)置該屬性值，可以決定串口通信使用的串口編號。讀取該屬性值可以獲取當(dāng)前程序使用的串口編號。使用如下兩個函數(shù)來操作該屬性： Void SetCommport(short nNewValue)。 //設(shè)置串口編號 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 22 Short GetCommPort()。 //返回正在使用的串口編號 nNewValue可以設(shè)置成從 1~16 的任何數(shù) (默認(rèn)值為 1),對應(yīng)使用的串口號為COM1~ PortOpen 屬性打開一個并不存在的端口時， MSComm 控件會產(chǎn)生錯誤 68(設(shè)備無效）。打開串口之前必須設(shè)置好串口號。 Settings 屬性 該屬性用于設(shè)置并返回數(shù)據(jù)傳輸速率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)比特 、停止比特參數(shù)。使用如下兩個函數(shù)來操作該屬性： void SetSettings(LPCTSTR lpszNewValue) ， // 設(shè)置通信參數(shù)，由lpszNewValue來表示 CString GetSettings()； //讀取當(dāng)前串口通信參數(shù) 使用字符串類型來設(shè)置該屬性， lpszNewValue的格式如下： BBBB,P,D,S 其中 BBBB是波特率（ 9600為默認(rèn)值）， P為奇偶效驗(yàn)類型（ N為默認(rèn)值）， D為數(shù)據(jù)位數(shù)（ 8為默認(rèn)值）， S為停止位數(shù)（ 1為默認(rèn)值） 例如 執(zhí)行 (9600,N,8,1)。 //將串口 波 特率設(shè)置為9600bps，無校驗(yàn)， 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位。 PortOpen屬性 設(shè)置該屬性可以打開或關(guān)閉串口。使用如下兩個函數(shù)來操作該屬性； void SetPortOpen（ BOOL bNewValue）； //打開或關(guān)閉串口 BOOL GetPortOpen（）； //讀取串口狀態(tài)，即狀態(tài)為打開還是關(guān)閉 由 bNewValue決定打開還是關(guān)閉串口，為 FLASH時為關(guān)閉 串口。在使用串口之前應(yīng)通過設(shè)置該屬性來打開串口，而退出串口通信時應(yīng)該關(guān)閉串口，以釋放程序占用的串口資源。 InPut屬性 通過操作該屬性值可以從串口通信輸入緩存區(qū)來獲取數(shù)據(jù)。使用如下函數(shù)來操作該屬性； VARIANT GetInput（）； 執(zhí)行該函數(shù)后，返回并刪除接收緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)。默認(rèn)情況下讀取緩存區(qū)里南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 23 的全部內(nèi)容，若設(shè)置 InputLen屬性值大于 0，則讀取的字符數(shù)量由 InPutLen屬性值決定。 InPutLen屬性 當(dāng)使用 GetInput（）函數(shù)從輸入緩存區(qū)讀讀取數(shù)據(jù)時，該屬性決定了一次讀取的字節(jié)數(shù)。 使用如下函數(shù)來操作該屬性： void SetInputLen（ short nNewValue）； //設(shè)置輸入緩存區(qū)中一次讀出的字節(jié)數(shù) Short Get