【導(dǎo)讀】數(shù)控機(jī)床加工中，常需要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行熱誤差計(jì)算并實(shí)現(xiàn)熱誤差補(bǔ)償，通過(guò)熱誤。因此,研究一種基于串行通信的多路。產(chǎn)效率有著重要的意義。通信，使用上位機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和溫度的顯示等。溫度的測(cè)量精度低于℃。顯示，采用溫度傳感器TC1047進(jìn)行溫度采集。將溫度傳感器輸出的電壓通過(guò)RC濾波電。RS232串口發(fā)送到LABVIEW編寫的上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。采集速率以及設(shè)定報(bào)警溫度上限，將采集到的數(shù)據(jù)以TXT或XLS格式存儲(chǔ)到電腦中。的制作和調(diào)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)穩(wěn)定性和可行性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果。

　　

【正文】 樣才能獲取正確的數(shù)據(jù)。下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀包括 3個(gè)部分，包括 2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)幀頭、 4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)和 1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)幀尾。將讀取的字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，再對(duì)數(shù)組里的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀解析，得出想要的數(shù)據(jù)。在程序設(shè)計(jì)中通過(guò)編寫數(shù)據(jù)幀解析子 VI來(lái)供主程序調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)幀解析程序采用公式節(jié)點(diǎn) 來(lái)設(shè)計(jì)。 公式節(jié)點(diǎn)在程序中相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)運(yùn)算子程序，可以在公式結(jié)點(diǎn)中進(jìn)行類似于 C語(yǔ)言的編程，這樣可以大大減小程序的開發(fā)難度。公式節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行參數(shù)的輸入和輸出，參數(shù)的傳遞通過(guò)輸入變量和輸出變量來(lái)傳遞。在子 VI中設(shè)計(jì)兩個(gè)輸入?yún)?shù)變量，其中一個(gè)參數(shù)變量是數(shù)組，另一個(gè)參數(shù)變量是數(shù)組的長(zhǎng)度，在程序中對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀解析。首先對(duì)數(shù)組的第一個(gè)元素進(jìn)行查找，在數(shù)組長(zhǎng)度范圍內(nèi)，若找到兩個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 報(bào)告用紙 第 22 頁(yè) 共 45 頁(yè) 幀幀頭，并且數(shù)組的下標(biāo)加 4后的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)幀的幀尾，則數(shù)組幀頭和幀尾之間的四個(gè)字節(jié)即為下位機(jī)發(fā)送的 4路采集到的數(shù)據(jù)， 4個(gè)字節(jié)數(shù) 據(jù)的通道分別與下位機(jī)發(fā)送時(shí)的通道相對(duì)應(yīng)。公式節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)如圖 47所示。 圖 47 公式節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀解碼 數(shù)據(jù)處理和顯示 將數(shù)據(jù)幀解碼得到的 4路數(shù)據(jù)計(jì)算出電壓值，再通過(guò)電壓值計(jì)算出相應(yīng)的溫度值，并通過(guò)溫度值計(jì)算出熱誤差，數(shù)據(jù)處理子 VI如圖 48所示。 圖 48 數(shù)據(jù)處理子 VI 各通道數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理之后，就可以將數(shù)據(jù)輸出到人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，用波形；用波形圖表用來(lái)顯示實(shí)時(shí)溫度變化曲線，用強(qiáng)度圖表中顏色的淺深來(lái)表示溫度的高低，同時(shí)在人機(jī)交互界面上顯示出各通道的溫度數(shù)值和 熱變形誤差。如圖 49所示為波形圖表和強(qiáng)度圖表。 圖 49 波形圖表和強(qiáng)度圖表 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 報(bào)告用紙 第 23 頁(yè) 共 45 頁(yè) 波形圖表是顯示一條或多條曲線的特殊數(shù)值顯示控件，一般用于顯示以恒定速率采集到的數(shù)據(jù)。波形圖表會(huì)保留來(lái)源于此前更新的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。 如需在一次更新中向每條曲線傳送多個(gè)點(diǎn)，可將一個(gè)數(shù)值簇?cái)?shù)組連接到波形圖表 ， 每個(gè)數(shù)值代表各條曲線的單個(gè) y值點(diǎn)。 在 設(shè)計(jì)中需要 向波形圖表傳送多條曲線的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)捆綁為一個(gè)標(biāo)量數(shù)值簇，其中每一個(gè)數(shù)值代表各條曲線上的單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) ，這樣就可以在波形圖表上同時(shí)顯示多條實(shí)時(shí)溫度曲線。 與波形圖 表一樣，強(qiáng)度圖表也有一個(gè)來(lái)源于此前更新而產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。由于強(qiáng)度圖表將顏色作為第三個(gè)維度，因此一個(gè)類似于顏色梯度控件的標(biāo)尺可定義強(qiáng)度圖表的范圍和數(shù)值到顏色的映射 。 在強(qiáng)度圖表上繪制一個(gè)數(shù)據(jù)塊以后，笛卡爾平面的原點(diǎn)將移動(dòng)到最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊的右邊。圖表處理新數(shù)據(jù)時(shí)，新數(shù)據(jù)出現(xiàn)在舊數(shù)據(jù)的右邊。如 果圖表顯示已滿， 則舊數(shù)據(jù)將從圖表的左邊界移出。 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取主要是通過(guò)寫入文本文件和讀取文本文件這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)完成。寫入文本文件節(jié)點(diǎn)如圖 410所示，將文件路徑設(shè)計(jì)為選擇路徑輸入，在 進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集時(shí)可 圖 410 寫入文本文件節(jié)點(diǎn) 以在人機(jī)交互界面上選擇數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)的路徑。讀取文本文件是用于讀取存儲(chǔ)的歷史數(shù) 據(jù)，如圖 411所示。 圖 411 讀取文本文件節(jié)點(diǎn) 設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)按下按鈕來(lái)讀取文件里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并在人機(jī)交互界面的歷史數(shù)據(jù)界面上顯示出歷史數(shù)據(jù)，包括歷史溫度曲線圖、歷史溫度強(qiáng)度圖和歷史時(shí)間對(duì)應(yīng)的溫度值。 為了方便數(shù)據(jù)的分析，人機(jī)交互界面專門有一個(gè)是用來(lái)讀取歷史數(shù)據(jù)的，其程序設(shè)計(jì)如 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 報(bào)告用紙 第 24 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 412所示。 圖 412 讀取歷史數(shù)據(jù)顯示程序 采集速率和 溫度報(bào)警 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，數(shù)據(jù)采集過(guò)快或者過(guò)慢都不方便對(duì)的數(shù)據(jù)的觀察和分析，在程序設(shè)計(jì)中可以讓用戶可以在人機(jī)交互界面上設(shè)定想要的采集速率；其次就在不同的場(chǎng)合，溫度最高上限也不一樣，同樣在設(shè)計(jì)中出應(yīng)該考慮到用戶可以設(shè)定不同的溫度報(bào)警上限值。其中，溫度報(bào)警程序如圖 413所示。在程序設(shè)計(jì)中 使用條件結(jié)構(gòu)來(lái)判斷是否執(zhí)行報(bào)警程序，將各路采集到的溫度度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，若有其中一路溫度值超過(guò)了設(shè)定的溫度值，則條件結(jié)構(gòu)判斷為真，則執(zhí)行報(bào)警程序。在報(bào)警程序中實(shí)現(xiàn)報(bào)警聲的輸出及報(bào)警指示燈每隔 200毫秒紅綠燈 進(jìn)行交替閃爍，當(dāng) 4路溫度值都與設(shè)定的溫度值低時(shí)，則條件結(jié)構(gòu)判斷為假，則報(bào)警程序不執(zhí)行，這樣就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 圖 413 溫度報(bào)警程序 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 報(bào)告用紙 第 25 頁(yè) 共 45 頁(yè) 5 原理圖電路仿真 為了更進(jìn)一步確保本方案設(shè)計(jì)的可以行，在進(jìn)行硬件電 路實(shí)物的制作之前，先通過(guò)使用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行軟件仿真。 設(shè)計(jì)仿真主要使用 Proteus仿真軟件和虛擬串口軟件。 下位機(jī)硬件電路仿真原理圖如圖 51所示，圖中只畫出了 4路放大電路中其中的 1路放大電路，其它 3路放大與其完全相同。仿真時(shí)另外三路放大器的電壓輸出用三個(gè)滑動(dòng)變阻器來(lái)模擬溫度傳感器經(jīng)放大后 的電壓輸出。在上圖的仿真原理圖中只實(shí)現(xiàn)了溫度傳感器、放大電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路和 LCD1602顯示電路的仿真，而串口通信并未實(shí)現(xiàn)仿真。在進(jìn)行串口通信仿真時(shí)，首先需要安裝一個(gè)虛擬串口軟件 VSPD XP 5，安裝成功后打開 如 圖 51 硬件電路仿真原理圖 圖 52所示， 會(huì)虛擬出兩個(gè)串口 COM1和 COM2，通過(guò)這兩個(gè)虛擬串口，就可以實(shí)現(xiàn)串口通信的仿真。在進(jìn)行串口通信仿真前需要設(shè)置好仿真原理圖中的串口，其串口參數(shù)設(shè)置如圖 53所示，選擇串口號(hào) COM1，其中串口波特率為 9600,數(shù)據(jù)為 8位，停止位 1位，沒有 奇 P 3 6P 3 7P 3 3P 3 4P 3 5RX DT X DT X D RX D 1T X D1RX DRX DT X DCL KDIDOCS 1CH 1CH 2CS 2CH 3CH 4RSRWLERSRWLECS 1CL KDODICS 2CH 1CH 4CH 3CH 2D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 LX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 123456789 1R P 1RE S P A C K 8V C C2 0 .0 V O UT3U 3 0T C10 4 7 A+12V12V+12V12VE RR O RT X D3RX D2CT S8RT S7DS R6DT R4DC D1RI9P1CO M P IMT 1 IN11R1O UT12T 2 IN10R2O UT9T 1 O UT14R1I N13T 2 O UT7R2I N8C2 +4C25C1 +1C13VS+2V S 6U 1 1V C CC61uFC11uFC31uFC41uFC21uFCS1CH 02CH 13G ND4V C C8CL K7DI5DO6U2A DC 0 8 3 2CS1CH 02CH 13G ND4V C C8CL K7DI5DO6U 1 2A DC 0 8 3 2V C CV C C32674 81U 1 0O P 0 732674 81U4O P 0 732674 81U5O P 0 7 1 2 V+ 1 2 VR11kR21kR35 .1 kR44 .9 kC51 0 u fR52 0 0R61 0 kV C C81%R V 11k67%R V 21k55%R V 31k 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 報(bào)告用紙 第 26 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖52 虛擬串口 偶校驗(yàn)位。設(shè)置好這些參數(shù)之后， 還需要打開串口調(diào)試助手，串口調(diào)試助手的設(shè)置除 了串口號(hào)選擇 COM2不同外，其它設(shè)置必須與與 Proteus中串口的設(shè)置一致。設(shè)置好串口 調(diào)試助手之后，運(yùn)行仿真程序，點(diǎn)擊串口調(diào)試助手中打開串口按鈕，若可以進(jìn)行正常的串口通信，接收窗口將會(huì)顯示單片機(jī)發(fā)送來(lái)數(shù)據(jù)。串口仿真結(jié)果如圖 54所示，在仿真程序中串口發(fā)送的一幀數(shù)據(jù)一共有 7個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)幀幀頭為 0x31和 0x32，數(shù)據(jù)幀幀尾為 圖53 仿真串口參數(shù)設(shè)置 0x33,幀頭和幀尾之間的數(shù)據(jù)為 A/D采集到的數(shù)據(jù)。從下圖接收到 的數(shù)據(jù)分析可知，串口 仿真成功。同理，上位 機(jī) 串接收數(shù)據(jù)的仿真也可以通過(guò)這兩個(gè)虛擬串口進(jìn)行仿真。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 報(bào)告用紙 第 27 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 54 串口數(shù)據(jù)接收仿真 6 實(shí)物的組裝調(diào)試及軟件驗(yàn)證 實(shí)物的制作流程 下面分步驟介紹實(shí)物的制作流程： （ 1） 使用 DXP 2020 SP2軟件繪制出電路的原理圖，然后生成 PCB圖 ，由于此次硬件放大電路需要用到較多的元器件，因此為了方便布線，選擇使用雙面板布線。在制作雙面板時(shí)應(yīng)該選擇手動(dòng)布線，在布要注意適當(dāng)?shù)奶砑舆^(guò)孔，方便以后電路板的焊接。然后 對(duì) 軟件 繪制的 PCB板 圖進(jìn)行檢查，看是否存在有短路和斷路 、錯(cuò)誤連線 等一些情況的出現(xiàn)。 （ 2） PCB 圖檢查完畢后，將 PCB 圖打印出來(lái)，因?yàn)橹谱鞯?PCB 為雙面板，所以需要注意將 PCB 的頂層和底層進(jìn)行進(jìn)行對(duì)孔，并訂裝好。 在把打印的 PCB 圖印到電路板之前，先要把銅板用砂紙擦干凈，以免有雜質(zhì)影響電路圖的印制； 然后 通過(guò)熨斗將油印好的 PCB燙到覆銅板上 ,在用熨斗燙 覆銅板 時(shí)要仔細(xì)，并且毎個(gè)地方都要燙到，直到看到清晰的電路輪廓。 （ 3） 查看覆銅板上使用熨斗燙印的連線是否有脫落或者斷掉的情況出現(xiàn)，如果存在小范圍的這種情況，可以使用油性筆進(jìn)行描繪補(bǔ)齊 斷線和脫落塊，如果存在大范圍 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 報(bào)告用紙 第 28 頁(yè) 共 45 頁(yè) 的脫落時(shí)，需要將銅板沖洗干凈，重新燙印一次電路。然后腐蝕電路板，腐蝕后需要檢查是否存在有銅皮 未 腐蝕完的現(xiàn)象