摘 要：介紹了礦井環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了基于Visual Basic平臺(tái)的虛擬儀器系統(tǒng)，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡采集從各種傳感器來(lái)的信號(hào)，通過(guò)PCI總線傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)中的軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。介紹了數(shù)據(jù)采集卡的功能和使用方法，詳細(xì)分析了VB程序控制的數(shù)據(jù)采集卡對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的過(guò)程。用VB 開(kāi)發(fā)監(jiān)控程序，效率高、成本低、運(yùn)行可靠。

關(guān)鍵詞：VB；數(shù)據(jù)采集卡；OCX；虛擬儀器

中圖分類號(hào)：TP274+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0307803

Design of Mine Monitoring System Based on Visual Basic

YU Yue，LV Zhen，WANG Shuxian

(College of Electrical and Control，Liaoning Technical University，Huludao，125105，China)

Abstract：This paper introduces structure about a monitor system which will be used on the environment on mine，constructes a virtual instrument system on Visual Basic language.The system uses DAQ card to acquire physical signal coming from various sensors ，then transmittes the signal to computer by PCI BUS.The data is analyzed and processed by the software system.And introduces function about the data collecting system and how to use it，analys particularly data acquisition and control of signal with VB program design a monitoring program with Visual Basic language will get high efficiency，low cost and reliable operation.

Keywords：VB；data acquisition card；OCX；virtual instrument system

1 引 言

煤炭工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，瓦斯災(zāi)害事故多發(fā)，設(shè)計(jì)出好的礦井監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和礦工的生命安全都有著舉足輕重的作用。

可視化語(yǔ)言Visual Basic簡(jiǎn)單易學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控的要求。本系統(tǒng)采用Visual Basic語(yǔ)言建立虛擬儀器平臺(tái)，用VB語(yǔ)言控制數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，再發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)直接參與被監(jiān)控對(duì)象的檢測(cè)、監(jiān)督和控制，從而設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便、傳輸速率高、抗干擾性強(qiáng)的礦井計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2 礦井監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

礦井監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：井下傳感器、井下分站、地面中心站及信息傳輸通道等。井下監(jiān)測(cè)傳感器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)井下的環(huán)境參數(shù)(監(jiān)測(cè)煤礦井下各種有毒有害氣體及工作面的作業(yè)條件)和對(duì)生產(chǎn)的監(jiān)控(監(jiān)控井上、下主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種生產(chǎn)參數(shù)和重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù))參數(shù)的測(cè)量。將測(cè)量參數(shù)值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，井下分站位于井下監(jiān)測(cè)傳感器較集中的地方，負(fù)責(zé)匯集井下各個(gè)傳感器傳來(lái)的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換處理后以適當(dāng)?shù)男问较虻孛嬷行恼緜鬏?，同時(shí)接收地面中心站的控制命令執(zhí)行報(bào)警、斷電等功能，同時(shí)負(fù)責(zé)向井下傳感器供電，井下分站有備用電源，在電網(wǎng)停電時(shí)不響應(yīng)系統(tǒng)正常運(yùn)行。也可以不設(shè)置井下分站，將傳感器通過(guò)總線直接與地面中心站連接。地面監(jiān)測(cè)中心是井上工作人員了解井下情況的主要通道，負(fù)責(zé)把井下各個(gè)分站采集的數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地反映給監(jiān)測(cè)人員并對(duì)井下的工作環(huán)境進(jìn)行評(píng)估和決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制。

3 利用Visual Basic實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)在礦井監(jiān)控中的應(yīng)用

該監(jiān)控系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是以工業(yè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置(傳感器)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象(生產(chǎn)過(guò)程)共同構(gòu)成的有機(jī)整體。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.1 硬件部分

主要是由監(jiān)測(cè)傳感器和數(shù)據(jù)采集卡，配以工業(yè)計(jì)算機(jī)組成的。硬件部分通過(guò)與計(jì)算機(jī)的PCI插槽與Visual Basic軟件建立聯(lián)系的。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和功能

由Visual Basic開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供了豐富的控件，用戶可以根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)，以圖形、曲線、報(bào)表或文件等各種形式對(duì)所需數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行顯示，在用戶界面上盡量做到直觀、友好、可視化強(qiáng)、圖文并貌。利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力可以對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、擬合等一系列的處理。此外，他還能和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)各函數(shù)的操作，以備以后查詢、統(tǒng)計(jì)、分析，為以后的安全管理所利用，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大、速度快、精度高、范圍廣及人工智能的特點(diǎn)，使安全監(jiān)測(cè)信息的系統(tǒng)性、完整性、準(zhǔn)確性和時(shí)效性得到較好的保障。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)與功能的框圖

4 數(shù)據(jù)采集卡的介紹

4.1 數(shù)據(jù)采集卡的功能

目前推出的PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)控制方面的全部需要，將最常用的數(shù)字量和模擬量測(cè)量和控制功能集中在一塊板上，具有即插即用、單端或差分混合的模擬量輸入、FIFO存儲(chǔ)器和可編程計(jì)數(shù)器等功能，并且具有A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入、輸出和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等作用，使用簡(jiǎn)單、方便。

4.2 數(shù)據(jù)采集卡的使用

(1) 安裝驅(qū)動(dòng)程序與控制工具(DLL或是OCX)。我們用的NI公司的數(shù)據(jù)采集卡包裝中含有兩光盤(pán)[1]，第一張是NI—DAQ，第二張專門的試用軟件MAX。在安裝NI—DAQ時(shí)，MAX軟件會(huì)一同安裝到計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中。啟動(dòng)MAX程序后，程序會(huì)詢問(wèn)新硬件的檢測(cè)方式，新采集卡檢測(cè)后，通常會(huì)進(jìn)行兩個(gè)步驟，首先將必要的I/O設(shè)置妥當(dāng)，不同的采集卡功能會(huì)出現(xiàn)為數(shù)不等的選項(xiàng)卡供設(shè)置。Device Number 指的是設(shè)備號(hào)碼，也就是在這一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有的NI適配卡的編號(hào)。在確定了設(shè)備的號(hào)碼后，編寫(xiě)程序控制DAQ卡時(shí)就必須給定設(shè)備的編號(hào)，NI—DAQ會(huì)根據(jù)設(shè)備編號(hào)將信息送至正確的采集卡。通過(guò)設(shè)備號(hào)碼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，NI適配卡所使用的資源(包括地址、中斷，直接內(nèi)存訪問(wèn))就被隱藏起來(lái)。完成設(shè)置后，就可以對(duì)DAQ卡做不同的測(cè)試，以備使用。

(2) 將NI—DAQ數(shù)據(jù)采集卡插入計(jì)算機(jī)的PCI擴(kuò)展槽中，驅(qū)動(dòng)程序就可以自動(dòng)識(shí)別采集卡，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，程序的控制更為簡(jiǎn)單了。然后除了安裝驅(qū)動(dòng)程序，也必須安裝將來(lái)程序中要使用到的控制工具(DLL或是OCX)。

(3) 軟件與硬件的通信:每個(gè)儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動(dòng)程序，儀器驅(qū)動(dòng)程序是完成對(duì)某一特定儀器控制與通信的軟件程序集。Visual Basic 本身的程序無(wú)法直接控制DAQ卡，必須借助DLL或是額外的OCX控件的協(xié)助[2]。廠商會(huì)提供DLL或是OCX方便用戶快速達(dá)到控制的目的。通過(guò)QCX或DLL控制DAQ卡時(shí)，其流程如圖3所示。

圖3 硬件數(shù)據(jù)輸入、輸出流程

我們所編寫(xiě)的控制程序代碼經(jīng)過(guò)層層的轉(zhuǎn)譯，一直到DAQ卡的緩存器，而檢驗(yàn)程序代碼則通過(guò)相反的管道將狀態(tài)返回到我們所寫(xiě)的程序里。用戶不必對(duì)數(shù)據(jù)采集卡有專門的了解，就可以通過(guò)儀器驅(qū)動(dòng)程序來(lái)使用這些儀器硬件。Visual Basic軟件能夠很容易調(diào)用這些驅(qū)動(dòng)函數(shù)，通過(guò)調(diào)用這些函數(shù)來(lái)對(duì)接口進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、通信和控制功能。

5 OCX方式對(duì)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行控制

監(jiān)測(cè)井下的瓦斯?jié)舛?、溫度、風(fēng)速、一氧化碳、粉塵、負(fù)壓等環(huán)境參數(shù)，需要實(shí)現(xiàn)6條通道同時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集，屬于多通道采集，每條通道代表1種信號(hào)，通過(guò)掃描的方式來(lái)取得各通道的數(shù)值。本文詳細(xì)介紹用Visual Basic程序控制數(shù)據(jù)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的采集與控制。圖4為使用OCX控制方式進(jìn)行模擬量多點(diǎn)采集的取樣流程。

圖4 多點(diǎn)采集的取樣流程

采集程序如下：

Private Sub Form _Load ()

Dim i%，j%

CWAII.Device = 1′指定設(shè)備號(hào)碼

′顯示通道的選項(xiàng)

For j = 0 To 5

cmbChannel (j).Clear

For i = 0 To 7

cmbChannel (j).AddItem CStr (i)

Next i

cmbChannel(j).ListIndex = j′設(shè)置默認(rèn)通道

Next j

′ 設(shè)備及通道的控制。首先設(shè)置設(shè)備號(hào)碼，瓦斯?jié)舛取囟?、風(fēng)速、一氧化碳、粉塵、負(fù)壓6個(gè)通道，在Combo控件中建立通道選擇內(nèi)容，并設(shè)置默認(rèn)通道。[ZK)]

′ 用來(lái)設(shè)置采集數(shù)據(jù)的相關(guān)參數(shù)

Private Sub cmdGetData_Click ()

Dim Value，ChBufCWAIl.Channels.RmoveAll

′ 取得完整的通道字符串

ChBuf=cmbChannel(0).List(cmbChannel(0).L—istIndex)

For i = 1 To 5

ChBuf=ChBuf\"，\"cmbChannel(i).List(cmb—Channel(i).ListIndex)

Next i

CWAIl.Channels.Add ChBuf′增加通道號(hào)碼

CWAIl.NScans = 100′指定取樣數(shù)

CWAIl.ScanClock.Drequency=1000′指定取樣頻率

′ 指定開(kāi)始信號(hào)為數(shù)字觸發(fā)，當(dāng)DAQ卡檢測(cè)到數(shù)字信號(hào)后便會(huì)開(kāi)始取樣[ZK)]

CWAIl.StartCondition.type= cwaiHWDigital

′ 選用信號(hào)上升沿

CWAIl.StartCondition.Mode=cawiRising

′ 用PFI0作為觸發(fā)來(lái)源

CWAIl.StopCondition.Source= \"0\"

CWAIl.StartCondition.type= cwaiContinuous

CWAIl.Configure ′DAQ卡組態(tài)設(shè)置

CWAIl.Start′開(kāi)始取樣

End sub

Private Sub CWAIl_AcquiredData (Scaled

—Data As Variant，BinaryCodes As Variant)

For j = 0 To 5

txtADValue (j).text=” ”

For i=0 To UBound (ScaledData，2)

txtADValue(j).Text=txtADValue(j).TextForm—at( ScaledData(j，i)，”0.00000”)vbCrLf

Next i

Next j ′數(shù)據(jù)顯示

End Sub

6 結(jié) 語(yǔ)

VB語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)各種控制要求，用VB開(kāi)發(fā)監(jiān)控程序，方便可靠。利用Visual Basic程序控制數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集與控制，提高了工作效率，在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]白樹(shù)森.基于VB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).山西電子技術(shù)，2006(1)：74—75.

[2]范逸之.VB硬件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。