王玉杰，林其斌，汪先兵，丁 健

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，直接或間接地引發(fā)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)和方法的革新及變化。實(shí)時(shí)監(jiān)控（遠(yuǎn)程監(jiān)控）與仿真技術(shù)（包括傳感器、數(shù)據(jù)采集、可編程控制器、現(xiàn)場(chǎng)總線處理、曲線與動(dòng)畫顯示、自動(dòng)故障診斷和報(bào)表輸出等）把數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)提高到一個(gè)嶄新的水平。尤其是嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，使得各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。

在各種數(shù)據(jù)采集中，溫度是最為重要的測(cè)控參數(shù)之一，對(duì)溫度的測(cè)控在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著重要的意義［1］。因此，如何方便而快捷地對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集與控制已成為當(dāng)下研究的重要課題之一。本文采用具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和良好的用戶交互界面PC機(jī)作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)用戶控制，結(jié)合在圖形用戶界面開(kāi)發(fā)方面具有突出優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用程序可視化開(kāi)發(fā)工具 VB 6.0軟件［2，3］，采用較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力及良好的性價(jià)比的單片機(jī)作為下位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)采集［4，5］，上位機(jī)通過(guò)串口與下位機(jī)之間進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提高溫度測(cè)控的效率和測(cè)控結(jié)果的可靠性方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)采集單元主要通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量信號(hào)的實(shí)時(shí)采集；采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口通信發(fā)送至上位機(jī)PC機(jī)；上位機(jī)采用VB 6.0進(jìn)行人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)，利用其MSComm控件向下位機(jī)發(fā)送控制命令和接收下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理、實(shí)時(shí)顯示、曲線繪制、文件存儲(chǔ)和參數(shù)設(shè)置等操作。由于上位機(jī)和下位機(jī)串口的工作電平不相同，它們之間通過(guò)MAX232芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換功能。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2 溫度測(cè)控VB 6.0程序界面設(shè)計(jì)

圖形化用戶界面開(kāi)發(fā)軟件VB 6.0具有簡(jiǎn)單、易學(xué)、高效的特點(diǎn)，該軟件自身含有大量的可視化控件，開(kāi)發(fā)人員只需編寫少量的程序代碼即可實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能，已被廣泛應(yīng)用到各種數(shù)據(jù)采集和控制領(lǐng)域［6－8］。上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的最大重難點(diǎn)就在于上位機(jī)如何從下位機(jī)正確接收到采集數(shù)據(jù)并把接受到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。上位機(jī)程序總體設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示，上位機(jī)程序主要分為四個(gè)部分：界面設(shè)計(jì)、程序初始化、數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)顯示，其中數(shù)據(jù)讀取有兩種模式即瞬時(shí)溫度讀取和連續(xù)溫度讀取，對(duì)于瞬時(shí)溫度讀取模式，信號(hào)燈顯示為綠色，同時(shí)讀取的溫度數(shù)據(jù)顯示在文本框中；而在連續(xù)溫度讀取模式下，信號(hào)燈為綠色藍(lán)色閃爍顯示，同時(shí)讀取的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在坐標(biāo)系中，以直觀顯示溫度的變化。

圖2 VB 6.0程序流程圖

3 溫度測(cè)試結(jié)果

圖3為本溫度采集系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行的效果圖。進(jìn)入主界面后，用戶首先進(jìn)行程序初始化和選擇上位機(jī)PC機(jī)的串行端口實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)通信，對(duì)于串行端口的參數(shù)設(shè)置可以通過(guò)編寫程序或設(shè)置MSComm控件屬性實(shí)現(xiàn)，本程序是通過(guò)修改MSComm控件屬性實(shí)現(xiàn)對(duì)串行端口的參數(shù)設(shè)定；單擊“瞬時(shí)溫度讀取”命令，上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送控制命令和接收下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)并顯示在文本框中，單擊“連續(xù)溫度讀取”命令，上位機(jī)每隔2s向下位機(jī)發(fā)送控制命令和接收下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)并在當(dāng)前界面中按先后順序依次顯示接收到的溫度并利用PictureBox控件繪制溫度實(shí)時(shí)變化曲線。該程序界面簡(jiǎn)單、直觀、友好，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集和顯示，主要有如下幾方面的軟件設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：

圖3 溫度測(cè)控軟件主界面

3.1 在不同溫度數(shù)值讀取模式下信號(hào)燈的變換顯示

由于連續(xù)讀取時(shí)可能溫度變化不明顯，為了突出連續(xù)讀取的過(guò)程，設(shè)計(jì)中引入一個(gè)信號(hào)顯示燈，在載入待機(jī)狀態(tài)時(shí)顯示為黃色，單步讀取溫度數(shù)值時(shí)信號(hào)燈顯示綠色，連續(xù)讀取溫度數(shù)值時(shí)信號(hào)燈顯示為綠色藍(lán)色閃爍，停止時(shí)顯示紅色。

3.2 溫度變化曲線實(shí)時(shí)顯示

溫度讀取頻率為2s，基本滿足大多數(shù)場(chǎng)合的要求；為了方便使用者快捷看出溫度的實(shí)時(shí)變化，采用PictureBox控件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度變化曲線的繪制，同時(shí)設(shè)置“溫度讀取次數(shù)統(tǒng)計(jì)”顯示框記錄讀取溫度數(shù)值的次數(shù)；為了優(yōu)化圖像坐標(biāo)顯示和數(shù)據(jù)讀取，在縱坐標(biāo)下方通過(guò)對(duì)“溫度起始值”設(shè)定實(shí)現(xiàn)用戶需要的圖像坐標(biāo)顯示范圍；另外，通過(guò)點(diǎn)擊“初始化按鈕”命令，可以初始化圖像上坐標(biāo)與讀取次數(shù)歸零，方便用戶再次檢測(cè)溫度和計(jì)數(shù)。

3.3 溫度上下限設(shè)定與報(bào)警功能

用戶可根據(jù)自身需要，進(jìn)行對(duì)溫度上下界限的設(shè)定，當(dāng)讀取的溫度數(shù)值大于設(shè)定的最高溫度值時(shí)，會(huì)在圖像坐標(biāo)中該數(shù)據(jù)旁邊顯示“↑”，而當(dāng)讀取的溫度數(shù)值低于設(shè)定最低溫度值時(shí)則在數(shù)據(jù)旁邊顯示“↓”，并都實(shí)時(shí)彈出提醒對(duì)話框和發(fā)出蜂鳴聲提醒用戶溫度超出設(shè)定的上下限。

4 結(jié)論

本溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)通過(guò)下位機(jī)單片機(jī)將采集到采集到的溫度數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS－232將溫度數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)PC機(jī)；上位機(jī)利用VB 6.0軟件實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的讀取與溫度曲線實(shí)時(shí)顯示在界面上，同時(shí)具有溫度上下限設(shè)定與報(bào)警功能。通過(guò)實(shí)際溫度測(cè)試結(jié)果表明，該測(cè)控軟件界面友好，操作簡(jiǎn)單方便，易維護(hù)，同時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速度較快且較穩(wěn)定，能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集和監(jiān)控，具有較高的可靠性。這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可以擴(kuò)展到用于對(duì)其他非電學(xué)信號(hào)如壓力、濕度、位移等的采集與控制，具有較好的應(yīng)用前景。

［1］ 沈 斌，楊秀清，占文杰.基于VB和Access的溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（4）：17－23.

［2］ 龔沛曾.Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程（第3版）［M］.北京：高等教育出版社，2007：1－50.

［3］ 喬宇鋒.Visual Basic控件設(shè)計(jì)示例導(dǎo)學(xué)［M］.北京：北京科海電子出版社，2003：1－30.

［4］ 季 華.基于VB與單片機(jī)串行通訊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤炭工程，2007（12）：134－136.

［5］ 劉艷美.VB實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)（8051）的串行通訊［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007，26（2）：94－96.

［6］ 李長(zhǎng)林.Visual Basic串口通信技術(shù)與典型事例［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

［7］ 陳欣琳，王海峰，金 亮.PC機(jī)和 MCS－51單片機(jī)之間的串行通信［J］.中國(guó)科技信息，2009（13）：86－87.

［8］ 吳愛(ài)萍.基于VB與單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.控制與測(cè)試，2010（319）：208－210.