古宏剛，周漢義，任金鵬，阮青亮

(合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽合肥 230009)

高技術(shù)太陽(yáng)能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種將高壓的氦和氫進(jìn)行密封，并用優(yōu)質(zhì)材料和高級(jí)加工方法制造的且最為正統(tǒng)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。其原先是作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，隨后才作為太陽(yáng)能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。其可與聚光系統(tǒng)一同生產(chǎn)。在某些國(guó)家的沙漠中，已安裝了一部分該款的發(fā)動(dòng)機(jī)。許多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，主要是針對(duì)于地面上大型發(fā)電。該發(fā)動(dòng)機(jī)也稱之為高技術(shù)太陽(yáng)能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)［1］。

現(xiàn)有的太陽(yáng)能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目所采用的是陽(yáng)光接收器技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換率達(dá)31.25%，保持著太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的高效紀(jì)錄，是一種高度集聚利用太陽(yáng)能的技術(shù)，遠(yuǎn)超于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

斯特林太陽(yáng)能發(fā)電主控器上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)思路為:主控系統(tǒng)下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳輸，PC機(jī)接受并作出相關(guān)處理，Delphi編程從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)控制等功能。相關(guān)界面設(shè)計(jì)主要包括:主界面、模擬量接收界面、故障及開(kāi)關(guān)量顯示界面、軟件調(diào)試界面、軟件測(cè)試界面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面和通道檢測(cè)界面。整個(gè)軟件簡(jiǎn)化工作流程如圖1所示。

圖1 軟件簡(jiǎn)化工作流程

1 主控器上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)思路

1.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控

整個(gè)過(guò)程要實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括:約40個(gè)溫度、10余個(gè)壓力、電參數(shù)和其他參數(shù)，要使整個(gè)界面在實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，更加便于觀察，最終選擇Delphi。Delphi是Windows平臺(tái)下著名的快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具。Delphi是一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，其核心是由傳統(tǒng)Pascal語(yǔ)言發(fā)展而來(lái)的Object Pascal，以圖形用戶界面為開(kāi)發(fā)環(huán)境，透過(guò)IDE、VCL工具與編譯器，配合連結(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，構(gòu)成一個(gè)以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)為中心的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具［2-4］。

為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳送，文中選擇了PCICAN通訊。確定了通訊和軟件后，則需要進(jìn)行源程序的編寫(xiě)，由于顯示的數(shù)據(jù)量較大，所以利用接收函數(shù)來(lái)處理。

同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要在接收的數(shù)據(jù)緩存中經(jīng)行清緩沖區(qū)。

這是實(shí)時(shí)監(jiān)控中最重要的兩個(gè)函數(shù)，一是數(shù)據(jù)的接收，二是實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”。接著就是主界面的編程，主界面的示意圖如圖2所示。

圖2 主界面示意圖

主界面也是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的核心部分，在主界面上需實(shí)現(xiàn)當(dāng)前需要的所有功能，不僅是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。主界面主要包括左上角溫度顯示、左下角電參量顯示、中間實(shí)體圖的相關(guān)溫度和壓力顯示、其他界面切換及元器件控制和其余輔助功能等。

在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示源程序中，利用了循環(huán)程序，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)一組8 Byte的接收。

這使數(shù)據(jù)接收源程序效率大幅提升。實(shí)時(shí)監(jiān)控部分已通過(guò)實(shí)驗(yàn)達(dá)到相關(guān)要求。

1.2 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

為了使后期可方便查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)是必不可少的，在本軟件設(shè)計(jì)中選擇了 Access數(shù)據(jù)庫(kù)。Access是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫(kù)可匯集各種信息以供查詢、存儲(chǔ)和檢索。Access的優(yōu)點(diǎn)在于可利用數(shù)據(jù)表示圖或自定義窗體收集信息。數(shù)據(jù)表示圖提供了一種類似于Excel的電子表格，可使數(shù)據(jù)庫(kù)便于觀察。另外Access允許創(chuàng)建自定義報(bào)表用于打印或輸出數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。為能主觀控制選擇存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，編程時(shí)增加了一個(gè)存儲(chǔ)按鈕，便于及時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)。

在Access數(shù)據(jù)庫(kù)中需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)較多，因此建立數(shù)據(jù)庫(kù)較為復(fù)雜，部分需存儲(chǔ)的項(xiàng)目如3圖所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)部分存儲(chǔ)項(xiàng)示意圖

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔定為1 s存儲(chǔ)一次，而源代碼其實(shí)包括打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)、指針定位和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等步驟。

1.3 控制部分及輔助功能

控制部分主要包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制2部分，這也是整個(gè)主控軟件中最重要的部分，手動(dòng)與自動(dòng)切換主要靠“自動(dòng)控制”按鈕實(shí)現(xiàn)，手動(dòng)控制就是發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)元器件的動(dòng)作，源程序中運(yùn)用了發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)。主界面中的按鈕均運(yùn)用了發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)。

自動(dòng)控制是最終所需的效果，首先需設(shè)計(jì)出自動(dòng)控制的流程圖，這關(guān)系著斯特林太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)最終確定了流程，部分流程圖如圖4所示。

圖4 部分自動(dòng)控制流程圖

在自動(dòng)控制中為了能方便檢查與安全，在主界面中增加了“運(yùn)行狀態(tài)”與“報(bào)警信息”顯示，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)修正，控制部分最終達(dá)到相關(guān)要求。

其他輔助功能主要包括“溫度顯示圖”、“陽(yáng)光跟蹤”、“參數(shù)設(shè)置”、“電量參數(shù)明細(xì)”等功能，這些輔助功能在實(shí)際試驗(yàn)中起關(guān)鍵作用。

2 實(shí)驗(yàn)和結(jié)論

實(shí)驗(yàn)中由于數(shù)據(jù)量較大，所以數(shù)據(jù)庫(kù)具有關(guān)鍵性作用，而在所有數(shù)據(jù)中電參量則是關(guān)鍵，功率因數(shù)=有功功率/視在功率，當(dāng)有功功率為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明暫未發(fā)電，而當(dāng)有功功率為正值時(shí)，即為已發(fā)出相應(yīng)的電，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。

從表1中可看出15:34:13時(shí)開(kāi)始發(fā)電，電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)為1 822 r/min，符合電機(jī)空轉(zhuǎn)范圍，15:40:00時(shí)發(fā)電已超過(guò)2 kW，而15:45:28達(dá)到2.5 kW，其后保持正常工作發(fā)電約為2.5 kW。

表1數(shù)據(jù)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)表明，文中介紹的斯特林太陽(yáng)能發(fā)電主控器上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)達(dá)到了相關(guān)要求，并具有數(shù)據(jù)可靠、操作簡(jiǎn)單且運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

［1］陳幼松.太陽(yáng)能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.太陽(yáng)能，1992(2):5-7.

［2］寧正元.Delphi程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用教程［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［3］網(wǎng)冠科技.Delphi程序開(kāi)發(fā)觸類旁通百例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出社，2005.

［4］段興.Delphi實(shí)用程序100例［M］.北京:人民郵電出版社，2002.

［5］PETER R，ELIE S.Access數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與部署［M］.天宏工作室，譯.北京:清華大學(xué)出版社，2005.

［6］何希瓊.實(shí)用Access詳解［J］.北京:電子工業(yè)出社，1994.