摘 要：為實現(xiàn)多功能電力儀表各項數(shù)據(jù)的實時檢測，方便用戶在一臺主機上對多個下位機進行查看和管理，現(xiàn)開發(fā)出一款上位機管理軟件。該軟件基于MFC平臺，利用MSCOMM通信控件，通過485總線與單片機進行通信。軟件將采集到的數(shù)據(jù)處理整合，在一個界面上同時顯示電壓、電流、功率、電能等多項數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)自動刷新。不同的下位機可選擇顯示，下位機的信號網(wǎng)絡、電壓變比、電流變比等參數(shù)可手動更改，軟件同時還集成了電能值一鍵清零的功能。該軟件使用簡便，傳送數(shù)據(jù)快速準確，現(xiàn)已投入市場運用。

關鍵詞：多功能電力儀表；上位機；MSCOMM控件；參數(shù)設置；電能清零

隨著科學技術的發(fā)展，對單一現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與顯示已不能滿足人們的需求，特別是當網(wǎng)絡結點變多的時候，逐個對每個結點進行單一管理顯得十分困難，因此，數(shù)據(jù)的集中采集和智能管理已成為現(xiàn)代控制領域必然的發(fā)展方向。

現(xiàn)代化集中管理需要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、制表、打印、繪圖等，同時，又要求對現(xiàn)場裝置進行實時控制，完成各種規(guī)定操作，達到集中管理的目的。加之單片機的計算能力有限，難以進行復雜的數(shù)據(jù)處理。因此在功能比較復雜的控制系統(tǒng)中，通常以PC機為上位機，單片機為下位機，由單片機完成數(shù)據(jù)的采集及對裝置的控制，而由上位機完成各種復雜的數(shù)據(jù)處理及對單片機的控制。

1 整體設計方案

本系統(tǒng)涉及上位機和下位機之間的通信，因此系統(tǒng)共包含三個部分：下位機—ATmega32單片機、總線和協(xié)議—485總線和Modbus通訊協(xié)議、上位機—MFC應用程序。系統(tǒng)設計框圖如下：

2 下位機簡介

下位機是ATmega32單片機，單片機接收上位機發(fā)來的指令，并根據(jù)要求向上位機傳送數(shù)據(jù)或者更改參數(shù)設置。

下位機設備有獨立的通信模塊，通過B0505與外部電路隔離，通信模塊留有RXD、TXD、A、B四個接口，RXD、TXD與單片機串行口連接，A、B與485總線連接，中間是獨立的轉換電路。

不同的下位機地址不同，全部掛在485總線上，上位機發(fā)送一條指令后，下位機首先判斷該指令的地址是否與本機相同，從而決定是否響應該指令；地址判斷通過后，下位機通過識別功能碼進行不同的操作。

2.1 通信模塊硬件電路

單片機通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過MAX485進行必要的電平轉換，之后進入485總線傳送，即上圖中的A、B端口。圖中的6N137和B0505分別起穩(wěn)壓和隔離的作用，保證數(shù)據(jù)在轉換和發(fā)送的過程中不受其他模塊的干擾。

2.2 通信模塊程序流程圖

單片機預先將電壓、電流、功率、電能、電壓電流變比等數(shù)據(jù)存到自定義的緩沖區(qū)中，并定時刷新。每個下位機都有個特定的從機地址，當單片機接收到數(shù)據(jù)時，首先判斷從機地址，如果不相同不作任何響應，如果相同，下位機根據(jù)功能碼作出相應的響應。

3 485總線和Modbus協(xié)議簡介

主機和從機之間采用RS-485工業(yè)總線通信，RS-485電平傳輸更穩(wěn)定，傳送距離更遠，主機與從機通過標準Modbus通信協(xié)議在RS-485總線上進行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，在整個總線上最多可以接入255臺從機。

Modbus協(xié)議按主–從方式進行網(wǎng)絡通信，僅一個主設備查詢，其他從設備根據(jù)主設備查詢時提供的數(shù)據(jù)信息作出相應反應，。主設備可以單獨和每個從設備通信，也能以廣播方式與所有從設備通信。在Modbus協(xié)議中，主機查詢和從機回復的消息結構如圖3.1所示。查詢消息中的功能代碼告知被選中的從設備要執(zhí)行何種功能，數(shù)據(jù)段包含了從設備執(zhí)行該功能需要的附加信息。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。

在從設備的回應消息中，功能碼是對查詢消息中功能代碼的回應，數(shù)據(jù)段包含從設備收集的數(shù)據(jù)。如果有錯誤發(fā)生，功能碼將指出是錯誤回應消息，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域用于主設備確認消息內(nèi)容是否可用。

4 VC上位機軟件

該軟件是基于對話框的MFC應用程序。對話框機制的應用程序，界面簡潔明了，用戶操作更為方便。上位機軟件程序流程圖如下：

軟件采用MSComm類，通過串口與單片機進行通信。MSComm是封裝好的串口通訊專用類，應用時，只需對相應的端口進行配置，便可靈活運用。

在此通信系統(tǒng)中，接收數(shù)據(jù)長度是不固定的，一幀數(shù)據(jù)最短7個字節(jié)，最長69個字節(jié)，當數(shù)據(jù)長度小于8字節(jié)時，數(shù)據(jù)接收正常，當數(shù)據(jù)長度大于8字節(jié)時，一幀數(shù)據(jù)被自動截為兩端，數(shù)據(jù)處理出錯。程序中，在Oncomm（）中斷服務程序的開頭部分加入了sleep（100），讓主程序在進入串口中斷后休眠100ms，等待所有數(shù)據(jù)接收完成再統(tǒng)一處理，解決了以上問題。

軟件主界面如下圖4.4所示：

如果軟件沒檢測到下位機設備或設備與當前選擇地址不相同，所有數(shù)據(jù)顯示0，同時參數(shù)設置鍵為不可操作狀態(tài)。

軟件正常工作時，如下圖4.5所示：

當檢測到設備時，參數(shù)設置鍵變?yōu)榭刹僮鳡顟B(tài)，同時下面的窗口中顯示各項電壓、電流，以及合相有功功率、合相有功電能，上圖中合相有功功率為2322.00w，如果功率大于9999w，該項自動調整為Kw為單位。

下圖4.6為參數(shù)設置窗口，通過該窗口可對設備進行電壓電流變比設定，電能清零等操作。

通過該窗口可對下位機配置參數(shù)進行修改，電能清零鍵會清除下位機累積電能，為防止誤操作，該鍵設置了“確定清零”彈出對話框，對操作進行二次確認。信號網(wǎng)絡是設置輸入設備的信號為三相四線或三相三線，電壓電流變比是設置采樣值與顯示值之間的變比。點確定鍵后，上位機將所有設置命令打包發(fā)送給下位機，下位機對響應的寄存器進行配置。

5 總結

本文介紹的多功能儀表上位機管理軟件，具有簡潔的人機對話窗口，同時在傳輸速度以及穩(wěn)定性方面有明顯優(yōu)勢，節(jié)省了大量的人力成本，實用性較強，目前該產(chǎn)品已被多家公司使用，與多功能儀表設備配套出售。當前，國家大力倡導節(jié)能減排，工業(yè)上對電量的檢測和管理必然會被更多人重視，多功能儀表的應用會越來越廣泛，因此該設計具有良好的市場前景。

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