王奉武（上海國(guó)際主題樂(lè)園有限公司,上海 201205）

上位機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)剖析

王奉武（上海國(guó)際主題樂(lè)園有限公司,上海 201205）

上位機(jī)的主要功能就是為用戶(hù)提供較好的人機(jī)界面，將電表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、生成測(cè)量曲線(xiàn)，并且以報(bào)表的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。本文對(duì)上位機(jī)的基本原理進(jìn)行了初步介紹。并分別從上位機(jī)功能實(shí)現(xiàn)的以下幾個(gè)方面剖析了上位機(jī)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容：電表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、用戶(hù)配置界面設(shè)計(jì)、備份數(shù)據(jù)的處理設(shè)計(jì)以及軟件校表的設(shè)計(jì)。

上位機(jī)；設(shè)計(jì)技術(shù)；工作原理；電表結(jié)構(gòu)

0 引言

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)間的通訊也顯得越來(lái)越為重要。在單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通常會(huì)遇到數(shù)據(jù)交換的情況，特別是在進(jìn)行通訊的過(guò)程中，上位機(jī)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，通常需從PC端接收控制信息，或者直接將數(shù)據(jù)傳遞到PC，該接口采用異步串行的傳輸方式，而上位機(jī)一般具有COM異步串行通信端口，采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)上位機(jī)時(shí)可以借助COM和UART兩個(gè)端口進(jìn)行通訊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。

1 上位機(jī)系統(tǒng)介紹

上位機(jī)的主要功能就是為用戶(hù)提供較好的人機(jī)交流界面，對(duì)電表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，生成測(cè)量曲線(xiàn)，并且以報(bào)表的形式呈現(xiàn)，這極大地方便了用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的查看。同時(shí)，上位機(jī)還能根據(jù)自身的配置管理功能實(shí)現(xiàn)電表的個(gè)性化配置和所有信息的設(shè)置，這也方便了用戶(hù)在PC機(jī)里設(shè)置個(gè)性化模式。上位機(jī)能夠結(jié)合電表實(shí)現(xiàn)軟件的校表功能，這極大地減少了硬件校表的繁瑣過(guò)程。開(kāi)發(fā)上位機(jī)運(yùn)行程序的常用工具有Java，C++和C#等，上位機(jī)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行程序的環(huán)境通常為個(gè)人計(jì)算機(jī)，這為用戶(hù)的安裝使用方面提供了方便。利用MFC提供的函數(shù)庫(kù)，采用C++語(yǔ)言進(jìn)行上位機(jī)程序開(kāi)發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)強(qiáng)大的繪圖功能和文件處理能力。上位機(jī)主體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)視圖和校表數(shù)據(jù)三個(gè)內(nèi)容能設(shè)計(jì)到不同的獨(dú)立進(jìn)程中，而且互不干擾。

2 上位機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 上位機(jī)電表的接口設(shè)計(jì)

上位機(jī)主要完成的功能包括下發(fā)配置的消息和各種命令，上傳備份數(shù)據(jù)等。電表和上位機(jī)之間使用USB接口，并且串口數(shù)據(jù)使用UARK進(jìn)行實(shí)際通訊，兩者有自己獨(dú)特定義的通訊協(xié)議。電表和上位機(jī)通訊方式通常有“命令-響應(yīng)”、“查詢(xún)-應(yīng)答-處理-命令”兩種?！懊?響應(yīng)”通訊方式是電表和上位機(jī)之間常用的通訊方式，而“查詢(xún)-應(yīng)答-處理-命令”通訊方式則需要通過(guò)電表進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取或者通過(guò)上位機(jī)在本地存取相關(guān)的信息，適用于電表和上位機(jī)兩者相互交換信息數(shù)據(jù)的情況。

2.2 用戶(hù)配置界面設(shè)計(jì)

良好的人機(jī)操作界面是上位機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，人機(jī)操作界面的主要功能就是通過(guò)界面的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的定制業(yè)務(wù)。同現(xiàn)在的電腦系統(tǒng)類(lèi)似，當(dāng)上位機(jī)上有相關(guān)接口（如USB）插入時(shí)，上位機(jī)就會(huì)顯示發(fā)現(xiàn)新的硬件，并且自動(dòng)安裝預(yù)先定義好的USB驅(qū)動(dòng)程序。新的驅(qū)動(dòng)已經(jīng)安裝好的標(biāo)志是會(huì)在上位機(jī)設(shè)備管理器中發(fā)現(xiàn)PORT_3符號(hào)。USB驅(qū)動(dòng)安裝好后，電表就會(huì)收到上位機(jī)發(fā)出的狀態(tài)請(qǐng)求信息，這個(gè)信息被稱(chēng)為握手信息（STATUS_FRAM），信息主要請(qǐng)求電表的序列號(hào)（Device Id）、備份文件版本（Log Data Version）、硬件版本號(hào)（Firmware version）、硬件 ID、總空間（Total size）和已被使用的空間（Flash space Used）等，并在消息體中將上位機(jī)所需的以上信息帶回。

上位機(jī)用戶(hù)界面設(shè)計(jì)中，用戶(hù)可以配置的信息一共可以分成四大類(lèi)，分別為參數(shù)設(shè)置（Setting）、電表操作的配置（Operate）、測(cè)量項(xiàng)的配置（Measure）和電表顯示的配置（Display），并且不同模式下具有不同的顯示項(xiàng)內(nèi)容，例如在進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)時(shí)，如果用戶(hù)不關(guān)心Energy模式下的季度用電量，在界面設(shè)計(jì)中就不用勾選這個(gè)選項(xiàng)，而后將該信息發(fā)送到電表中。在進(jìn)行用戶(hù)界面設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)設(shè)計(jì)還有不同于其他業(yè)務(wù)配置的地方，除了能夠給用戶(hù)提供Check Box控件外，還可以提供更為方便的列表控制和輸入文本框方面的設(shè)計(jì)，這就給用戶(hù)設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)帶來(lái)很大的靈活性，圖1就是參數(shù)設(shè)計(jì)的相關(guān)界面。在進(jìn)行用戶(hù)配置界面設(shè)計(jì)的時(shí)候，Upload 按鍵的主要功能是將獲取的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)的系統(tǒng)中，此外，該按鍵還有Upload Log Data和Upload Confi gure兩個(gè)下拉菜單，其中Upload Log Data菜單的主要功能是上傳備份的數(shù)據(jù)，Upload Log Data功能是取出配置的信息，上報(bào)給上位機(jī)，并將信息以pmcx文件格式上傳到指定的目錄。

圖1 上位機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)界面

2.3 備份數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)

上位機(jī)最重要的功能之一就是將備份數(shù)據(jù)以圖表的形式反映給用戶(hù)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，用戶(hù)可以通過(guò)調(diào)用圖形設(shè)備接口，進(jìn)行函數(shù)和設(shè)備的調(diào)整，并且通過(guò)調(diào)用不同的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，來(lái)給出不同的設(shè)備制圖指令，這樣就實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的直接關(guān)聯(lián)，避免了用戶(hù)對(duì)硬件進(jìn)行直接的操作，數(shù)據(jù)的處理和上位機(jī)的通訊接口實(shí)現(xiàn)了通訊功能

上的相互獨(dú)立，并且可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)獨(dú)立的進(jìn)程。通常情況下，數(shù)據(jù)被處理成3種方式呈現(xiàn)給用戶(hù)，分別為測(cè)量參量曲線(xiàn)圖、備份數(shù)據(jù)表和電費(fèi)報(bào)表。在智能電表里面能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的直接讀取，這種數(shù)據(jù)是一種中間的數(shù)據(jù)，并且為參數(shù)曲線(xiàn)圖提供數(shù)據(jù)。電費(fèi)報(bào)表數(shù)據(jù)主要參照電力公司提供給居民的電力清單進(jìn)行設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的信息包括：用電器的名稱(chēng)、電表的序列號(hào)S/N、峰谷時(shí)間及費(fèi)率、備份數(shù)據(jù)的起始和結(jié)束時(shí)間等。上位機(jī)能夠通過(guò)這些數(shù)據(jù)自行對(duì)每天、每個(gè)月所產(chǎn)生的電能和消耗的費(fèi)用進(jìn)行估算，并提供給用戶(hù)整體的評(píng)估數(shù)據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)備份的時(shí)候，智能電表對(duì)電壓、電流參量的計(jì)算一般是1s執(zhí)行一次，因此用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份的最小間隙為1s，上位機(jī)備份數(shù)據(jù)最大提供30天的存儲(chǔ)空間。用戶(hù)可以將鼠標(biāo)置于相應(yīng)的位置，來(lái)查看每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的具體數(shù)值，并且可以調(diào)整顯示圖表的長(zhǎng)短和顯示時(shí)間，這極大地方便了用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的分析。

3 結(jié)語(yǔ)

本文概述了上位機(jī)的系統(tǒng)，分別從電表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、用戶(hù)配置界面設(shè)計(jì)、備份數(shù)據(jù)的處理設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，介紹了上位機(jī)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。上位機(jī)和嵌入部分的相關(guān)接口設(shè)計(jì)是上位機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，也是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)相關(guān)功能的基礎(chǔ)。其中備份數(shù)據(jù)處理模塊和個(gè)性化配置模塊能夠開(kāi)啟不同的進(jìn)程，這大大方便了用戶(hù)的操作體驗(yàn)，提高了相關(guān)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)性能。

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