榮　 耀，苑嚴(yán)偉，周利明，張俊寧，董　鑫

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京　100083；2.土壤植物機(jī)器系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100083)

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脫粒滾筒圓柱度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
—基于VB串口通信

榮 耀1,2，苑嚴(yán)偉1,2，周利明1,2，張俊寧1,2，董鑫1,2

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京100083；2.土壤植物機(jī)器系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083)

摘要：針對(duì)稻麥?zhǔn)斋@機(jī)脫粒滾筒圓柱度檢測(cè)效率低、誤差大的現(xiàn)狀，提出了一種基于VB串口通信的脫粒滾筒圓柱度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，首先通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)激光位移傳感器與上位機(jī)的通信，激光傳感器再對(duì)脫粒滾筒外圓柱面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)能在5min以內(nèi)完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和分析，采集到的數(shù)據(jù)與真實(shí)值的誤差在±0.9mm范圍內(nèi)，采集系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔、操作方便，應(yīng)用范圍十分廣泛。

關(guān)鍵詞：脫粒滾筒；數(shù)據(jù)采集；串口通信；VB

0引言

脫粒滾筒是稻麥?zhǔn)斋@機(jī)的核心部件，主要通過(guò)焊接完成，焊接質(zhì)量的好壞直接影響收獲機(jī)的作業(yè)性能；而目前國(guó)內(nèi)檢測(cè)手段不能用于大尺寸零件的形位誤差的檢測(cè)，更不能在安裝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大型零部件的安裝誤差進(jìn)行測(cè)量[1]。在線測(cè)量實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的自動(dòng)化，是一種基于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的檢測(cè)技術(shù)，隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，在線檢測(cè)技術(shù)將會(huì)成為一項(xiàng)很有發(fā)展前景的技術(shù)[2]。非接觸式測(cè)量就是利用對(duì)被測(cè)表面形貌沒(méi)有影響的手段間接反映被測(cè)表面的信息來(lái)進(jìn)行測(cè)量的方法，這類方法最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量裝置探測(cè)部分不與被測(cè)表面的直接接觸，保護(hù)了測(cè)量裝置，同時(shí)避免了與測(cè)量裝置直接接觸引入的測(cè)量誤差[3-4]。將非接觸式測(cè)量運(yùn)用到在線檢測(cè)中，大大提高了檢測(cè)的精度和效率。為此，提出了一種基于VB串口通信的脫粒滾筒圓柱度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該圓柱度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將非接觸式測(cè)量與在線檢測(cè)緊密結(jié)合，首先通過(guò)激光位移傳感器采集數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的處理和分析[5]。

1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成

隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷提高，檢測(cè)設(shè)備在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用越來(lái)越多，檢測(cè)設(shè)備與上位機(jī)的組合使用是構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)的重要方式。這種方式能充分發(fā)揮上位機(jī)和智能儀器各自的優(yōu)點(diǎn)，可完成數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、運(yùn)算等重要功能；特別是當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有多臺(tái)智能儀器時(shí)，該方式能大大降低測(cè)控系統(tǒng)的組配成本，有利于提高自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率[6-14]。該系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)非接觸式測(cè)量對(duì)稻麥?zhǔn)斋@機(jī)脫粒滾筒外圓柱面的數(shù)據(jù)采集，如圖1所示。該系統(tǒng)主要由硬件部分與軟件部分構(gòu)成：硬件部分包括工控機(jī)、串口轉(zhuǎn)換器及激光位移傳感器；軟件部分包括串口選擇、距離測(cè)量及圖形顯示。

圖1　系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.1硬件構(gòu)成

工控機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，所有命令均由工控機(jī)發(fā)出。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)多年的使用和發(fā)展，目前主要包括RS-232、RS-422及RS-485等幾種。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所使用的工控機(jī)如圖2所示，其串口通信接口標(biāo)準(zhǔn)為RS-232。

圖2　工控機(jī)

激光位移傳感器可精確非接觸測(cè)量被測(cè)物體的位置及位移等變化，主要應(yīng)用于檢測(cè)物體的位移、厚度、振動(dòng)、距離及直徑等幾何量的測(cè)量，具有測(cè)量精度高、響應(yīng)時(shí)間短及光斑精密等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高校和研究機(jī)構(gòu)、汽車工業(yè)、機(jī)械制造工業(yè)、航空與軍事工業(yè)、冶金和材料工業(yè)的精密測(cè)量檢測(cè)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用的激光位移傳感器如圖3所示。其型號(hào)為CD33-250N-422，測(cè)量范圍為100～400mm，檢測(cè)精度為±0.3%F.S. (F.S.=300mm)，串口通信接口標(biāo)準(zhǔn)為RS-422。

圖3　激光位移傳感器

為了順利地實(shí)現(xiàn)激光位移傳感器與工控機(jī)的串口通信，需要使用一個(gè)串口轉(zhuǎn)換器，如圖4所示。系統(tǒng)選用了導(dǎo)軌安裝式RS-232到RS-485/RS-422光隔離轉(zhuǎn)換器。

1.2軟件構(gòu)成

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用VB語(yǔ)言編寫(xiě)，應(yīng)用 Visual Basic 6.0 的MSComm標(biāo)準(zhǔn)串口通信控件編程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光位移傳感器進(jìn)行讀寫(xiě)控制操作。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)單、顯示直觀，整個(gè)系統(tǒng)的程序流程圖如圖5所示。

圖4　串口轉(zhuǎn)換器

圖5　系統(tǒng)流程圖

2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

利用Visual Basic 6.0開(kāi)發(fā)串口通信程序一般主要有兩種方法：①使用MSComm串口控件；②調(diào)用Windows API動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)。Microsoft Communications Control(簡(jiǎn)稱MSComm)是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件。API函數(shù)是Windows環(huán)境下由C語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序接口，也是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中所有函數(shù)的統(tǒng)稱，該函數(shù)庫(kù)種類多、較復(fù)雜。MSComm通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，該控件具有豐富的與串口通信密切相關(guān)的屬性和事件，提供了對(duì)串口的各種操作，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。MSComm控件在VC、VB、Delphi等語(yǔ)言中均可使用，程序員不必花費(fèi)大量時(shí)間詳細(xì)了解較為復(fù)雜的API函數(shù)。因此，MSComm為應(yīng)用程序提供了一種通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法[15]。

2.1MSComm控件的引用

啟動(dòng)VB 6.0，以標(biāo)準(zhǔn)EXE方式建立新工程，點(diǎn)擊“工程”→“部件”→“控件”，在下拉菜單中選擇“Microsoft Comm Control 6.0”，在前面的方框內(nèi)打吊鉤，然后選擇“確定”按鈕；這時(shí)在工具箱中出現(xiàn)一個(gè)類似電話的圖標(biāo)，說(shuō)明MSComm控件已經(jīng)正常引用。

2.2系統(tǒng)界面

在Form1窗口中添加1個(gè)Frame控件、1個(gè)TextBox控件、1個(gè)Shape控件、2個(gè)ComboBox控件、5個(gè)CommandButton控件、6個(gè)Label控件及1個(gè)MSComm控件，再根據(jù)實(shí)際需求對(duì)相關(guān)控件進(jìn)行更名和參數(shù)設(shè)置，組成如圖6所示的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面。程序開(kāi)始運(yùn)行后，選擇串口號(hào)與比特率，按照順序選擇各個(gè)按鈕。點(diǎn)擊“連接”按鈕，指示燈顯示為綠色，表示連接已經(jīng)成功；點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)量”按鈕，激光位移傳感器開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在界面上的Text文本框中，單位為mm，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；點(diǎn)擊“停止測(cè)量”，激光位移傳感器停止采集數(shù)據(jù)；點(diǎn)擊“斷開(kāi)”按鈕，激光位移傳感器與工控機(jī)串口之間的連接斷開(kāi)，指示燈熄滅，此時(shí)數(shù)據(jù)的采集與保存均已完成；點(diǎn)擊“圖形顯示”按鈕，采集到的數(shù)據(jù)將會(huì)以折線圖的形式顯示出來(lái)，通過(guò)該折線圖，能看出采集到的數(shù)據(jù)所在區(qū)間。

2.3主要源代碼

實(shí)現(xiàn)距離信息采集的源代碼如下：

Open"f:圓柱度.xls" For Append As #1

Dim CRbufsend As Variant

Dim continuecmdhex(15) As Byte

continuecmdhex(0) = &H2

continuecmdhex(1) = &H53

continuecmdhex(3) = &H41

continuecmdhex(4) = &H52

continuecmdhex(5) = &H54

continuecmdhex(6) = &H5F

continuecmdhex(7) = &H4D

如在教學(xué)《長(zhǎng)方形與正方形的面積》以后，教師就可以設(shè)置這樣一個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生思考：明明家最近裝修，要在明明房間的四周貼上壁紙（房頂，地面，門窗部位不貼），明明的房間長(zhǎng)5米，寬4米，寬3米，門的高2米，寬0.6米，窗戶長(zhǎng)1.5米，高1米；你能幫明明媽媽算算這個(gè)房間至少需要購(gòu)買多少平方米的壁紙嗎？這樣的數(shù)學(xué)問(wèn)題對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，挑戰(zhàn)性強(qiáng)，而且與生活聯(lián)系比較緊密，他們參與學(xué)習(xí)的熱情非常高漲；經(jīng)過(guò)思考以后，學(xué)生們知道了要想知道需要購(gòu)買多少壁紙就要算出房間的應(yīng)貼面積是多少，可以用四周總面積減去門窗的面積，如此教學(xué)，不僅鞏固了學(xué)生所學(xué)知識(shí)，而且學(xué)生們也從中感受到了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，學(xué)生們學(xué)習(xí)的興趣更濃了。

continuecmdhex(8) = &H45

continuecmdhex(9) = &H41

continuecmdhex(10) = &H53

continuecmdhex(11) = &H55

continuecmdhex(12) = &H52

continuecmdhex(13) = &H45

continuecmdhex(14) = &H3

CRbufsend = continuecmdhex

MSComm1.OutBufferCount = 0

MSComm1.Output = CRbufsend

Do

DoEvents

LoopUntil MSComm1.OutBufferCount = 0

Sleep (100)

Command2.Enabled = False

Command1.Enabled = True

Close #1

圖6　系統(tǒng)界面

3實(shí)驗(yàn)與分析

程序開(kāi)始運(yùn)行后，選擇串口號(hào)和波特率，再點(diǎn)擊連接，指示燈變?yōu)榫G色，表示工控機(jī)與激光位移傳感器順利實(shí)現(xiàn)串口通信；點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)量”按鈕后，實(shí)時(shí)采集的圓柱度數(shù)據(jù)連續(xù)顯示在Text文本框中，并將采集到的距離信息保存，界面如圖7所示。

圖7　系統(tǒng)運(yùn)行界面

依次點(diǎn)擊“停止測(cè)量”和“斷開(kāi)”按鈕后，退出數(shù)據(jù)采集過(guò)程；最后點(diǎn)擊“圖形顯示”按鈕，數(shù)據(jù)將以折線圖的形式顯示出來(lái)，如圖8所示。

圖8　數(shù)據(jù)折線圖

由圖8可知：該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)分布在138.1～138.9mm區(qū)間內(nèi)，該折線圖能清晰地反映出圓柱度數(shù)據(jù)的分布情況。

4結(jié)論

1)本文提出了基于VB串口通信的脫粒滾筒圓柱度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

2)開(kāi)發(fā)出了脫粒滾筒圓柱度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，界面簡(jiǎn)潔，操作方便。

3)該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能在5min之內(nèi)完成對(duì)脫粒滾筒圓柱度數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的誤差在±0.9mm范圍內(nèi)，并能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具有良好的實(shí)用性。

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Threshing Drum Cylindrical Degree Data Acquisition System Design—Based on VB Serial Communication

Rong Yao1，2, Yuan Yanwei1，2, Zhou Liming1，2, Zhang Junning1，2, Dong Xin1，2

(1.Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences, Beijing 100083, China; 2. State Key Lab of Soil Plant Machinery System Technology, Beijing 100083, China)

Abstract：In order to solve the problem of low efficiency and great error in cylindrical degree detection, this paper puts forward a method of threshing drum cylindrical degree data acquisition system design based on VB serial communication, first the system realize the laser displacement sensor and host computer communication through program, then the laser displacement sensor collect the data of outer cylinder, and finally deal with the data. Experiments show that the system can complete the acquisition, storage and analysis of data within 5min, the error of collected data and real value is in the range of ±0.9 mm, the system has a simple interface, convenient operation, and wide range of application.

Key words：threshing drum; data acquisition; serial communication; VB

文章編號(hào)：1003-188X(2016)02-0184-04

中圖分類號(hào)：S126

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：榮耀(1987-)，男，湖北洪湖人，碩士研究生，(E-mail)rycaams369@163.com。通訊作者：苑嚴(yán)偉(1980-)，男，河南周口人，研究員，博士，(E-mail)yyw215@163.com。

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAF07B01)

收稿日期：2015-01-14