一種實(shí)用的計(jì)算機(jī)溫度采集系統(tǒng)

一、前言 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和成熟，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛。在自動(dòng)化領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為控制系統(tǒng)的首選平臺(tái)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)和試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控是現(xiàn)代自動(dòng)化發(fā)展的主要方向。將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于工業(yè)實(shí)時(shí)控制的前提是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常常要測(cè)控很多參數(shù)，諸如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等，通常的方法是使用專用的儀表人為觀測(cè)、記錄處理數(shù)據(jù)、做出判斷，這就會(huì)帶來人為的誤差，而且應(yīng)用范圍也會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)條件、響應(yīng)速度等因素的限制。而自動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能很好的解決這些問題。本文以一種簡(jiǎn)單實(shí)用的溫度實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)為實(shí)例，討論了一種利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)控的框架結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。 二、硬件構(gòu)成 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中： COMPUTER為普通PC機(jī)，要求能夠運(yùn)行Windows98操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境VB6.0，具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口或RS485口，主要功能為數(shù)據(jù)采集處理和系統(tǒng)控制，是人機(jī)交互平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)中使用的是PIII800的計(jì)算機(jī)。 ADAM4521為研華科技公司的接口轉(zhuǎn)換模塊，能將RS485或RS422信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS232信號(hào)。由于普通PC只具有RS232接口，而一般工業(yè)測(cè)試信號(hào)符合RS485或RS422標(biāo)準(zhǔn)，所以在這里要進(jìn)行一下轉(zhuǎn)化。研華科技公司的ADAM4521模塊有以下特點(diǎn)：可尋址；內(nèi)置微處理器；傳輸速度115.2Kbps；1000VDC高壓隔離；RS485浪涌電壓保護(hù)；輸入輸出可置不同的波特率；無需握手信號(hào)。 ADAM4013為研華科技公司的熱敏電阻輸入模塊，能將熱敏電阻的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS485數(shù)字信號(hào)。ADAM4013模塊利用內(nèi)置的微處理器控制A/D轉(zhuǎn)換器把電流、電壓或熱敏電阻的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，模塊提供信號(hào)調(diào)整、A/D轉(zhuǎn)換、測(cè)量范圍調(diào)整、RS485通訊等功能，良好的光隔能有效的保護(hù)設(shè)備的安全。模塊的主要特點(diǎn)有：內(nèi)置看門狗；3000VDC高壓隔離；采樣率10次/秒；誤差小于0.05%。這些參數(shù)能滿足絕大多數(shù)場(chǎng)合的應(yīng)用。 溫度傳感器選用鉑電阻Pt100測(cè)量-100℃到+100℃的溫度，ADAM4013模塊測(cè)溫系數(shù)a設(shè)為0.00385?？筛鶕?jù)測(cè)量范圍和測(cè)量精度的要求選擇不同的溫度傳感器，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)配置即可。 試驗(yàn)中的介質(zhì)是兩種液體的化學(xué)反應(yīng)。鉑電阻Pt100將化學(xué)反應(yīng)溫度轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)傳到ADAM4013模塊，經(jīng)過采樣處理轉(zhuǎn)化為RS485數(shù)字信號(hào)，在經(jīng)過ADAM4521模塊的轉(zhuǎn)換，變成計(jì)算機(jī)可以接收的RS232信號(hào)，計(jì)算機(jī)收到數(shù)據(jù)后，實(shí)時(shí)顯示，繪制溫度曲線，同時(shí)進(jìn)行后臺(tái)處理、存儲(chǔ)，以備他用。 三、軟件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)軟件主要是用VB6.0對(duì)RS232串口編程，實(shí)現(xiàn)硬件之間的通訊。軟件框圖如圖2所示。 1、MSComm控件簡(jiǎn)介 VB6.0對(duì)RS232串口編程主要通過MSComm控件來實(shí)現(xiàn)。下面簡(jiǎn)單介紹一下MSComm控件： MSComm控件為應(yīng)用程序提供串行通訊功能?？丶峁┫铝袃煞N處理通訊的方式： 事件驅(qū)動(dòng)通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，在事件發(fā)生時(shí)需要得到通知，例如，在 Carrier Detect (CD) 或 Request To Send (RTS) 線上一個(gè)字符到達(dá)或一個(gè)變化發(fā)生時(shí)。在這些情況下，可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕獲并處理這些通訊事件，無論何時(shí)當(dāng) CommEvent 屬性的值變化時(shí)，就產(chǎn)生 OnComm 事件，標(biāo)志發(fā)生了一個(gè)通訊事件或一個(gè)錯(cuò)誤。另一種方法是通過檢查 CommEvent 屬性的值來查詢事件和錯(cuò)誤。如果應(yīng)用程序較小，并且是自保持的，這種方法可能是更可取的，它只對(duì)某一特定的事件響應(yīng)。 每個(gè)使用的 MSComm 控件對(duì)應(yīng)著一個(gè)串行端口。如果應(yīng)用程序需要訪問多個(gè)串行端口，必須使用多個(gè) MSComm 控件。MSComm 控件主要屬性： CommPort：設(shè)置并返回通訊端口號(hào)； Settings： 以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位； PortOpen： 設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài)。也可以打開和關(guān)閉端口； Input： 從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符； Output： 向傳輸緩沖區(qū)寫一個(gè)字符串。 更詳細(xì)的信息請(qǐng)參閱Microsoft的聯(lián)機(jī)文檔MSDN。 2、ADAM模塊常用命令介紹 ADAM模塊時(shí)通過特殊的約定字符來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作的，常用的有： "%0101210600"：設(shè)置端口，0-100度，科學(xué)單位； "#01" ： 讀串口1數(shù)據(jù)； "#02" ： 讀串口2數(shù)據(jù)； "$010" ： 模塊自動(dòng)校準(zhǔn)； "$011" ： 偏移量校準(zhǔn)； "$012" ： 讀端口信息； "$01M"： 讀模塊名。 3、主界面及部分代碼 VB6.0具有強(qiáng)大的界面編輯功能，是一種完全面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，用它實(shí)現(xiàn)的人機(jī)界面直觀友好、易操作易實(shí)現(xiàn)，下面就是試驗(yàn)中所作的界面（圖3）： 從界面可以看出，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)溫度采集的設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示處理功能。 關(guān)鍵代碼如下： Const CMDconfig = "%0101210600" 設(shè)置端口命令字符，0-100度，科學(xué)單位 Const CMDdataIn1 = "#01" 讀串口1數(shù)據(jù)命令字符 Const CMDdataIn2 = "#02" 讀串口2數(shù)據(jù)命令字符 Const CMDspanCalibration = "$010" 校準(zhǔn)命令字符 Const CMDoffsetCalibration = "$011" 偏移量校準(zhǔn)命令字符 Const CMDconfigStatus = "$012" 讀端口信息命令字符 Const CMDmoduleName = "$01M" 讀模塊名命令字符 Private Sub CmdStart_OnClick() 開始命令子程序 MSComm1.CommPort = COMnum 設(shè)置串口號(hào) If MSComm1.PortOpen = False Then 打開串口 MSComm1.PortOpen = True End If If COMnum = 1 Then CMDdataIn = CMDdataIn1 Else CMDdataIn = CMDdataIn2 End If MSComm1.Output = CStr(CMDdataIn) & vbCr 發(fā)出讀數(shù)命令 TimeDelay 500 延時(shí)500ms Picture1.CurrentX = 0 繪制曲線坐標(biāo)起點(diǎn) Picture1.CurrentY = temperature Timer1.Enabled = True 開始計(jì)時(shí) End Sub Private Sub MSComm1_OnComm() 事件響應(yīng)子程序 Select Case MSComm1.CommEvent 判斷MSComm1通訊事件 Case comEvReceive 收到Rthreshold個(gè)字節(jié)產(chǎn)生的接收事件 MSComm1.RThreshold = 0 關(guān)閉OnComm事件接收 TimeDelay 20 延時(shí)20ms temperatureShow = Right(MSComm1.Input, 7) 讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)（BCD碼高位字節(jié)） temperature = Val(temperatureShow) 數(shù)值組合，標(biāo)定小數(shù)點(diǎn) MSComm1.Output = CStr(CMDdataIn) & vbCr 發(fā)送讀命令 MSComm1.InBufferCount = 0 清空緩存 MSComm1.RThreshold = 1 關(guān)閉OnComm事件接收 Case comEventBreak 收到 Break。 … Case Else End Select End Sub 程序中一般會(huì)用到系統(tǒng)時(shí)鐘來計(jì)時(shí)，這是要用到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連接庫kernel32.dll。有一點(diǎn)需要注意，由于串口速度有限，系統(tǒng)運(yùn)行速度也有限，所以設(shè)置采樣間隔一般不能小于15毫秒，否則會(huì)出現(xiàn)延時(shí)錯(cuò)誤。 四、結(jié)論 本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是容易實(shí)現(xiàn)，不需要數(shù)據(jù)采集卡，不需要硬件驅(qū)動(dòng)程序，硬件連接方便，軟件編制也比較容易掌握，有一點(diǎn)兒VB的基礎(chǔ)，再了解一下串口控件應(yīng)用就可以了，特別適合較小的測(cè)溫系統(tǒng)。由于ADAM模塊是可尋址的，所以可以用多個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)多個(gè)參量的測(cè)量采集。整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)周期較短，調(diào)試方便，運(yùn)行可靠，可根據(jù)需要制作相應(yīng)的操作界面。系統(tǒng)只占用PC機(jī)的一個(gè)串口，占用資源少，對(duì)硬件要求不高，各模塊在不同的場(chǎng)合可靈活應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)： [1]李鋒，曾德良，基于VB6.0的串口通訊程序設(shè)計(jì)，現(xiàn)代電子技術(shù)，2002.10，54-57； [2]鄭春生，于贇等，計(jì)算機(jī)連續(xù)實(shí)時(shí)溫度采集系統(tǒng)的研究，鑄造技術(shù)，2003.024(003)，193-194； [3]周六順，基于VB編程的微機(jī)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，化工設(shè)計(jì)通訊，2002.028(003)，47-48； [4]李時(shí)惠，計(jì)算機(jī)多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)，計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2001.020(001)，71-74； [5]ADAM采集模塊使用手冊(cè)，研華科技股份有限公司； [6]Microsoft Corporation 微軟（中國(guó)）有限公司，Microsoft Visual Basic 6.0中文版程序員指南，北京希望電腦公司 1998.01； [7]范逸之，陳立元，Visual Basic與RS-232串行通訊控制（最新版），中國(guó)青年出版社，2002.01. 作者簡(jiǎn)介： 1喬治宏，北京工業(yè)大學(xué)電控學(xué)院檢測(cè)專業(yè)2001級(jí)碩士研究生，研究方向，信號(hào)處理； 2吳晴，北京工業(yè)大學(xué)電控學(xué)院檢測(cè)專業(yè)副教授，研究生導(dǎo)師，研究方向，信號(hào)檢測(cè)與處理