閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置與PC機(jī)的智能串行通信

0 引言

閥門(mén)制造的質(zhì)量越來(lái)越受到行業(yè)與廣大用戶的重視，特別是高壓、大口徑、低溫等特殊工況下工作的閥門(mén)及重要輸送管道上的閥門(mén)，若開(kāi)啟或關(guān)閉過(guò)程中發(fā)生機(jī)械故障，其后果不可設(shè)想。閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)系統(tǒng)可以完整地記錄被測(cè)閥門(mén)在開(kāi)啟與關(guān)閉的全過(guò)程中所需的時(shí)間（開(kāi)度）與轉(zhuǎn)矩、時(shí)間（開(kāi)度）與位移的關(guān)系，并以數(shù)據(jù)顯爾、趨勢(shì)曲線、輸出最大值及報(bào)表等多種形式，反映閥門(mén)的制造與裝配質(zhì)量信息，供技術(shù)人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和分析，以獲得產(chǎn)品的性能指標(biāo)，可幫助企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量。

閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)系統(tǒng)以PC機(jī)為控制處理中心，由閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置采集數(shù)據(jù)，然后用異步串行通信方式傳給PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)由PC機(jī)對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)控制。VB在開(kāi)發(fā)可視化環(huán)境下的檢測(cè)系統(tǒng)控制軟件時(shí)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，人機(jī)界面的建立比其它工具簡(jiǎn)單、快速；其次VB提供了串行通信控件，使開(kāi)發(fā)者可以開(kāi)發(fā)串行通信和系統(tǒng)程序，而功能上也提供了不少為用戶所設(shè)想的簡(jiǎn)便之處。本義介紹的閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)系統(tǒng)中的有關(guān)程序即選用了VB作為編程工具。

1 閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置與PC機(jī)的串行通信

用VB開(kāi)發(fā)串行通信程序一般有兩種方法：

①利用Windos的通信API函數(shù)

Windows SDK提供了完備的API接口函數(shù)，利用API函數(shù)編寫(xiě)的串口通信程序功能更強(qiáng)大、更豐富，但編寫(xiě)復(fù)雜，其復(fù)雜化和專業(yè)化使很多開(kāi)發(fā)者望而卻步。

②采用通信控件實(shí)現(xiàn)

使用控件是VB的一大優(yōu)勢(shì)，其編寫(xiě)程序較為簡(jiǎn)單，大多數(shù)VB程序員使用微軟公司的MSComm控件來(lái)進(jìn)行串行通信程序的開(kāi)發(fā)。

筆者編寫(xiě)的用于閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置與PC機(jī)的串行通信程序，主要利用了MSComm控件的一些屬性與方法。MSComm控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、過(guò)程，通過(guò)設(shè)置串行通信的參數(shù)（端口號(hào)、波特率等），比較容易實(shí)現(xiàn)串行通信。

1.1 閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)系統(tǒng)通信協(xié)議

閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置與PC機(jī)之間采用RS232異步串行通信接口通信，數(shù)據(jù)傳輸速率為9600bps，1位開(kāi)始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。檢測(cè)裝置不斷發(fā)送檢測(cè)數(shù)據(jù)。每個(gè)數(shù)據(jù)塊由4個(gè)字節(jié)組成，第一個(gè)字節(jié)的前三位定義為二進(jìn)制常數(shù)1ll，是每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始標(biāo)志，其余3個(gè)字節(jié)的前三位均為二進(jìn)制常量000；每?jī)蓚€(gè)字節(jié)的后五位表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)，高位在前，低位在后。如圖1所示。

1.2 MSComm控件的主要屬性和事件

MSComm控件有很多屬性，其中最基本的有以下幾個(gè)：

1.2.1 CommPort屬性：設(shè)置并返回通訊端口號(hào)。端口號(hào)可以設(shè)置為l~99的任何數(shù)，如rt=2表示設(shè)置當(dāng)前通訊端口為COM2。

1.2.2 Setting屬性：設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位。格式為g=String。String是一個(gè)包含四部分的字符串：第一部分為波特率；第二部分為奇偶校驗(yàn)，N表示不校驗(yàn)，M表示符號(hào)校驗(yàn)，E表示偶校驗(yàn)，0表示奇校驗(yàn)，S表示空格校驗(yàn)；第三部分為數(shù)據(jù)位數(shù)，其可選值為4，5，6，7，8；第四部分為停止位位數(shù)，其可選值為1，l.5，2。Setting屬性的缺省值為“9600，N，8，1”。

1.2.3 PortOpen屬性：設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài)（打開(kāi)和關(guān)閉）。

1.2.4 Input屬性：從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符。該屬性在運(yùn)行時(shí)為只讀。

1.2.5 InputMode屬性：設(shè)置和返回Input屬性檢索的數(shù)據(jù)類型。

1.2.6 InputLen屬性：設(shè)置并返回每次InPut屬性從接收緩沖區(qū)中讀取的字符數(shù)。InputLen屬性的缺省值為0。設(shè)置InputLen為0時(shí)，Input將讀取接收緩沖區(qū)的全部字符。

1.2.7 Output屬性：向傳送緩沖區(qū)寫(xiě)數(shù)據(jù)。要傳送的數(shù)據(jù)可是文本數(shù)據(jù)或二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

1.2.8 CommEvent屬性：返回最近的通信事件或錯(cuò)誤。只要有通訊錯(cuò)誤或接收事件發(fā)生時(shí)就會(huì)產(chǎn)生0nComm事件。CommEvent屬性中存有該錯(cuò)誤或事件的數(shù)值代碼。

1.2.9 Rthreshold屬性：設(shè)置或傳回引發(fā)接收事件的字符數(shù)，即屬性頁(yè)上的 “R閥值”。當(dāng)接收寄存器達(dá)到所設(shè)置的字符數(shù)時(shí)，將會(huì)引發(fā)OnComm事件中的接收事件。此屬性的默認(rèn)值是0，其意義是無(wú)論寄存器中有多少字符均不會(huì)引發(fā)接收事件。

1.3 本裝置通信控件的屬性

本裝置通信控件MSComm1重要屬性設(shè)置如下：

rt=2’選串行端口2

gs=“9600，n，8，1” ‘設(shè)置9600波特率，無(wú)奇偶校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位

ferStze=30000’設(shè)置緩沖區(qū)大小為30000個(gè)字節(jié)

ode=1’輸入輸出的數(shù)據(jù)類型為二進(jìn)制

hold=0’不引發(fā)接收事件

en=7’指定由串行口一次讀入的字符串長(zhǎng)度

MSComm控件提供了OnComm事件，用于通信錯(cuò)誤或通信事件發(fā)生時(shí)，用戶可在OnComm事件中編寫(xiě)代碼。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)接收的每個(gè)數(shù)據(jù)塊，要通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單算法，將二進(jìn)制格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)十進(jìn)制表示的數(shù)據(jù)。編寫(xiě)數(shù)據(jù)處理函數(shù)如下：

Function BtoD（d1 as byte，d2 as byte）as integer

BtoD=（d1 And&H10）/16*2^9_

+（dl And&H8）/  8*2^8_

+（d1 And&H4）/ 4*2^7_

+（dl And&H2）/2*2^6_

+（d1 And&H1）/1*2^5_

+（d2 And&H10）/16*2^4_

+（d2 And &H8）/8*2^3_

+（d2 And &H4）/4*2^2_

+（d2 And &H2）/2*2^1_

+（d2  And  &H1）/1*2^0_

End Function

1.5 發(fā)送命令程序

為了發(fā)送一個(gè)4字節(jié)二進(jìn)制數(shù){7E，01，F6，oA}數(shù)據(jù)傳輸命令，它必須先存到一個(gè)形式為Byte的動(dòng)態(tài)數(shù)組，然后再將此動(dòng)態(tài)數(shù)組傳送出去。采用單擊命令按鈕方式發(fā)送傳輸命令，過(guò)程如下：

Private Sub cmdstart_Click（）‘開(kāi)始按鈕

Dim outA（）As Byte

……

outA（）=ChrB（&H7E）&ChrB（l）&ChrB（&HF6）&ChrB（&HA）

=outA’向閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸命令

U1max=0’數(shù)據(jù)1最大值存儲(chǔ)變量清零

U2max=0’數(shù)據(jù)2最大值存儲(chǔ)變量清零

T=Val（）’數(shù)據(jù)采樣時(shí) 間間隔

CT=Va1（）’數(shù)據(jù)采樣時(shí)間

d=True’啟動(dòng)接收閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置數(shù)據(jù)定時(shí)器

End Sub

1.6 接收數(shù)據(jù)程序

接收數(shù)據(jù)是一個(gè)自動(dòng)的周期性過(guò)程，通過(guò)子過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，由定時(shí)器開(kāi)啟。接收數(shù)據(jù)時(shí)，每次要判斷第一個(gè)字節(jié)是否為一個(gè)數(shù)據(jù)塊的起始字節(jié)，只有是則連接的4個(gè)字節(jié)才為正確的數(shù)據(jù)，否則查看下一字節(jié)。通過(guò)設(shè)置en=7來(lái)實(shí)現(xiàn)每次從接收緩沖區(qū)內(nèi)讀取七個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，以保證每一個(gè)周期能讀取一個(gè)數(shù)據(jù)塊。接收數(shù)據(jù)子過(guò)程如下：

Sub  ReceriveData（）

Dim Buf（）As Byte

Dim i As Integer

Dim  Temp  As Integer

Dim  c（3） As Byte

Dim U1%，U2%

Buf（）=

For i=LBound （Buf）To  UBound（Buf）’查找數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)字節(jié)

If Buf（i）\32=7 Then

Temp=i

Exit For

End If

Next

For i=0 To 3’讀取一個(gè)數(shù)據(jù)塊

c（i）= Buf（TemP+i）

Next

U1=BtoD（c（0），c（1））’調(diào)用數(shù)據(jù)處理函數(shù)求數(shù)據(jù)1

U2=BtoD（c（2），c（3））’調(diào)用數(shù)據(jù)處理函數(shù)求數(shù)據(jù)2

If U1＞U1 max Then’求數(shù)據(jù)1的最大值

Ulmax=U1

End If

If U2＞U2max Then’求數(shù)據(jù)2的最大值

U2maX=U2

End If

End Sub

1.7 通訊錯(cuò)誤的處理

由于外界干擾或電壓波動(dòng)等原因，PC機(jī)和閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)知檢測(cè)裝置之間的通信可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，如接收緩沖區(qū)溢出、連接端口超速等。這些可能發(fā)生的事件都能在代碼中引起運(yùn)行錯(cuò)誤。為了處理這些錯(cuò)誤，須要將錯(cuò)誤處理代碼添加到程序中。通過(guò)控件中的OnComm事件可以捕捉和處理錯(cuò)誤。在通信過(guò)程中所發(fā)生的通信錯(cuò)誤是CommEvent屬性返回的。當(dāng)CommEVent屬性值發(fā)生改變時(shí)，表明有通信錯(cuò)誤，就會(huì)產(chǎn)生OnComm事件。同時(shí)，可以利用自動(dòng)引發(fā)OnComm事件的特點(diǎn)在接收過(guò)程中加入狀態(tài)顯示碼。通信錯(cuò)誤的處理程序如下：

Private  Sub  MSComm1_OnComm（）

Select Case ent

case ComEventFrame’數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤

X=MsgBox（Framing  Error！，16）

…錯(cuò)誤處理

Case ComEventOverrun’連接端口超速

X=MsgBox（“數(shù)據(jù)丟失！”，16）

…錯(cuò)誤處理

……

End Select

End Sub

2 保存數(shù)據(jù)

通過(guò)串口傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，連同對(duì)應(yīng)的時(shí)間參數(shù)，送入數(shù)據(jù)庫(kù)，供MIS系統(tǒng)查詢、繪制趨勢(shì)曲線、打印報(bào)表等使用。數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如表1所示：

表1 數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

列名

數(shù)據(jù)類型

可否為空

說(shuō)明

T

Integer（2）

NOT NULL

時(shí)間（主鍵）

U1

Integer（4）

NOT NULL

數(shù)據(jù)1

U2

Integer（4）

NOT NULL

數(shù)據(jù)2

3 繪制趨勢(shì)曲線

將采集到的數(shù)據(jù)繪制成趨勢(shì)曲線（U1-T和U2-T），進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和分析，以得到產(chǎn)品的性能指標(biāo)。

3.1 繪圖方法的使用

在VB中，最方便使用的繪圖組件是圖片框（Picture Box），此組件可以使用相關(guān)的繪圖方法將數(shù)據(jù)繪到圖片框中，使結(jié)果顯示在其上。在繪制趨勢(shì)曲線中只需用到直線的繪制方法，在VB中畫(huà)直線是邁過(guò)Line方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它的語(yǔ)法為：

[step] [x1，x1] [step］（x2，y2）[，<顏色>[，B[F]]

其中，x1，y1為直線的起點(diǎn)坐標(biāo)，x2，y2為直線的終點(diǎn)坐標(biāo)，顏色用于設(shè)置直線的顏色，B、F為繪制矩形時(shí)所用。當(dāng)使用Line方法繪制連結(jié)的線時(shí)，前一條線的終點(diǎn)就是后一條線的起點(diǎn)。線的寬度取決于DrawWidth屬性值，線型取決于DrawStyle屬性值。執(zhí)行Line方法后，CurrentX和CurrentY性被參數(shù)設(shè)置為終點(diǎn)。

3.2 插值公式的使用

間門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)系統(tǒng)中PC機(jī)接收的數(shù)據(jù)為每隔一定時(shí)間間隔采樣、處理和讀取的，為了能更好地顯示曲線的趨勢(shì)走向，需要使用插值法求中間點(diǎn)。常用牛頓插值公式計(jì)算中間點(diǎn)坐標(biāo)。牛頓插值公式如下：

牛頓插值公式是一個(gè)遞推公式，當(dāng)需要增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，只要多計(jì)算一行就可以了，比較方便實(shí)用。利用該公式即可騙寫(xiě)出在繪制趨勢(shì)曲線過(guò)程中用到的構(gòu)造牛頓插值公式子過(guò)程。

3.3 繪制趨勢(shì)曲線

讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，利用牛頓插值函數(shù)及Line方法，可得到如圖2所示的檢測(cè)結(jié)果趨勢(shì)曲線（U1-T和U2-T）

程序代碼如下：

Private Sub DrawNewTonGraph（Xmin As Single，Xmax As Single，stp As Single，m1 As Integer，m2 As Integer，k As Single，c，Pie As object）

’Stp為橫坐標(biāo)繪圖步長(zhǎng)；m1為曲線的橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)表中的字段名，m2為曲線的縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)表中的字段名；k為曲線比例系數(shù)；c為曲線的顏色；Pic為繪圖的圖片框

Dim x As Single ‘X坐標(biāo)

Dim y As Single ‘Y坐標(biāo)

NewTonInterpolationl ml，m2’調(diào)用構(gòu)造中頓插值公式子過(guò)程

dth=2’設(shè)置曲線寬

yle=vbSolid’設(shè)置曲線線型

x=Xmin

y=NewTonInterpolation2（x）’用牛頓插值公式求X點(diǎn)的y值

（x，y），c’設(shè)置起點(diǎn)

x=x+Stp

While  x＜Xmax

y=NewTonInterpolation2（x）

-（x，y*k），c’由上一次的位置畫(huà)至此點(diǎn)

x=x+stp

Wend

x=Xmax

y=NewTonInterpolation2（x）

-（x，y*k），C

       End Sub

4 結(jié)束語(yǔ)

閥門(mén)啟閉動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)系統(tǒng)為一主從式系統(tǒng)，上位機(jī)為PC機(jī)，應(yīng)用程序全部用VB開(kāi)發(fā)，由PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)控制，可以完整地記錄被測(cè)閥門(mén)在開(kāi)啟與關(guān)閉的全過(guò)程中所需的時(shí)間（開(kāi)度）與轉(zhuǎn)矩、時(shí)間（開(kāi)度）與位移的關(guān)系，并以數(shù)據(jù)顯示、趨勢(shì)曲線、輸出最大值及報(bào)表等形式，反映閥門(mén)的制造與裝配質(zhì)量信息。本文中給出的原程序均巳在VB6.0環(huán)境下調(diào)試通過(guò)，其中的編寫(xiě)方法對(duì)其他類似的檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 范逸之.利用Visual Basic實(shí)現(xiàn)串并行通信技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2] 范逸之.Visual Basic與分布式監(jiān)控系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

（轉(zhuǎn)載）