生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

在實(shí)際生產(chǎn)中各個(gè)工藝的溫濕度都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，要對(duì)生產(chǎn)過程的環(huán)境溫濕度進(jìn)行嚴(yán)格控制，必須首先要精確測試。作者參加的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目主要是根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況和要求,研制生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，極大地提高了產(chǎn)房溫濕度測試精度和自動(dòng)化程度，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了保證。

1系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)及功能

本文介紹的生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)及功能如下：

（2）溫濕度測試點(diǎn)數(shù)：4個(gè)車間，每個(gè)車間6~10點(diǎn)；

（2）測試范圍及精度:溫度：0~80笆,精度：+0.5G濕度:0%~100%，精度:+5%RH；

（3）顯示方式：各車間內(nèi)和主機(jī)房內(nèi)分別循環(huán)顯示；

（4）通訊距離：車間和主機(jī)房之間的通訊距離不超過700m；

（5）數(shù)據(jù)記錄：每過20分鐘主機(jī)房內(nèi)計(jì)算機(jī)記錄一次,一晝夜存盤一次；

（6）測量方式：各車間參數(shù)巡回監(jiān)測，主機(jī)每過20分鐘向各車間采集數(shù)據(jù)一次；

（7）報(bào)警處理：對(duì)所監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行超限判斷，如超限,給出聲關(guān)報(bào)警；

（8）打印功能：可隨時(shí)打印，也可整日打印。

1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

系統(tǒng)采用分散式三級(jí)系統(tǒng)方案，即下位機(jī)、中位機(jī)以及上位機(jī)。下位機(jī)主要是每個(gè)車間內(nèi)的數(shù)據(jù)采集單元，用于本車間內(nèi)參數(shù)采集及顯示，同時(shí)還將測量結(jié)果傳輸?shù)街鳈C(jī)房；中位機(jī)則主要負(fù)責(zé)從各下位機(jī)獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合顯示，數(shù)據(jù)超限判斷，報(bào)警，最近24小時(shí)數(shù)據(jù)保存等；上位機(jī)由普通x86微機(jī)承擔(dān)，主要用于查詢數(shù)據(jù)或?qū)y量數(shù)據(jù)定時(shí)存盤以及打印等。

整個(gè)系統(tǒng)由傳感器、下位機(jī)、中位機(jī)和上位機(jī)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)的工作原理框圖如圖2所示。由圖可見，各車間的溫濕度參數(shù)經(jīng)各自的傳感器變換成電流傳送給各自的下位機(jī)，每臺(tái)下位機(jī)對(duì)本車間內(nèi)的溫濕度參數(shù)進(jìn)行循環(huán)采集、處理、顯示，當(dāng)中位機(jī)尋址到該下位機(jī)時(shí)，該下位機(jī)通過電流環(huán)串行通訊方式傳輸給中位機(jī)。中位機(jī)與下位機(jī)是主從關(guān)系，中位機(jī)采用主動(dòng)尋址方式收集各個(gè)下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)。上位機(jī)與中位機(jī)也是主從關(guān)系，當(dāng)上位機(jī)需要中位機(jī)的數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)將通過并行口得到中位機(jī)匯總好的測試數(shù)據(jù)。

2系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

2.1軟件功能

系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要用于實(shí)現(xiàn)5項(xiàng)功能。

（1）查詢功能

查詢當(dāng)前時(shí)刻前24小時(shí)內(nèi)溫濕度的測量數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)，以及當(dāng)前時(shí)刻的溫濕度測量數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)；

（2）存盤功能

將24小時(shí)內(nèi)的測量數(shù)據(jù)和報(bào)警信息存盤，以備將來查詢;

（3）顯示和打印功能

通過系統(tǒng)隨時(shí)顯示和打印歷史測量數(shù)據(jù)；

（4）修改功能

可修改上位機(jī)系統(tǒng)時(shí)間和中位機(jī)內(nèi)的時(shí)間、傳感器好壞標(biāo)志、扌艮警上下限，以及下位機(jī)重新設(shè)置信息;

（5）曲線和報(bào)表生成功能

系統(tǒng)可將24小時(shí)的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成曲線和報(bào)表。

2.2軟件組成

上位機(jī)軟件用C語言編寫，由三個(gè)源程序模塊y-high.c,y-common.c，y-menu.c組成。其中y-hlgh.c為主程序模塊,y-common.c是大量子函數(shù)的集合，y-menu.c是人機(jī)界面函數(shù)的集合。它們?nèi)咧g的相互關(guān)系如圖3所示。

2.3上位機(jī)軟件主程序流程圖

上位機(jī)軟件采用子上而下的模塊設(shè)計(jì)思想，從功能模塊的劃分開始，逐級(jí)細(xì)化。其主程序流程圖如圖4所示。

圖4    上機(jī)位主程序流程圖

3中位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件功能

系統(tǒng)中位機(jī)軟件主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）定時(shí)讀取各下位機(jī)的測試數(shù)據(jù)(20分鐘一次)；

（2）監(jiān)測按鍵，當(dāng)有鍵按下時(shí)，CPU做出相應(yīng)處理；

（3）循環(huán)顯示各車間的溫濕度測試數(shù)據(jù)；

（4）定時(shí)顯示報(bào)警信息；

（5）及時(shí)響應(yīng)上位機(jī)的通訊信號(hào)。

根據(jù)用戶要求，設(shè)計(jì)時(shí)可選擇功能3作為主程序部分；功能4、5由系統(tǒng)中斷服務(wù)子程序完成；功能1、2由主程序的兩個(gè)子程序完成。

3.2主程序

系統(tǒng)中位機(jī)的主程序流程圖如圖5所示。中位機(jī)每過20分鐘讀取各下位機(jī)數(shù)據(jù)一次，中位機(jī)巡回顯示四個(gè)車間的溫濕度，每個(gè)車間有6個(gè)溫度傳感器。

圖5    中位機(jī)主程序流程圖

3.3通訊程序

3.3.1中位機(jī)與上位機(jī)的通訊程序

中位機(jī)和上位機(jī)的通訊協(xié)議是上位機(jī)與中位機(jī)的并行通訊采取主從關(guān)系的通訊方式，當(dāng)上位機(jī)向中位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí),上位機(jī)采用查詢方式，中位機(jī)采用中斷方式；當(dāng)中位機(jī)向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，中位機(jī)和上位機(jī)均采用查詢方式。

在中位機(jī)與上位機(jī)的通訊服務(wù)程序中，中位機(jī)的并行通訊中斷子程序如圖6所示。

3.3.2中位機(jī)與下位機(jī)的通訊程序

系統(tǒng)中的中位機(jī)與下位機(jī)的串行多機(jī)通訊協(xié)議約定如下：系統(tǒng)中下位機(jī)容量為8臺(tái)，地址分配為01H-08H；地址FFH是對(duì)所有下位都起作用的控制命令，命令各下位機(jī)恢復(fù)SM2=1的狀態(tài)；制定中位機(jī)的控制命令代碼，代碼按00H，01H，02H，03H順序設(shè)置，其它均為非法代碼。

通訊服務(wù)程序中的中位機(jī)串行通訊程序流程如圖7所示。

圖6    中位機(jī)并行通訊中斷子程序流程圖

圖7    中位機(jī)串行通訊子程序流程圖

其中的中位機(jī)工作寄存器設(shè)定為：

R5:從機(jī)地址；R6:命令

4下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

4.1軟件功能

系統(tǒng)下位機(jī)軟件所要實(shí)現(xiàn)的功能有：①循環(huán)采集最多24路環(huán)境溫濕度參數(shù)；②進(jìn)行軟件濾波；③實(shí)現(xiàn)本車間數(shù)據(jù)的循環(huán)顯示；④實(shí)時(shí)響應(yīng)中位機(jī)的通訊要求。

4.2軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)下位機(jī)的主程序流程圖如圖8所示。

系統(tǒng)下位機(jī)的功能主要是循環(huán)采集和顯示車間內(nèi)的各點(diǎn)溫濕度參數(shù)值。一般情況下，下位機(jī)采用中斷方式與中位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

5結(jié)語

本文從系統(tǒng)架構(gòu)方面綜合考慮了生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的適用性、可靠性、可維護(hù)性、擴(kuò)充性、操作簡便性，深入分析了生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)上、中、下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。系統(tǒng)使用證明，該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中效益良好。

圖8    下位機(jī)主程序流程圖

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