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一种实用的计算机温度采集系统

信息来源:gkong.biz  时间:2010-04-21  浏览次数:102

  作者:乔治宏 吴晴单位:北京工业大学电子信息与控制工程学院
  一、前言
  随着计算机技术的发展和成熟,计算机的应用也越来越广泛。在自动化领域,计算机已经成为控制系统的首选平台,应用计算机对生产和试验进行实时、远程监控是现代自动化发展的主要方向。将计算机应用于工业实时控制的前提是现场数据的实时获取。在生产和科学实验中,常常要测控很多参数,诸如温度、压力、转速等,通常的方法是使用专用的仪表人为观测、记录处理数据、做出判断,这就会带来人为的误差,而且应用范围也会受到现场条件、响应速度等因素的限制。而自动的实时监控系统能很好的解决这些问题。本文以一种简单实用的温度实时采集系统为实例,讨论了一种利用计算机进行远程测控的框架结构和实现方法。
  二、硬件构成
  系统结构如图1所示,其中:
  COMPUTER为普通PC机,要求能够运行Windows98操作系统和开发环境VB6.0,具有标准的RS232串口或RS485口,主要功能为数据采集处理和系统控制,是人机交互平台。实验中使用的是PIII800的计算机。
  ADAM4521为研华科技公司的接口转换模块,能将RS485或RS422信号转换为RS232信号。由于普通PC只具有RS232接口,而一般工业测试信号符合RS485或RS422标准,所以在这里要进行一下转化。研华科技公司的ADAM4521模块有以下特点:可寻址;内置微处理器;传输速度115.2Kbps;1000VDC高压隔离;RS485浪涌电压保护;输入输出可置不同的波特率;无需握手信号。
  ADAM4013为研华科技公司的热敏电阻输入模块,能将热敏电阻的模拟信号转换为RS485数字信号。ADAM4013模块利用内置的微处理器控制A/D转换器把电流、电压或热敏电阻的模拟信号转换为数字信号,模块提供信号调整、A/D转换、测量范围调整、RS485通讯等功能,良好的光隔能有效的保护设备的安全。模块的主要特点有:内置看门狗;3000VDC高压隔离;采样率10次/秒;误差小于0.05%。这些参数能满足绝大多数场合的应用。
  温度传感器选用铂电阻Pt100测量-100℃到+100℃的温度,ADAM4013模块测温系数a设为0.00385。可根据测量范围和测量精度的要求选择不同的温度传感器,在软件设计时进行相应的参数配置即可。
  试验中的介质是两种液体的化学反应。铂电阻Pt100将化学反应温度转化为模拟电信号传到ADAM4013模块,经过采样处理转化为RS485数字信号,在经过ADAM4521模块的转换,变成计算机可以接收的RS232信号,计算机收到数据后,实时显示,绘制温度曲线,同时进行后台处理、存储,以备他用。
  三、软件实现
  系统软件主要是用VB6.0对RS232串口编程,实现硬件之间的通讯。软件框图如图2所示。
  1、MSComm控件简介
  VB6.0对RS232串口编程主要通过MSComm控件来实现。下面简单介绍一下MSComm控件:
  MSComm控件为应用程序提供串行通讯功能。控件提供下列两种处理通讯的方式: 事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下,在事件发生时需要得到通知,例如,在 Carrier Detect (CD) 或 Request To Send (RTS) 线上一个字符到达或一个变化发生时。在这些情况下,可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕获并处理这些通讯事件,无论何时当 CommEvent 属性的值变化时,就产生 OnComm 事件,标志发生了一个通讯事件或一个错误。另一种方法是通过检查 CommEvent 属性的值来查询事件和错误。如果应用程序较小,并且是自保持的,这种方法可能是更可取的,它只对某一特定的事件响应。
  每个使用的 MSComm 控件对应着一个串行端口。如果应用程序需要访问多个串行端口,必须使用多个 MSComm 控件。MSComm 控件主要属性:
  CommPort:设置并返回通讯端口号;
  Settings: 以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位;
  PortOpen: 设置并返回通讯端口的状态。也可以打开和关闭端口;
  Input: 从接收缓冲区返回和删除字符;
  Output: 向传输缓冲区写一个字符串。
  更详细的信息请参阅Microsoft的联机文档MSDN。
  2、ADAM模块常用命令介绍
  ADAM模块时通过特殊的约定字符来实现相应的操作的,常用的有:
  "%0101210600":设置端口,0-100度,科学单位;
  "#01" : 读串口1数据;
  "#02" : 读串口2数据;
  "$010" : 模块自动校准;
  "$011" : 偏移量校准;
  "$012" : 读端口信息;
  "$01M": 读模块名。
  3、主界面及部分代码
  VB6.0具有强大的界面编辑功能,是一种完全面向对象的编程语言,用它实现的人机界面直观友好、易操作易实现,下面就是试验中所作的界面(图3):
  从界面可以看出,系统能实现温度采集的设置、数据显示处理功能。
  关键代码如下:
  Const CMDconfig = "%0101210600" 设置端口命令字符,0-100度,科学单位
  Const CMDdataIn1 = "#01" 读串口1数据命令字符
  Const CMDdataIn2 = "#02" 读串口2数据命令字符
  Const CMDspanCalibration = "$010" 校准命令字符
  Const CMDoffsetCalibration = "$011" 偏移量校准命令字符
  Const CMDconfigStatus = "$012" 读端口信息命令字符
  Const CMDmoduleName = "$01M" 读模块名命令字符
  Private Sub CmdStart_OnClick() 开始命令子程序
  MSComm1.CommPort = COMnum 设置串口号
  If MSComm1.PortOpen = False Then 打开串口
  MSComm1.PortOpen = True
  End If
  If COMnum = 1 Then
  CMDdataIn = CMDdataIn1
  Else
  CMDdataIn = CMDdataIn2
  End If
  MSComm1.Output = CStr(CMDdataIn) & vbCr 发出读数命令
  TimeDelay 500 延时500ms
  Picture1.CurrentX = 0 绘制曲线坐标起点
  Picture1.CurrentY = temperature
  Timer1.Enabled = True 开始计时
  End Sub
  Private Sub MSComm1_OnComm() 事件响应子程序
  Select Case MSComm1.CommEvent 判断MSComm1通讯事件
  Case comEvReceive 收到Rthreshold个字节产生的接收事件
  MSComm1.RThreshold = 0 关闭OnComm事件接收
  TimeDelay 20 延时20ms
  temperatureShow = Right(MSComm1.Input, 7) 读取第一个数据字节(BCD码高位字节)
  temperature = Val(temperatureShow) 数值组合,标定小数点
  MSComm1.Output = CStr(CMDdataIn) & vbCr 发送读命令
  MSComm1.InBufferCount = 0 清空缓存
  MSComm1.RThreshold = 1 关闭OnComm事件接收
  Case comEventBreak 收到 Break。
  …
  Case Else
  End Select
  End Sub
  程序中一般会用到系统时钟来计时,这是要用到系统动态连接库kernel32.dll。有一点需要注意,由于串口速度有限,系统运行速度也有限,所以设置采样间隔一般不能小于15毫秒,否则会出现延时错误。
  四、结论
  本系统最大的特点就是容易实现,不需要数据采集卡,不需要硬件驱动程序,硬件连接方便,软件编制也比较容易掌握,有一点儿VB的基础,再了解一下串口控件应用就可以了,特别适合较小的测温系统。由于ADAM模块是可寻址的,所以可以用多个模块实现多个参量的测量采集。整个系统的开发周期较短,调试方便,运行可靠,可根据需要制作相应的操作界面。系统只占用PC机的一个串口,占用资源少,对硬件要求不高,各模块在不同的场合可灵活应用。
  参考文献:
  [1]李锋,曾德良,基于VB6.0的串口通讯程序设计,现代电子技术,2002.10,54-57;
  [2]郑春生,于贇等,计算机连续实时温度采集系统的研究,铸造技术,2003.024(003),193-194;
  [3]周六顺,基于VB编程的微机温度采集系统设计,化工设计通讯,2002.028(003),47-48;
  [4]李时惠,计算机多点温度采集系统的设计与现实,计算技术与自动化,2001.020(001),71-74;
  [5]ADAM采集模块使用手册,研华科技股份有限公司;
  [6]Microsoft Corporation 微软(中国)有限公司,Microsoft Visual Basic 6.0中文版程序员指南,北京希望电脑公司 1998.01;
  [7]范逸之,陈立元,Visual Basic与RS-232串行通讯控制(最新版),中国青年出版社,2002.01.

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