一种实用的计算机温度采集系统

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. 作者简介： 1乔治宏，北京工业大学电控学院检测专业2001级硕士研究生，研究方向，信号处理； 2吴晴，北京工业大学电控学院检测专业副教授，研究生导师，研究方向，信号检测与处理