基于VB與MCS-51單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計

0 引言

在現(xiàn)代測控系統(tǒng)中，由于PC機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和良好的用戶交互界面，單片機(jī)具有較強(qiáng)的現(xiàn)場抗干擾能力及良好的性價比，因此以PC機(jī)為上位機(jī)實施用戶控制和以單片機(jī)為下位機(jī)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集的分布式智能化控制系統(tǒng)無疑具有很好的應(yīng)用前景。本文中單片機(jī)實現(xiàn)了溫度檢測，具有較好的實時性；PC機(jī)完成了數(shù)據(jù)顯示、存儲及統(tǒng)計分析，繪制了實時溫度曲線，并對系統(tǒng)目前所處狀況做出了評判。兩者之間以串行口進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)

該系統(tǒng)的下位機(jī)選擇Atreel公司的AT89S51單片機(jī)作為控制核心，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場溫度值。溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量，并經(jīng)AT89S51的P1口進(jìn)入單片機(jī)保存。上位PC機(jī)通過串行口與下位機(jī)聯(lián)絡(luò)，向下位機(jī)發(fā)送控制命令和接收下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)以及進(jìn)行人機(jī)交互。上位機(jī)采用VB 6．0進(jìn)行人機(jī)交互界面設(shè)計，并利用其MSComm控件實現(xiàn)與下位機(jī)簡單而高效的串行通信。充分發(fā)揮了單片機(jī)在實時數(shù)據(jù)采集和PC機(jī)對圖形處理、顯示以及數(shù)據(jù)庫管理上的優(yōu)點。使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動監(jiān)測或控制，而是形成了以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。由于上下位機(jī)串行口工作電平不一致，它們之間通過MAX232芯片將單片機(jī)TTL電平轉(zhuǎn)換為RS 232電平，構(gòu)成如圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

2 VB環(huán)境下串行通信的實現(xiàn)方法

VB可視化界面的設(shè)計風(fēng)格具有簡單、易學(xué)、高效的特點，已成為眾多開發(fā)人員采用的工具，且被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。VB的MSComm通信控件，只需用戶編寫少量的程序代碼即可完成通信軟件的開發(fā)過程。

2．1 MSComm控件簡介

MSComm控件是Microsoft公司提供的串行通信ActiveX控件，MSComm控件通過串行口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。MS-Comm通信控件的主要屬性如下：

(1)CommPort屬性用于設(shè)置或返回通信連接端口。在設(shè)計時，CommPort屬性值可以設(shè)置成從1～16的任何數(shù)(缺省值為1)。
(2)Settings屬性用于設(shè)置初始化參數(shù)。以字符串的形式設(shè)置或返回聯(lián)機(jī)速率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位等4個參數(shù)。其格式為：“BBBB，P，D，S”。其中，BBBB表示聯(lián)機(jī)速率；P表示奇偶校驗位檢查方式；D表示數(shù)據(jù)位數(shù)；S表示停止位數(shù)。該系統(tǒng)設(shè)其為“9600，N，8，l”。
(3)Portopen屬性用于設(shè)置或返回通信串口的狀態(tài)(開或關(guān))。Portopen屬性為Boolean類型，當(dāng)值為True時，表示打開串口；當(dāng)值為False時，表示關(guān)閉串口，并清空接收和發(fā)送緩沖區(qū)。
(4)Input屬性用于從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。
(5)Output屬性用于向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)。
(6)InputMode屬性用于讀取或設(shè)置從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的格式，當(dāng)InputMode=O時，數(shù)據(jù)以文字形式讀取；當(dāng)InputMode=1時，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式讀取。

2．2 上位機(jī)程序設(shè)計

上位機(jī)主要負(fù)責(zé)發(fā)送控制命令，以及數(shù)據(jù)的接收、處理、計算、數(shù)據(jù)的顯示等功能。上位機(jī)程序分為四個部分：界面設(shè)計、程序初始化、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理。程序流程如圖2所示。

主操作界面主要分為四個組成部分，如圖3所示。為使界面清晰明了，用frame控件將其隔開。

其中，溫度界限部分主要用來顯示用戶自己設(shè)定的溫度上下限；數(shù)據(jù)接收部分采用外部控件MSFlexGrid來顯示已經(jīng)接收過來的數(shù)據(jù)；統(tǒng)計計算部分用來顯示對數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果，如最大值、最小值、平均值等，最后對當(dāng)前系統(tǒng)狀況作出綜合評判；溫度曲線部分顯示當(dāng)前所有溫度的變化情況，每個溫度值對應(yīng)曲線突出的一點，其中兩條虛線內(nèi)的點代表溫度值在界限范圍內(nèi)，兩條虛線外的兩個點則表示該溫度值超出了界限范圍。

進(jìn)入主界面后，用戶首先單擊“開始聯(lián)絡(luò)”，此時上位機(jī)會向下位機(jī)發(fā)出聯(lián)絡(luò)信號，下位機(jī)受到預(yù)先設(shè)定的聯(lián)絡(luò)信號后，會將數(shù)據(jù)發(fā)送過來；然后單擊“接收數(shù)據(jù)”命令，此時會在MSFlexGrid控件中按先后順序依次顯示接收到的數(shù)據(jù)；在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之前，用戶可根據(jù)自身需求進(jìn)行溫度界限的設(shè)定，僅單擊“界限設(shè)置”命令即可實現(xiàn)；最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單擊相應(yīng)命令按鈕后，會在界面繪出當(dāng)前溫度曲線，并計算出各種統(tǒng)計參數(shù)。

2．3 串口通信初始化程序

該程序主要用于對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及串口部分的初始化，如串口的選擇、串口的數(shù)據(jù)格式等。這部分程序的代碼如下：

2．4 上位機(jī)通信程序

該程序由數(shù)據(jù)發(fā)送(聯(lián)絡(luò)信號)和數(shù)據(jù)接收組成。兩部分程序分別寫在對應(yīng)的命令按鈕“開始聯(lián)絡(luò)”、“接收數(shù)據(jù)”的Click事件下。具體程序代碼如下：

3 下位機(jī)通信軟件設(shè)計

下位機(jī)程序包括初始化部分、數(shù)據(jù)采集和接收聯(lián)絡(luò)信號部分、數(shù)據(jù)發(fā)送部分。

AT89S51單片機(jī)串行通信由定時器Tl作為波特率發(fā)生器，其波特率與PC機(jī)一致。數(shù)據(jù)的傳送格式為8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。采用查詢方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，定時器T1設(shè)置為工作模式2，串行口設(shè)置為工作方式1。該設(shè)計將通信速率設(shè)置為9 600 b／s，SMOD=0，單片機(jī)晶振頻率為11．059 2 MHz，此時定時器T1的初值應(yīng)被設(shè)為：

3．1 接收上位機(jī)命令程序

接收上位機(jī)命令程序：

3．2數(shù)據(jù)發(fā)送程序

數(shù)據(jù)發(fā)送程序：

4 結(jié)語

單片機(jī)與上位機(jī)的通信在工業(yè)控制現(xiàn)場的應(yīng)用比較廣泛，利用VB提供的通訊控件MSComm對上位機(jī)進(jìn)行編程比使用API函數(shù)編程更簡單靈活。本文通過具體實例分析了計算機(jī)與單片機(jī)之間的通信方法。調(diào)試結(jié)果證明，該方案切實可行，能夠確保通信的穩(wěn)定，具有重要的現(xiàn)實意義。