（计算机科学与技术专业论文）井下铁矿石品位自动计量系统的设计与开发.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特n j t l 以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 签名：潍日期：；独如7 留 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位 论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认 可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会 公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) 、芬习孵导师( 签名) ：罩笙生日期砷匀，7 胃 摘要 国民经济的快速发展，使我国矿产资源的消费达到空前的高度，特别是最 近几年采矿业的迅猛发展，对我国矿产资源的开采技术提出了更高的要求。 在矿产资源的开采过程中，因矿石中含有无用矿物或有用成分含量甚微而 不能利用的矿物，故需要一种标量来衡定矿石的品性和质量，品位就是矿石中 金属或有用组成部分的单位含量，它常用于衡量矿石品质的一种标量。品位高 就表示这种矿石里面含有的有效成分高，相反，就表明有效成分含量低。如果 在矿石的开采过程中，通过某种方法将矿石的品位算出，再用品位来指导生产， 这将使矿石开采的效率大大地提高。 品位自动计量系统可以在不断轨的情况下，实现对矿石品位的自动计量并 实时地显示出来，然后再将有效的数据存储到后台的数据库中，同时还根据企 业的日常业务流程和需要，系统还配置有相关的功能模块，来配合完成企业的 工作流程。整个系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要通过圆锥型剪力 塞孔传感器测得矿石重量，利用超声波测距传感器测得矿石体积，软件部分负 责实时数据的接收和存储，并根据业务流程完成相关功能。通过品位自动计量 系统，我们不仅能很快地、准确地判断矿石品位的大小，用以指导生产，而且 又可以使部门工作人员的管理信息化、规范化，这无疑将提高企业的核心竞争 力。 通过实地考察、调研，根据系统功能的特点，我们采用v i s u a lc + + 6 0 集成 开发环境中的基于对话框的m f c 应用程序作为系统的界面，后台数据库采用 s q l s e r v e r 2 0 0 0 。本文介绍了系统开发的软件模型，系统体系结构的设计，系统 使用到的一些相关技术及后台数据库的设计；在系统实现部分，首先分析了各 个功能模块的功能需求，然后分别介绍各个功能模块的功能，特别是计量和统 计模块是作为重点进行介绍和分析的。 通过试运行表明，该品位自动计量系统运行良好，并达到预期的效果，对 推动我国矿产资源的开发具有一定的现实意义。 关键词：矿石品位；自动计量；不断轨；m f c a b s t r a c t w i t hd e v e l o p i n go ft h en a t i o n a le c o n o m y , t h ec o n s u m p t i o no fm i n e r a lr e s o u r c e s i nc h i n ar e a c h e da nu n p r e c e d e n t e dh i g h ，e s p e c i a l l yi nt h em i n i n gi n d u s t r yi nr e c e n t y e a r s ，t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h em i n i n go fm i n e r a lr e s o u r c e si nc h i n ah a sp u t f o r w a r dh i g h e rr e q u i r e m e n t s i i lt h ep r o c e s so fm i n i n gm i n e r a lr e s o u r c e s ，m i n e r a lo r e sc o n t a i n i n gu s e l e s so r l i t t l eu s e f u li n g r e d i e n t sa n dc a nn o tb eu s e d ，s ot h e yn e e das c a l a rv a l u eg i v e nt o m e a s u r et h eq u a l i t yo fo r e , o r eg r a d ei sa nu n i tc o n t e n to fi n t e g r a lp a r to fm e t a lo r u s e f u l ，w h i c hi sas c a l a rv a l u eo fm e a s u r i n gt h eq u a l i t yo fo r e t h eh i g ho r eg r a d e m e a n st h e r ei sl o t so fa c t i v ei n g r e d i e n t si n s i d e , o nt h ec o n t r a r y , i ts h o w st h a tt h e a c t i v ei n g r e d i e n tc o n t e n ti sl o w i ft h eo r eg r a d ec a l lb ec a l c u l a t e di nm i n i n gp r o c e s s b ys o m em e t h o da n dt h e nm a k eu s eo ft h eg r a d et og u i d et h ep r o d u c t i o n , w h i c hw i l l r a i s et h ee f f i c i e n c yo fo r e sm i n i n g t h eo r eg r a d em e a s u r e m e n ts y s t e mc a l lk e e pm e a s u r i n go ft h eo r e sg r a d e a u t o m a t i c a l l yw h e nt h et r a i nd o e s n ts t o pa n dd i s p l a yt h ed a t ai nr e a lt i m e , w h a t s m o r e ，i tn o to n l yc a ns t o r et h ee f f e c t i v ed a t at ot h ed a t a b a s e , b u ta l s oc a na c c o r d i n gt o t h ed a i l yb u s i n e s sp r o c e s s e sa n db u s i n e s sn e e d s ，i no r d e rt oc o m p l e t eb u s i n e s s w o r k f l o w , t h es y s t e me q u i p p e dw i t hr e l e v a n tf u n c t i o n a lm o d u l e s t h es y s t e mc o n s i s t s o fh a r d w a r ea n ds o f t w a r ec o m p o n e n t s ，t h ep a r to fh a r d w a r em a i n l yt h r o u g hc o n i c a l s h e a rp l u gh o l es e n s o l m e a s u r e dt h ew e i g h to fo r ea n dt h ev o l u m eo fo r ei sm e a s u r e d b yu l t r a s o n i cr a n g i n gs e n s o r s ，t h ep a r to fs o f t w a r er e s p o n s i b l ef o rr e c e i v i n ga n d s t o r i n gr e a l - t i m ed a t aa n dc o m p l e t et h er e l e v a n tf u n c t i o n sb a s e do nb u s i n e s sp r o c e s s w i t ht h eu s eo ft h em e a s u r e m e n ts y s t e m ，w ec a l ln o to n l yq u i c k l ya n da c c u r a t e l y d e t e r m i n eh o wh i 曲t h eo r eg r a d ei sa n dg u i d et h ep r o d u c t i o n , b u ta l s oc a nm a k et h e s e c t o rm o r es t a n d a r di nm a n a g i n g , w h i c hw i l lu n d o u b t e d l yi m p r o v et h ee n t e r p r i s e s c o r ec o m p e t i t i v e n e s s t h r o u g ht h ef i e l dv i s i t s ，r e s e a r c ha n da c c o r d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h es y s t e m f u n c t i o n , w eu s et h ed i a l o g - b a s e dm f ca p p l i c a t i o na st h es y s t e mi n t e r f a c ew h i c hi si n v i s u a lc * 6 0i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h e s o f t w a r em o d e lo fs y s t e md e v e l o p m e n t , t h ed e s i g no ft h es y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dt h e r e l a t e dt e c h n o l o g yu s e di nt h es y s t e m i nt h ef i n a l l y , w ei n t r o d u c et h ed e s i g no ft h e s y s t e m sd a t a b a s e i nt h ep a r to ft h es y s t e m sr e a l i z a t i o n ，a tf i r s tw ea n a l y s i st h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fe a c hm o d u l e ，a n dt h e ni n t r o d u c et h ev a r i o u sf u n c t i o n a l m o d u l e s ，p a r t i c u l a r l yt h em e a s u r e m e n ta n ds t a t i s t i c sm o d u l ea r et h ek e yp o i n t sa m o n g t h es e v e r a lm o d u l e s a f t e rat r i a lr u n ，i ts h o w st h a tt h es y s t e mi sr u n n i n gw e l la n da c h i e v et h ed e s i r e d e f f e c t ，w 1 l i c hw i l lh a v es o m ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ei np r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to f m i n e r a lr e s o u r c e si nc h i n a k e yw o r d s ：o r eg r a d e ；a u t o m a t i cm e a s u r e m e n t ；n o n - s t o p ；m f c i l l 目录 摘! 1 2 兽1 a b s t r a c t i i 第l 章绪论l 1 1 论文的选题背景和意义1 1 2 国内外矿石品位计量系统现状分析1 1 3 课题来源2 1 4 本文研究的主要内容2 1 5 本章小结3 第2 章系统开发方法及相关技术4 2 1 系统硬件开发方法4 2 1 1 重量测量方法4 2 1 2 体积测量方法“4 2 2 系统软件开发方法5 2 2 1 结构化系统开发方法5 2 2 2 快速原型法6 2 2 3 面向对象系统开发方法7 2 3 系统环境部署8 2 3 1 系统开发工具8 2 3 2 系统的硬件选择8 2 4 系统实现的主要技术9 2 4 1m f c 及其消息机制9 2 4 2c o m 组件10 2 4 3w i n d o w s 平台下的多线程编程1 l 2 5 本章小结。1 3 第3 章系统需求及总体设计方案。1 4 3 1 系统需求调研1 4 3 1 1 需求调研的内容l4 3 1 2 企业现在存在的问题l6 3 2 系统需求分析1 7 3 2 1 企业的组织结构。1 7 3 2 2 系统的业务流程1 7 3 3 系统的总体设计方案。2 0 3 3 1 系统的软件界面设计2 0 3 3 2 系统的整体功能模块2 1 3 3 3 系统的用例说明2 3 3 3 4 数据库设计2 5 3 4 本章小结2 7 第4 章系统实现2 8 4 1 系统整体概述2 8 4 2 系统硬件实现：3 0 4 2 1 矿石重量测量原理3 0 4 2 2 矿石体积测量原理31 4 3 系统软件实现3 2 4 3 1 用户登录模块实现3 2 4 3 2 计量模块3 6 4 3 3 参数设置模块3 9 4 3 4 数据库管理模块4 1 4 3 5 统计模块4 2 4 3 6 任务分配模块。5 0 4 3 7 用户管理模块。5 2 4 4 系统测试5 4 4 4 1 软件测试概述5 4 4 4 2 白盒测试典型技术及系统测试用例5 4 4 4 3 黑盒测试典型技术及系统测试用例5 6 4 5 本章小结5 8 第5 章总结与展望。5 9 5 1 总结5 9 5 2 展望。6 0 ! 改谢6 l 参考文献6 2 附录：攻读硕士学位期间公开发表的论文及参与项目“ 武汉理工大学工学硕士论文 第l 章绪论 1 1 论文的选题背景和意义 国民经济的快速发展，使我国矿产资源的消费达到空前的高度，特别是最 近几年采矿业的迅猛发展，对我国矿产资源的开采技术提出了更高的要求。采 出的矿石因矿源、所含杂质的不同，其中含有的有用成分不尽相同，有用成分 的大小直接地反映了矿石的品性和质量，品位【1 】就是矿石中金属或有用组成部分 的单位含量，它是衡量矿石质量的主要标志。矿石品位是通过矿石中的有用成 分与矿石重量之比计算得来的。金属矿一般用百分比表示法，比如1 0 的铁矿 石，表示每一百吨的铁矿石中含有十吨铁。常用矿石品位来衡量矿石的价值， 根据品位可以将矿石分为贫矿石、普通矿石和富矿石，有时也仅分为贫矿石和 富矿石。当然，贫矿和富矿在不同的矿种里有不同的划分标准。根据矿物的性 质进行划分，矿石又可分为金属矿石和非金属矿石两大类。由于矿石中混入废 石或者高品位矿石损失可能会导致矿石贫化即开采出来的矿石的品位降低的现 象。矿石的贫化会使矿石的生产成本提高，运输和加工费用增加，同时会降低 矿石加工部门的生产能力。矿石贫化通常用矿石贫化率来表示，工业矿石品位 与采出矿石品位之差和工业品位的比值就是矿石贫化率，矿石贫化率通常以百 分数表示，在此背景下对矿石品位分布及计量方法进行研究意义重大。 铁矿石品位自动计量系统实现了矿石重量、体积和品位等数据的自动存储 和统计，实现了矿石品位的不断轨计量，并且实现数据采集、处理、储存、管 理和统计功能一机完成。此系统提高了铁矿资源的利用效率，加快了矿石生产 的步伐，提高了矿石生产过程的安全性，同时提高了矿石的使用率，促使我国 矿业企业的快速发展。 1 2 国内外矿石品位计量系统现状分析 在诸多矿石品位计量系统中，品位是一种较难准确计测的一种标量。目前 对品位的检测多停留在人工作业阶段，且只是抽样检测。这不仅大大降低了矿 石的利用率，降低了矿石的开采速度，而且造成了资源的浪费，此外，由于人 武汉理工大学工学硕士论文 工作业，安全问题也是一个隐患。采用人工取样进行化验，这样取样量少，取 样位置不同，不能很好地反映出整车品位，且时间长，花费大，需专门人员进 行取样和化验。采用人工方法就是利用相关技术人员目测来估算矿车中矿石的 装载系数，再根据矿石的颜色、状态取样进行分析，最后估算出矿石的品位， 这样得出的结果由于体积的误差较大，且局部性很强，不能使人信服。在经过 多次的考察、实践后，根据相关实验数据，探索出品位与矿石的质量、体积存 在一定的线性关系，因此，问题的关键在于如何把矿车中矿石的体积测量地准 确，有了矿石的体积，再利用动态轻轨衡测出的矿石质量，就可以计算出矿石 的品位，相比以前人工估算的数据，此时品位更加准确。 1 3 课题来源 本课题源于本人在研究生二年级期间参与导师的武钢矿业集团与武汉理工 大学合作项目，武钢矿业公司是我国兴建的第一个特大型钢铁联合企业。该企 业拥有一整套国内外先进的钢铁生产设备，是我国重要的优质钢材生产基地。 其中，在矿石的开采过程中，矿源的分布及矿石品质的情况在指导开采过程中 尤为重要。为此，武钢矿业公司与武汉理工大学合作研发井下铁矿石品位自动 计量系统。本系统实现了铁矿石品位的自动计量与统计【2 】，加快了铁矿石的采掘 速度，提高了铁矿石的产量，适应了企业信息化的需要。 该项目完成后，金山店井下铁矿石的品位可实现自动计量，每天每班的任务 分配由专门模块负责，对各项数据记录可实现查询和报表打印，将信息化手段 用于提高企业内部的管理水平，使企业的核心竞争力大大地提高。 1 4 本文研究的主要内容 论文的组织框架如下： 第l 章绪论。本章主要是从课题研究的背景、项目研究的意义以及目前 国内外相关应用状况进行介绍和分析，同时对课题的来源进行简单的说明。 第2 章主要介绍了系统的开发方法，系统的环境部署和硬件选择，最后 分析了系统在开发的过程中所涉及到的相关技术。 第3 章主要分析系统的需求分析，并介绍系统的设计方案。通过分析企 业目前存在的主要问题及系统的需求分析，给出系统的总体设计方案。 2 武汉理工大学工学硕士论文 第4 章主要介绍系统的各个模块的功能、实现及系统的测试方法，其中 对系统中的计量模块和统计模块的进行详细的说明。 第5 章总结与展望。首先，总结本文所做的主要工作，接着，对系统的 进一步发展的空间进行展望。 1 5 本章小结 本章首先介绍了本课题研究的背景及国内外相关研究的现状，接着简单地 说明了课题的来源，最后，对全文的组织框架进行了简单的介绍。 3 武汉理工大学工学硕士论文 第2 章系统开发方法及相关技术 2 1 系统硬件开发方法 2 1 1 重量测量方法 称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置，其 工作原理是采用金属龟阻应变计组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下 伸长变细，电阻增加的原理，即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的( 应 变，就是尺寸的变化) 。剪切力称重传感器利用剪切应变力学原理工作，当标准 钢轨受外力( 重量) 作用后，可测量由剪切力引起的切应力，该传感器专用于 铁路货车称重，与其他几种铁路货车称重传感器相比有如下特点： 1 与g g 型钢轨传感器相比，钢轨尺寸满足铁路安全要求和较高车速动态计量要 求，且机加工方便； 2 与椎型塞入式传感器相比，解决了难以配合的剪力传递界面的影响； 3 与现场贴片式变频传感器相比，精度高、室内标定方便、工作寿命长。 因此，我们采用剪切力称重传感器测量矿石的重量，当车辆通过称量区时， 钢轨因加载发生弯曲弯形，钢轨中性轴以上的部分受到压力，中性轴以下的部 分受到拉力，在中性轴上既不受压又不受拉。因此可在钢轨中性轴位置安装剪 切力称重传感器，通过剪切力信号大小进行称重，从而计算出车厢内矿石的重 量。 2 1 2 体积测量方法 由于车厢内矿石是不规则的物体，所以，在计算车厢内矿石的体积时要用 特殊的方法。车厢是一规则长方体，车厢的底面积很容易便可计算出，只要能 算出铁矿石的高度，就能算出车厢内铁矿石的体积。工业用常见的测量的高度 的仪器有激光测距传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器。其中，超 声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透 几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰 到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物 4 武汉理工大学工学硕士论文 医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种 功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声 波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。 超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发 生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够 成为射线而定向传播等特点。所以本系统中我们使用超声波测距传感器来完成 矿石体积的测量。 2 2 系统软件开发方法 软件过程的目的是为获得高质量、高效率软件所需完成的一系列任务的框 架，其中，还规定了完成各项任务的工作步骤。过程定义的内容包括：运用方 法的顺序、为协调变化和保证软件质量所需要采取的管理措施、应该交付的文 档资料以及标志着软件开发各个阶段任务完成的里程碑。软件过程必须科学、 高效，才能开发出高质量的软件产品。软件过程通常使用生命周期模型【4 】简洁地 描述，生命周期模型规定了把软件的生命周期划分为哪几个阶段及各个阶段的 执行顺序及任务。面向对象方法、快速原型法、结构化开发方法是软件工程中 常用的开发方法，为了提高软件开发过程的效率和开发出完善的软件产品，选 择一个合适的软件开发方法至关重要，下面就常见的几种方法介绍如下： 2 2 1 结构化系统开发方法 结构化软件开发方法是自项向下地对系统的功能进行分析与设计，然后使 用工程化的方法，按照系统用户的要求，对系统进行模块化和结构化。结构化 软件开发方法先将系统的开发过程分为几个相互独立的阶段，其中系统规划、 系统分析、系统设计坚持自顶向下地对系统进行结构化的划分。在分析系统时， 应从系统的整体功能入手，提出系统设计新的方案，至于优化问题，在通常情 况下，首先考虑系统整体功能的优化，其次再去优化局部问题。系统实现则应 坚持自底向上地逐步实现的原则，也就是说，首先从系统的最底层功能模块做 起，然后按照系统的总体设计方案，逐步实现系统的整体功能。 结构化系统开发方法虽然是目前广泛被使用的一种软件开发方法，但是这 种方法也有自身的缺点和不足：由于此种方法的起点太低，加上系统开发时所 使用的工具落后，导致了使用这种方法需要的开发周期过长，这也是这种软件 5 武汉理工大学工学硕士论文 开发方法的最大不足之处，甚至还会带来一系列更为严重的问题。同时，因为 这种方法在软件开发的开始，就要求软件开发人员要充分地了解系统用户的需 求、企业内部的管理状况甚至是预见以后可能发生的事，这些都不符合人类认 识世界，认识事物的一般规律，所以，此种方法在具体的实现过程中存在着一 定的困难。 2 2 2 快速原型法 图2 - i 结构化开发方法 在系统开发的时候，尽量早地把整个系统设计出来，给系统用户使用，通 过用户的使用，来征求用户对系统进一步完善所提出的意见，然后软件开发人 员再根据用户提出的意见来不断地完善系统的相关功能，直到开发出的新系统 基本上满足用户的需求从而最终实现整个系统，这种软件开发的模型就是快速 原型模型。 用户至上，使系统用户在整个系统开发周期的过程中都参与进来，是快速原 型法最大的优点。这种支持用户的方法，在系统开发过程中与用户交流，很明 显可以降低系统开发的风险，如果开发的是一大型项目，很难做到对项目的需 求分析一次完成，那么快速原型法则更为合适，不仅如此，对于软件系统的重 新开发或软件系统的修改也同样适用。使用快速原型模型进行软件开发时，可 结合传统的生命周期法使用，这样，系统用户会更充分地参与系统的需求分析， 系统功能初步设计等阶段的活动，也就帮助系统开发人员更深刻地理解系统及 系统的功能。 6 武汉理工大学工学硕士论文 图2 2 快速原型法过程图 2 2 3 面向对象系统开发方法 拓宽软件开发道路的方法有很多，面向对象的方法嘲就是其中的一种方法。 目前，由于某种原因，面向对象的方法还没有被广泛地运用。但这种方法更符 合人类认识事物和思维的模式，且比起其他方法，运用这种方法能更快、更好 地完成软件的开发。 ， 面向对象这种软件开发方法两个突出优点：一是更易于人们理解并映射现 实世界，另一方面可以提高软件开发效率、软件产品可靠性及可维护性。 图2 3 面向对象开发方法 7 武汉理工大学工学硕士论文 2 3 系统环境部署 2 3 1 系统开发工具 系统是以w i n d o w s 为操作平台，以v i s u a ls t u d i o6 0 为集成开发环境，主 机采用专用工业控制机，后台数据库使用s q ls e r v e r2 0 0 0 。 2 3 2 系统的硬件选择 计算机硬件和软件构成了整个系统的两个部分，其中硬件部分主要由超声波 测距传感器、塞入式剪切力称重传感器 7 1 、光电接收器、多串口卡、光电发射器、 光电隔离模数转换卡、控制仪表和工业控制计算机组成，整个硬件部分主要用 于完成数据的采集及将采集的数据发送给工控机。 品位自动计量系统的硬件数据采集部分由3 个采集距离、4 个采集剪切力和1 个 采集光电脉冲信号共8 个数据采集通道组成，各数据采集通道将获得的数字信 号通过并行接口发送给工业控制计算机，当然，采集的数据要经过计算机应用 软件的分析，对于非法的数据要及时处理( 计算车厢数时过滤掉机车头) ，采集 的数据主要包括车厢的重量、体积、品位、速度及车厢数等有效信息，然后由 计算机软件部分将这些数据存储到数据库中，以备统计模块使用。整个系统的 硬件选择标准如表2 1 所示： 表2 1 硬件配置表 设备标准配置 序号名称型号规格数量 1剪切力传感器c l y b 9 a 5 t四套 2超声波测距传感器b a n n e r ( 美国) u g a g e t 3 0 u x 3光电设备， 一查 ( 发射器、接收器) 4变送器 森特四个 5防水防潮接线柜t p 6 5 防潮防水一个 6专用电缆四芯、七芯、十二芯一查1 写 7接线端子研华一个 8+ 2 4 v 电源一个 8 武汉理工大学工学硕士论文 9操作控制柜6 5 0 x 5 5 0 x16 0 0 一 口 1 0工业控制机( 含1 7 寸液研华一套 晶显示器) 1 1a d 数据采集卡研华p c l d 8 7 1 0 一个 1 2打印机一口 1 3矿石计量品位计算软件 一套 1 4井下信息自动识别系统一套 ( 未装) 其中，工业控制计算机的硬件配置选择如下： 中央处理器c p u ：双核( 或更高) 主频推荐3 6 g h z ( 或更高) 。 计算机操作系统：w i n d o w ss e r v e r2 0 0 0 2 0 0 3 。 计算机内存：推荐2 g ( 或更高) 。 计算机硬盘：推荐3 2 0 g ( 或更高) 。 不间断电源u p s ：推荐备用时间不低于3 0 分钟。 2 4 系统实现的主要技术 2 4 1m f c 及其消息机制 微软基础类库是微软公司为方便应用程序的开发提供的基础类库( c l a s s l i b r a r i e s ) ，它以c + + 类的形式封装了应用程序中大量的w i n d o w s 应用程序接口 ( 即a p i ) ，同时为了减少开发时的工作量，方便开发，m f c 又包含一个应用 程序框架，这些封装类都是应用程序中经常用到的，比如w i n d o w s 组件类【1 0 1 ， 还有一些窗口句柄类等。 在界面开发方面，m f c 使用消息映射机制实现w i n d o w s 消息的响应，当然 使用虚函数同样可以实现消息映射和响应，但虚函数的开销较大。m f c 同时也 封装了很多控件类及方法，使界面的开发更完整、快捷。在c o m 组件开发方面， m f c 的组件代码比较庞大，相比a t l 来说，不够精炼，但m f c 支持的功能较 多，比如对a e t i v e xd o c u m e n t 都有相对应的封装类。 m f c 的消息映射机制避免了使用性能较低的庞大虚函数表，降低了应用程 序的性能，其主要的优点是通过面向对象的方法来调用应用程序接口及使用封 装、应用程序框架来使应用程序的开发更为便捷和高效。m f c 提供了文档视图 9 武汉理工大学工学硕士论文 类和活动窗口来方便程序员定义自己的应用程序框架，而且在m f c 中已经自动 化了很多应用程序的功能，同时，v i s u a lc + + 集成开发环境内部通过使用类向 导来减少应用程序开发的时间，这些都为开发人员开发出高效的应用软件提供 了便利。 w i n d o w s 的消息处理机制【1 2 】如图2 8 所示： 图2 4w i n d o w s 消息处理机制 m f c 框架通过消息定义宏和消息响应宏，来实现w i n d o w s 下的消息映射机 制，从而完成相关应用程序的开发。通过消息映射机制可以定义自己的消息及 消息响应函数，来完成相关功能操作，这样可以使应用程序的开发过程更加灵 活和高效。 2 4 2c o m 组件 ， c o m 是目前开发软件组件的一种方、法【1 4 1 。组件实质上就是一些功能独立的 小的二进制的程序段，大的应用程序，操作系统的功能都可以重复地使用这些 组件，甚至其他组件同样可以使用。多个c o m 对象可以按照一定的规则形成组 件系统或大的应用程序。开发c o m 组件类似于开发面向对象的、动态的a p i 函数。微软的很多技术都是基于c o m 建立起来的，如o l e 技术就以c o m 规 范为基础，o l e 充分发挥了c o m 标准的优势，使w i n d o w s 操作系统上的应用 程序具有极强的可交互性。 在m i c r o s o f tw i n d o w s 系统平台上，c o m 技术被应用于系统的各个层次， 从底层的c o m 对象管理到上层的应用程序交互都用到了c o m 标准。同时，c o m 标准不仅只能在m i c r o s o f tw i n d o w s 操作系统下才有效，c o m 是一种编程的方 1 0 武汉理工大学工学硕士论文 法，它并不是一个大的应用程序接口函数，在任何一种操作系统中，“c o m 标 准”都适用。 通常一个应用程序由单个二进制文件组成的，此文件在编译器编译连接后， 应用程序一般是不会发生变化的。但是随着应用程序的不断升级、更新，这种 思想显然不符合现在软件开发的要求。如果可以将单个应用程序划分为多个独 立的部分，随着应用软件的不断升级和更新，只需要修改需要替代的部分，这 无疑给应用程序的开发带来便捷，这种方法便是现在的c o m 方法，这样，开发 的应用程序可以随着某些旧组建的不断更新而日渐完善，同时，还可以利用已 有组件，按照一定的方式组合起来构成新的应用程序。 将应用程序分成模块或文件，然后将它们分别编译，编译之后再链接成一个 单模的应用程序，这是传统的做法，而组件建立应用程序的过程则与其有很大 的不同，一个组件就是一个已经编译好了的并可以使用的二进制代码模块，就 像一个微型应用程序一样。若一个应用程序有若干个组件组成，当需要对应用 程序进行改进或需要修改时，只要将其中的某一个组件用新的版本替换掉就可 以了。 与组件构架有很大的不同，传统方法是将应用程序分成模块或文件，然后将 它们分别编译，编译之后再链接成一个单模的应用程序。组件则是已经编译链 接好的具有独立功能的二进制程序块，就像一个小型的应用程序，在运行时刻， 自定义组件可以和其他组件连接起来构成某个应用程序，如果想将应用程序的 某个组件进行更新时，将被替换的组件用新的组件代替即可，这样不需要替换 的代码模块可以继续使用，而新的功能又可实现，从而实现了代码的复用。 组件架构的一个突出的优点就是应用程序可以随着功能需求的变化而改进， 可以根据新的需求，将旧的组件模块用新的组建模块替换即可。另一方面，组 件方法可以使软件的升级更加方便、快捷。 2 4 3w i n d o w s 平台下的多线程编程 线程是处理器分派的基本单位，是进程的一个执行路径，它和同一进程中的 其他线程共享进程中的资源，线程几乎不占有任何资源，只占有必须的堆栈和一 些寄存器。在同一个进程内的所有线程都使用同一个内存地址，线程执行的选择 和执行的时机由系统调度程序来决定。每个线程都有相应的优先级，优先级高的， 在执行时会被先执行，而优先级低的只有优先级高的执行完后才被执行，随着计 武汉理工大学工学硕士论文 算机硬件水平的不断提高，现在出现了双核、多核等多处理器的机器，如果需要 提高系统运行的效率，可将多个线程分派到不同的处理器分别处理。 在w i n d o w $ 环境下，使用w i n 3 2 方式和m f c 类库方式进行多线程编程所 依赖的原理是一致的【1 6 】。首先，在执行线程函数体前，都要打开一个线程，接着 开始执行线程函数体，这也是线程执行的核心部分，即线程要完成的功能。线 程函数体执行完后，都要调用相应的函数终止线程。因为同一个进程内的多个 线程共享进程的资源，当多个线程同时访问进程中某一资源时，比如，一个线 程是读操作，而另一个线程是写操作，那么这样就可能会产生错误，实际编程 时这个冲突要设法解决。 在v i s u a lc + + 集成开发环境下，对于开发基于m f c 的应用程序，微软同 样提供了对多线程编程的支持，而且为了多线程编程实现起来更加方便，m f c 还对同步对象做了一些处理。 在m f c 中，线程的工作模式通常共有两种【1 7 1 ，一种是用户接口线程，另一 种是工作者线程。如果是用户接口线程的话，那么在线程中可以接收消息、用 户的输入和相应的处理事件，而工作者线程较为简单，开启线程，执行线程函 数体，最后关闭线程，跟前面所述线程基本一致。 1 工作者线程模式 工作者线程编程是这样实现的：线程的主体是一个能实现具体功能的函数， 也就是线程函数体，有了线程函数体，还要创建并开启线程，开启后线程就处 于运行状态，当然在运行的过程中，如果用到共享资源，还要采取一些措施去 解决同步的问题。在这种工作模式下，要使用下面的函数创建、启动线程： c w i n t h r e a d 幸a f x b e g i n t h r e a d ( a f x _ t i - i r e a d p r o cp f n t h r e a d p r o c ，l p v o i d p p a r a m ，i n tn p r i o r i t y = t h r e a d _ p r i o r i 矾o r m a l , u i n t n s t a c k s i z e - - 0 ，d w o r dd w c r e a t e f l a g s = 0 ，l p s e c u r i t y ：a 1 限i b u t e sl p s e c u r i t y a t t r s = n u l l ) ； 参数p f n t h r e a d p r o e 是线程执行体函数，函数原形为： u i n tt h r e a d f u n e t i o n ( l p v o i dp p a r a m ) 。 2 用户接口线程 c w i n t h r e a d 是用户接口线程的基本类，我们可以使用类向导来派生一个新 的类，而c w i n a p p 是从c w i n t h r e a d 派生出来的，每一个基于m f c 的应用程序， 都有一个从c w i n a p p 派生出来的对象，这个对象就代表了将要运行的主线程， 开启线程之后，线程就处于运行状态，当线程函数体执行完后退出时，进程也 1 2 武汉理工大学工学硕士论文 就自动结束了。我们在用户接口方式进行线程编程时，可以借助于类向导来帮 助我们完成，只要我们将派生类的基类设置成c w i n t h r e a d 即可。 2 5 本章小结 本章首先介绍了系统硬件部分测量重量的方法和测量体积的方法，接着介 绍了三种系统开发方法：结构化系统开发方法、快速原型法和面向对象系统开 发方法，接着对系统的开发工具和需要的硬件环境进行说明，并分析了系统中 所用的测矿石重量和体积的方法，最后对系统实现中涉及的一些主要技术如 w i n d o w s 消息机制，c o m 组件原理及w i n d o w s 下的多线程编程等做了介绍。 1 3 武汉理工大学工学硕士论文 第3 章系统需求及总体设计方案 3 1 系统需求调研 3 1 1 需求调研的内容 在系统的开发过程中，为了使系统的使用者和制造者双方相互配合，共同 对系统进行设计以达到最后使用的要求，那么项目的提出方和承担方要进行一 个沟通的过程，这个过程在软件的开发过程就叫做需求分析。客户对于软件需 求方面的描述是不了解的，但他们熟悉企业的业务，清晰地了解企业的业务流 程，他们提出的是对系统最终能达到的功能的描述即系统功能。但是，一个企 业的整个业务流程是非常复杂的，客户不能把握整个企业的业务流程，所以， 系统的开发者应根据用户的需求，做出详细的分析，根据系