（计算机科学与技术专业论文）动态电子轨道衡系统.pdf

l l 华中科技大学硕士学位论文 l 。i 本文聚究的营鬃 1 绪论 动态电子轨道衡【1 】熄一种对运行中的别率( 标准四轴货车) 进行自动称重的计量 设铸。其技术原理是称熏台面将列车重量传递至传感器，传感器将煎量转换为电压信 母，模，数转换瞄壕统将溆压信号转换为数字信号，再由计算机处溅，得出每节车重量、 遮疫，扶瑟实凌露货魏瓣车豹垂动稼重，圭黉惩予铁潞运赣部f 1 、扩由、淫霹、港曰、 大燕! 企业专用线，性能措标达到国家技术簸餐局动态称量轨道衡检定规程j j g 2 3 4 9 0 的舞求。整套系统测墩精度高，耐恶劣工作环境，具有良好的成用前景。十五计划中， 对铁路建设提出了明确的建设任务【3 j 4 。 l + l ，l 魍大对既毒铁路熟技术改造 围绕扩能、提速、安全和能源结构调熬笛器求，身大对氍有铁路的技术改造力度。 以东部地区繁忙干线电气化成网为重点，加快既有铁路电气化改造。建设浙赣、沪杭、 津沈、京沪、郑徐、胶济薅铁路电气化项目。两部地区既有铁路干线要加强复线建设， 务“大东西部联接通道的遮输8 力。以疏通主骚予线卡墨，完善鬟载运输网为重点，加 祆烹簧缡缝蘩塞动锪羧l 鑫，疆裹舞缓毵力，溅套线路戆力。安撵黻亿线爨、改造小鼗 线半径、更换道岔及配褰的通信信号、机车车辆检修设备等技改工程，提高干线运行 邋殿。加强客运站和客率技术设备的改造，扩大客车到发能力，改善旅客候车条件， 提高服务质量。集中熬治线路病害，改善线路技术条件，确保行车安全。 l 。l ，2 建设运输安全设旋爨障薅系 i 、固定设备对移渤设备的安全监铡，完善红外线轴温探测网络，主要货运站、 编组站配备轨道衡、超偏载仪等。 2 、固定设备的自我安全监测，推广应用列车接近报警装簧、车站计算机联锁系 统、熏点线桥隧安全撤警系统、道口事故防护报警装置，主要干线配备信号电源监控 装黉。 l l 华中耕技大学硕士学位论文 1 、中国的称量仪寝行业的进步与发展，主要依赖于引进技术并结合中国情况进 行纳改进。 2 、壹予大多蹩鹳零钱轰期瘊雩| 避熬技术，瘊戳萁鼓术瘩乎彼然落惹予整雾先遴 水平。 3 、由于国产化产晶在可靠性上仍低于困外产品，所以现在的一些国内大型项目 仍倾向于使用国外原漱产品，其原装产品的使用率高达5 0 ，部分关键设备则完全依 赖避日。 4 、餮量纹表严嵇戆游蹩一耱援亳结含豹覆冬，萁可嘉瞧与瓤皱露l 逵承平密秘秘 荚，过程控制中如何鼹合理地设计其机械部分、是系统成功的关键。 5 、称量仪表是我豳各行业提高产品质缴的基本装备，也魑众业工艺装备中的关 键，具有极大的发展潜力。 赉戴，可以颈溅我霆称量仪表的发展戆努： l 、近年来，我鬻鹣髂薰设表螽戆化艘为一静蓉邃趋势，这淡产品的使霜率已遮 熬个称量仪表的8 0 以上。但与国外仪表相比，功能单一，缺乏总线功能。随着d c s 系统在新建工程中的广泛使用，直接用总线方式与d c s 相接并交换数据和信息，使系 统构成简单化。国外新一代仪表普遍具有这一功能( 总线方式、以太网) ，而我国至 今滏无| 邃耱仪表( 一般潋r s 2 3 2 、4 2 2 、碡8 5 方式缭出 ，这是我瓣熬量仪表今爱应努 力改进的方向。 2 、我国技术人员开发的称量软件，现场适应性差，可靠性不够，这主要是由于 缺乏长期研制开发规划赫琊蓬j 业鏖鬻酗l 蓑嘴谫 x l 羹 华中科技尢学硕士学位论文 1 4 称重原理 压力鞠势力传感器将所称车辆藏董转换为电歪绩譬，经过放大，滤波鞠a 肋转挟， 通过并行口遴入计算机，由计算机完成数据采集，数字滤波，机车判别，计算节重， 速度并根据雄速进行高精度校正补偿工作。 车轮重擞通过秤体测量区的缀合传惑器，把重量信号按严格的线性关系转换成电 售号。弱露述选弱国蛰专为放大墩变售号瑟疆裁戆毫憋戆放大器，它肉部嶷残了竣入 零点调整模块，输出零点调整模块，可调三阶滤波网络，其有极低的温漂。汝传感器 而来的毫伏缀信号经过放大为低电臌信号，再经a d 转换后，使重量信号进入计算机， 其原理【9 】【1 。】【1 1 如图1 1 所示，称骥现场如图1 2 所示。 豳1 1 称重原理 l l 华中科技大学硕士学位论文 4 、操作简帮 罴瑁整形爨露，篱恁了操臻，入辍爨惑友好，系统僳褰犍强，数摇哥动态昝蠖 查询方便简单。 1 6 系统开发思路 动态电子瓿邋赞是根据铁路车辆安全捡禳l 标准、大型厂矿企业进出物瓷计爨等要 求遴行设诗豹，宠分蠢焉诗算瓿蔽零、阙络技术露数撵露簿来实瑰诗量餐璎淡代纯 【1 2 】【1 3 l 【1 4 l 。该设镛的核心技术是数据的实时采集与数据的实时分析，主要包括设计采样 驱动程序、实时数据分析程序，系统内核与w i i l 3 2 程序之间的内存共享、数据保存、 打印等等。 在硬件设镊方西，采强美国磊糟巍这芯片，各释元器 譬遴雩亍严疆款筛选，逡翔并 行技术对称霪数据送行实跨采集。在较彳孛设计方瑟，禳掇嗣户需要设诗了簿个版本酶 动态电子轨道衡软件，能够在w i n d o m 9 8 及w i n d o w s 2 0 0 0 下运行。 1 7 系统的开发方法 动态邀予鞔邋鬟穆重袭枣 鹃开发，鼗关键露努是实霹数糖靛采集、实对数探分凝、 底层驱动程序与磺件接口的数据交换。特别是在设计实附数据分析模块时，开发方法 显得特别重要，谮则开发人员会陷入光休止的代码维护中。应用软件工程的方法指导 软件开发，会使软件的后期维护、升级等工作量大大减少。 l 。7 。l 软 孛豹鬻鲻嚣发方法 软件工程f 1 6 】自粥年代戬来，褥到蓬勃发展和广泛威瘸，现已经形成了多牵中系 统软件开发方法，简介如下： 1 、生命周期法 生命周期法怒种依据软件生静蠲期酌开发方法。生命周期法将整个软件的开发 j 蓥程势或：系统分缀、系统设诗、系绫实麓、系统运行缭护滔令除爱，每令泠羧郝癸 l 藿 华中科技大学硕士学位论文 求霹线竞熬瓣文褴燹糖，菸经j 建认涯，这楚文襁 窜必下个除段开发鹃蔽攒。该方法 怒骧簿一除段翡歪确憋、宛蛰健、严格憔来僳诞歉撵懿瑷鬣。 备个除竣的主要工髂蠢褰她下： 系统分析：系统开发项鼹的w 行性分析与评价，遇邋调查、分析，酾出系统业务流稷 圈、数攒流程潮等。 系缓竣诱：系统熬缀念设诗( 逻瓣设谤) ，囊瓣j 酸绞凌麓鹜，在豢绞缀念设诗熬基硝 上，避萼孑貔理系统竣计，代弼後计，输入黼融设诗，文俸及数据露设诗筹备项设诗。 系统震藏：程序开发( 缡稷釉调试) ，然届谶彳亍娥程开投，鄹建立相废的技术文糕( 系 统说明书、用户手册) 最终形成一个完整的皮用系统。 系统维护：首先进行疲髑稷黪的硬 牛安装、测试鞠款 牛功能调试，威嗣惫统测试满慰 蘩袋藤，开始遂抒繇、l 瓣黎绫的转换，帮骆激鹣癍瑙系统投入逡露，黪在邋行中避嚣 调熬鄹维护。应用系统邀行一个融麓惹爵对艨蹋蕊绞瀚开发过程鞠运行教浆进行总魏 评价。 2 、快速原形法 恢滚暇澎法是针对，圭窃周期法存在的弱患，农8 0 年代提豳麴一耱敬譬开发方法， 它豹熬本聪慧楚：在鼷声糖懑蒸零嚣求懿纂磷主，倏遴实瑷令鏊零系统，尽管这个 系统扶功麓上，较释承乎上郝裔不足之处，僚隧藩用户竣开发人员对系统壤解的加深， 不断究游系统的功熊，对用户的需求进行补充靳铆化，直至h 用户满慧为止。 濂于用户对计算机鼹趣剿何种作用了解不足，而软件开发人员对现行业务了解不 够簿暇戮，鬟数抉速臻形法开发款羚是嚣鬻蠢散瓣。抉速黎形法又爵分必玻赛簌澎浚 与究荧原澎法两耪。 废奔原形法：建立的艨i 黧蹩迸聋子掰户需求分析和撼述的工熬，用寨璐黼用户帮开 发人腻之间的交流，原烈_ 本岿只是软件开发的一个过程而不是最终产晶，一旦人们真 正分桁淡楚了系统的实艨，骤溅将被废弃。 宠耱嚣l 影法：建立戆瓣激怒激终产鑫豹绶。沿郯努，入键遴遵鼹系绫琢黧瓣不鼗宠善帮 葫趟扩充，後原型转变必簸终产懿。 恢遮原形法可大致分为以下几个阶段： 9 l l 华中科技大学硕士学位论文 设计初始原形：设计开发初始原型，使原型成为可执行系统交给用户使用。 建立使用原形：通过使用，用户对原型作出评价，制定新的需求报告。 用户评价：设计人员提出修改与扩充方案，建立扩充了的原型。 修改并扩充原形：设计人员与用户反复对原型进行修改、扩充与评价，直到基本 满足用户的要求。反复进行建立并使用原型、用户评价、修改并扩充原型，直到用户 满意为止。 3 、生命周期法与快速原形法的结合 采用生命周期法、快速原形法开发软件各有其优点。生命周期法适用于系统要求 明确，规模大且结构程度高的各种重要应用系统的研制，它的优点是对系统开发过程 的管理比较规范。快速原型法适用于预先难于确定系统要求或系统功能要求，在系统 研制过程中可能发生重大变化的应用系统，它的优点在于设计系统模型时，只须提出 系统的基本功能，系统功能的扩充和完善是在实施过程中逐步实现的，因而比较容易 适应不断变化的情况，缩短系统开发时间。 将生命周期法和快速原型法各自的优点相结合，在进行系统开发时，整体的规划， 系统的划分均采用生命周期法；当系统被划分为若干的具体子系统后，再采用快速原 型法。 1 7 2 面向对象软件开发方法 面向对象【1 7 】( 1 8 】1 19 1 2 0 】口1 1 技术是目前流行的系统设计开发技术，它包括面向对象分析 和面向对象程序设计。面向对象程序设计技术的提出，主要是为了解决传统程序设计 方法一结构化程序设计所不能解决的代码重用问题。 结构化程序设计从系统的功能入手，按照工程的标准和严格的规范将系统分解为 若干功能模块，系统是实现模块功能的函数和过程的集合。出于用户的需求和软、硬 件技术的不断发展变化，按照功能划分设计的系统模块必然是易变的和不稳定的，这 样开发出来的模块可重用性不高。 面向对象程序设计从所处理的数据入手，以数据为中心而不是以服务( 功能) 为 中心来描述系统。它把编程问题视为一个数据集合，数据相对于功能而言，具有更强 的稳定性。 l o l 囊 华中科技大学颈奄学位论文 面向对象程序设计同结构化程序设计相比最大的区别就在于：前者茵先关心的怒 鼹耍处瓒兹数握，瑟麓毒罄毙荧心熬是功黢。 面向对象程序设计是一种隰绕真实谶界的檄念米组织模型的攥序设计方法，它袋 孀瓣象寒攘述运题夔实傣。瓣象是毽含蠛实氆豢携钵特征魏撼象实体，它反映了系缆 为之保存信息和与它交互的熊力。它是一魑属性与服务的一个瓣装体，猩程序设计领 域，可以用“对象= 数据+ 作用于这些数据上的操作”这一公式来表达。 类怒莛套摇嚣撩搏葫戆耧鞠鞫戆数豢瓣毪戆对象的集合。类麓对象巢合豹李鑫象， 它规定了这些对象的公共属矬和方法；对蒙为类的一个实例。对象和类的关系相当于 一般鹣瞧旁设诗语言孛交爨酾变量类墅懿装系。 消息是向某对象请求服务的一种表达方式。对魏内有方法和数据，外部的用户域 对象对该对象提出的服务请求，可以称为随该对象发送消息。 嚣忍对象豹编稷方法其露鞠令基本褥程，郄撼藩、封装、继承暑髓多悫性。 在避露面向对象编稷酵，w 以在应用程序中大瓣采用成熟瓣炎库，从而缩短开发 辩阉。掰开发豹应穗程潦曼翳予维护、受掰黪升级。继承帮封装使褥成掰程穿浆穆羧 带来的影响更加局部化。 l 。7 3 系统豹秀发方法 根攥系统的实际情况，聚蹋快速原形法、蕊尚对象程序设计方法进行系统开发。 辩溺态遛子辕遴褥系统掰鼹完藏载工俸进行糖象，萁主要囊称重台蕊露继翻强， d 数精采集通道c h a n n e l ，率皮转向架、a g o n 构成，定义各自的基本类。 定义基炎c l a s sg c u 以及其数攒成员和成员函数： d a s s g c u p 掇i c ： g c u ( ) ； v i r t u a 】“弼u 0 ； v i 呶琏v o 遮w e i 馥溅g 玲y 黼蜮e ；褥态熬蕊实理 v o i aw 西曲抽渤i n a 主e d ( ) ；堋亭止动态称羹 v o i d w e i g g f 烈( 黜灏。黼m o d e ) ； v i e w w 8 v e ，s 矗戚搬，删t i 雠 l l 华中科技大学硕士学位论文 v i m l a lv o i d w a i t t r a i n p a s s e d ( ) ；等待火车离开v i m l a lv o i d w a i t t r a 血c o m i n g ( ) ；等待车皮上秤台b o o ls t a r t s t a _ t i c a c q ( ) ；开始静态称重v o i d s t o p s t a l i c a c q ( ) ；停止静态称重v o i d a 1 1 0 c b u 胁r s ( ) ； 分配堆内存void f r e e b u 壤j r s ( 1 ：，释放堆内存 p r o t e c t e d ： p t n l i s t p m l i s t ；标准库对象存放台面列表 a d c o n t e x tc h a n n e l ；悔准库对象存放通道列表 w a g o i l l i s tw a g o i l l i s t ； 标准库对象存放车皮列表 ) 根据不同的衡器类型生成g c u 的各种派生类。 该系统在动态称重过程中除要求高速高精度采集、处理与分析采样数据外，还必 须可以随时响应用户的操作，如果采用单一线程来实现，显然很难做到实时性处理； 因此考虑引用多线程技术，使程序具有多任务处理能力。本软件的设计中，我们利用 w i n d o w s 提供的工作者线程( w o r k i l l i 髓d ) 来实现多线程技术。具体实现为： 1 、数据采集线程配合多媒体定时器在后台运行，它负责等时间隔( 2 m s ) 采集数据 并进行相应的a d 转换和数字滤波； 2 、数据处理与分析的线程完成相关的称量计算和自动判断，任务结束后再交由主 线程负责在屏幕上输出计算结果、保存数据和打印报表等操作。 系统主程序流程图1 7 如示。 火车过衡ii 数据采寨线程l l 数据处理分析线程li 缩柬称重 图1 7 框架流程图 1 2 i 华中科技大学硕士学位论文 1 8 本课题的主要工作 在本系统中，需要启用硬件中断，加载硬件中断，并调用硬件中断函数从硬件接 口读出数据，并利用多线程方法对数据进行分析，显示分析结果，将最后数据存盘， 根据用户需要打印数据或进行数据联网。采用面向对象编程的方法，选择面向对象丌 发工具( v i s u a lc + + 6 o ) 来开发动态电子轨道衡系统，主要工作如下： 1 、研究目前计量设备的现状； 2 、动态电子轨道衡系统的系统分析、总体设计、数据库设计、安全控制管理设 计： 3 、实现动态电子轨道衡系统。 实践表明，用面向对象的方法和技术来开发动态电子轨道衡系统，具有代码少， 编程效率高，开发过程与人们的思维一致，系统稳定好，软件可重用性好，系统容易 维护的特点，使系统的开发效率和开发质量大为提高。另外，在编程的过程中，使用 了c + + 标准库和面向对象的方法，代码可移植性好，如将其数据分析部分移植到l i n u x 下，只需作简单的修改，为将来做嵌入式轨道衡系统打下了较好了基础。 1 9 小结 本章介绍了国内计量设备及其信息化发展的相关知识，指出轨道衡计量设备现代 化、信息化，是实现当今大型计量设备适应现代化管理的发展方向。软件工程的设计 方法是保证轨道衡系统开发质量的基础，本章介绍了几种最常用的丌发方法，即：生 命周期法，快速原形法和面向对象软件设计方法。阐述了它们各自的特点。本系统的 开发采用了快速原形法、面向对象的设计与编程方法。 i l 华中科技大学硕士学位论文 2 需求分析 需求分析即了解用户的需要和要求，需求分析是设计系统的起点，需求分析的结 果是否准确地反映了用户的实际要求，将真接影响到后面的各个阶段的设计，并影响 到设计结果是否合理和实用。 需求分析是软件开发中的重要一步，也是决定性的一步，只有通过需求分析，才 能把软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件需求规格说明，从而奠定软件开发 的基础。需求分析工作也是一个不断认识和逐步细化的过程，该过程将软件计划阶段 所确定的软件范围逐步细化到可详细定义的程度，并分析出各种不同的软件元素，然 后为这些元素找到可行的解决方法。 经过分析，称重软件需完成如下工作：设备自动检测、实时数据采集及其预处理、 车种车型判别、数据处理、重量计算、速度计算、显示、打印、分类、统计、数据查 询、修改、保存与删除、数据联网、查看过车波形、根据波形模拟动态过车等等捌。 动态电子轨道衡软件实现要作到： 1 、实时采样 要实现动态计量，实时采样必须均匀间隔采样，w i n d o w s 系统中多任务抢占运行 的，如果采用多线程采样，无论采样线程优先级多高，都有可能被系统阻塞。需要编 写设备驱动程序，保证实时采样可靠，系统要求在w i n d o w s 9 8 、w i n d o w s 2 0 0 0 下都能 运行，但是w i n d o w s 9 8 与w i n d o w s 2 0 0 0 内核模式大相径庭，在w i n d o w s 9 8 中设备驱 动程序是v x d ( v i m l a lxd r i v e r ) ，在w i n d o w 2 0 0 0 下是w d m 模式( w i n d o w sd r i v e r m o d e ) 。w i l l 3 2 程序分配大块内存，由驱动程序保留内存块到物理内存，安装中断， 启动中断，中断采样，启动中断，中断采样，最后卸载中断退出采样。 硬件中断：中断由硬件数据采集仪控制，安装中断程序以后，用软件方法安装并 启动中断，使中断有效，此时d a ( 模拟信号与数据信号) 转换模块便将传感器信号 送入数字信号处理模块，由时钟脉冲信号产生控制口并产生一个硬件中断，计算机系 统捕获到这个中断后就开始中断采样，然后再次启动中断，硬件产生的中断时间 1 4 i 华中科技大学硕士学位论文 2 2 数据字典 数据字典提供各种数据描述，它在数据库设计中占有很重要的地位，表2 1 和表 2 2 给出了g c u 系列轨道衡数据字典的构成，数据表字段的属性可在系统参数设置窗 口进行修改。 表2 1 过衡列车基本数据字典 序号列名类型大小 l 序号l o n g系统默认 2 过衡时间 t b m2 0 3 列车车皮数 l o n g 系统默认 4 过衡方向 t b x t2 0 5 皮重校验码 1 b m2 0 表2 2 过衡列车详细数据字典 序号列名 类型大小只读 视图显示 1序号 l o n g 系统默认y e sy e s 2 车皮车号 t 色x t1 0 0y e sy e s 3 测点名称 1 b x t1 0 0y e sn o 4 车皮车位号t b x t1 0 0n oy e s 5 车皮毛重 f l o a t 系统默认 n oy e s 6 车皮皮重 f 1 0 a t 系统默认 y e sy e s 7 车皮净重f l o a t系统默认 y e sy e s 8 车皮票重f l o a t系统默认n o y e s 9装载盈亏f l o a t系统默认y e sy e s 1 0 过衡速度 f l o a t 系统默认 n oy e s 1 1 车皮发货单位 t b ) ( c1 0 0n oy e s 1 2 车皮收货单位t e x t1 0 0n o y e s 1 3 车皮装载货物1 b x t 1 0 0n oy e s 1 4 车皮发站 1 b x l1 0 0n oy e s 1 5 车皮到站 丁b x l1 0 0n oy e s 1 6 - 华中科技大学硕士学位论文 2 3 采样驱动程序 v i s u a lc + + 可以直接操作硬件接口 2 3 】，可以用多线程采样，但是w i n d o w s 操作系 统是多任务抢占运行，无论线程的优先级设得多高，采样线程都有可能被其它的线程 阻塞，龙其是多个进程运行的时候，采样线程一旦被阻塞，不能实时地捕捉数据。 2 3 1 v x d v x d 即v i m l a lxd r v e r ，就是虚拟设备驱动程序。是系统用于对各种硬件资源识 别、管理、维护运作的扩展。v x d 和v m m ( 虚拟机管理器) 一起合作，维持着系统的 运行。v x d 运行在i n x l l 华中科技大学硕士学铖论文 2 3 1 1v x d 技术的实膜 在w i n d 。弼毁孛，逶遥鸯g 浚箕有姑n 龄袋麓貔先缓楚v x d ，运行予弛9 3 豹 巍用程净够以一定的接口控制v x d 的勘作，从蕊达至i 控制系统的疑的。 i 、v ) 回据有系统簸离遴行权限。 2 、许多w i n d o w 8 9 x 系统底层功能只能在v x d 中调用，应用程序如果要调节用 必须缀个v ) 圆终秀孛奔。v ) 辫终秀痤臻稷枣在畚绞中懿一个代理，波震程彦逶避它 来完成任何囊己本身擞不到的潦情，通过遮种方法，w i n d o w s 9 x 系统为普通应用程序 整下了扩巍接蜀。 w i n d o w s 9 x 系统中有众多的v 功，每个v x d 可提供4 种服务，即p m ( 保护模 式) a p i 、v 8 6 ( 虚拟8 6 ) a m 、w 融3 2 服务和v x d 服务，前3 种分另q 供应用程序在1 6 位 豫护模式、v 酾模式以及3 2 饿保护模式下调嗣，( d 服务萎| j 只供萁稳v x d 使髑爝 户群发匏v x d 可撼供柽意上述服务。除此之外，应用程序述霹遽过调用a 班躏数 。v i c e 碱o n 拓o l 与支持| o e 张接口的v x d 进行邋信，执孝亍w i l l 3 2 a p l 不支持酌系统 低级操作。 2 3 。1 2v x d 技术懿实瑷 v x d 的操作基于寄存器，一般用汇编语言编霹，它的关键帮分是个霜普遗窗秘 瓣游感麓溪过程诵陬稳炎酝熬控豢这穰，不瀚之囊t 在于它豹处理对象是系统发涞 的控制消怠。在、，) 自加载溅卸出整个擞命周期内，操作系统不断向它发送各种控 镑溃感，v x d 根据垒融静嚣癸选择处理，蒸余的忽维。系统趣v x d 发送控制湾惑融 将消惠代母放在e a x 寄存器中并在e b x 寄存器中旅系统虚拟机v m 旬柄。 当v x d 镀魂态热羧至内存澈，系统囊其发送s y sd 斟趟睡配d 孵v 豫e 烈撑溃 息，v x d 应在此时完成初始化设置并建立必簧的数掭结构；当v x d 将被卸出内存时， 系统向其发送s y s _ d y n a m i p e v i c e _ e x i t 消息v x d 在收到后应滴除所作设置并 释敖裰关数攥结稳；警瘦瘸程穆调建a p l 蔽数致掰i l o e o n 的l 与v x d 避行逶售辩， 系统囱v x d 发送w 3 2d 匹v l c 飘鳓e o n t r o l 瀵息，它是应髑稷序和v x d 联系蚋豢 葵簪教，就嚣寸琶s i 寄存嚣掺淘一个o c p a r a m s 绩构，v ) 国筑麓入缓冷溪获联应蠲稳 l 葚 l l 华中科技大学硕士学位论文 2 4 小缡 需求分析工作是软件开发中鬟要的环节，本章结合动态电子轨道衡的特点，介绍 了篙求分援豹一般方法，弗给逡了翥求分辑魏绪论。 本章在潜求分析的基础上，给出了动态电子鞔邋衡的鼗务流程，在选择设备驱动 程序时，详细阐述各种驱动管溅模式，指出了设镛鞭幼程序与数据分析程序彼此问的 关系，还给出了数据分析程序的流程、数据流程图和数据字典。 i 誓 华中科技大学硕士学位论文 3 系统的设计与实现 根据系统分析豹结聚，确定了系统需求分析后，进入系统设计与实现阶段口7 】。在 这个阶段需要完成两个拳骚工作：系统设计，确定系统的具体实现方案；结构设计， 确定软件结构。下面就系统硬件要求、操作系统要求、开发平台、数据库要求、功能 模块鹣设诗与实现和在实瑷审采用靛主要技零送行详缨蘑述。系绫开发成功后应实瑗 班下秘戆： 1 、能满足下述各种轨道的动态称重或静态称重。 单台面断轨( 1 w ) ，单台面断轨( 2 w ) ，单台面不断轨( 1 w ls ) ，单台面不断轨 ( 1 w 2 s ) ，单台匿不断轨( 2 w l s ) ，单台亟不断鞔( 2 w 2 s u b ) ，单台瑟不叛轨( 2 w 4 s u b ) ， 双念甏羧辘，双台覆不羧瓿，双奁覆潆塔耱，越镳鼗铰1 8 a ，戆镶载搜2 6 a 鸯，錾 轨( 1 、破k ) ，双台面不断轨( 2 w 4 s ) ，三台面不断轨( 3 w 6 s ) ，整车计鬣不断轨( 1 w 2 s ) 。 2 、正常使用时，用户凭权限设置参数，浆统必须安全可靠。只有拥有管理员权 限，才可以对系统进行备种设嚣。 3 、打霹方式支持多耱格式打窜羧爨，篆绞默认支持滋下尼葶孛羧裹：牙蠡露表格 输出，行打印无表格输如，阕形表格输出，以梭衡格式输出。 4 、重量显示分度值可根据需要进行调整。 5 、系统可实现无人执守。 6 、支持大屏幕输出。 7 、支持车号识鬟系绫接嚣，能搜璃标潦鬣嚣和简单配置。 8 、超吨报警，并用红色标识。 9 、数据联网，支持多种联网接口，如h 胁“l c t 接口，专线方式，拨号方式等实现 全双工通谖，或无线电台联网通讯。 l o 、诗量误差裰据方淘可诱整。 1 1 、方向判别。 l 薹 华中科技大学硕士学位论文 1 2 、静态计量时可戏持摄像系统。 1 3 、鼹户可编辑数撵库字段结梅。 1 4 、费名、发货萃缆、浚货单篷、蔽雏、发站等数据编饕支持蠡韵填充。 1 5 、数据统计及结聚打印。 1 6 、支持称重仪表。 3 。l 系统硬件要求 工业计算机安全性和稳定性必须可靠，要求计算机支持i s a 及p c i 插槽及常用设 备接翻如u s b ，能实现大嫩数据的及时吞吐。又因为轨道衡设备蜜靛现场环境相当恶 劣，蒙求计算机能长期稳定运行，耐高温，简压，湿度大，灰尘大等要求，并支持大 容量瘫套，大硬盘空闰警壤。援据莲徐 l 选强疆襻蟊藏达这秀款王娩控专诗算援。 工救控截计算祝与一般通用计算祝相毖较，有如下特点： 1 、具有较完善的过程通道，便于将各种形式的信息变换，并完成检测数据输 入和控制信息输出。 2 、输入生产过程梭溪l 信号有鼹大类：一炎怒电压或毫滚模羧傣号，贯一类是开 关羹竣数字脉冲量。开关爨昶赫薛量帮属予数字狺号。逶鬻捡溺躐豹生产过程绩号若 是模拟麓的话，一次检测信号经放大、变换麟( 二次仪表) 变为电愿o 1 0 伏或变为 0 * 1 0 n 叭电流，这些模拟擞必须经过模数转换器( a d c ：a m a l o g d i g i t a lc o n v e n e r ) 转换 成数字嫩，才能被计算机所接受。 竣壅豹数字痞号，氇爨经：蓬麴骥转鬟黎a e ：d i g 鹾一a 璐l o gc 鼹张瞧f ) ，凑数字 信号转换成模拟信号o 1 0 伏或变为o 1 触a 电流，再送入到控制器去控制生产设备 的运行。 通暹中设置模数转换器( a d c ) 和数模转换器( d a c ) ，完成模拟量转换成数 字量秘数字囊转换成模接爨。 瓣莱狻测生产过程豹状态信号是数字塞辩，遴入通道一般采溺黼离( 光逄、变压 器、开芙) 的数字量信号，只要藕合电位合适，就能被计算机接受。 l 羹 华中科技大学硕士学位论文 3 、县有比较完善的中断系统和高速数据通道，使其能迅速响威生产过程发出的 中断请求，并能与生产过獠实时交换信息。 瓣寒叁过程赣入熬溺遴遴懿中甑请求，分中獗铙先缀爰( 鸯豹笈杂系统努残o 3 型，其中3 型为过程通道中断，又把它分为o 7 级) ，使来自生产过程的信息处理 分轻徽缓急，对那些现场保存时间短的信号，优先级别就高，先进行处理。如：炼钢 过程中测钢水温度的信号，程请求输入( 请求中断) 后，两秒钟之内得将测温的热电 疆售号数避，莠转换残数字繁送入诗算极，这榉惫予处理豹痞号是怒速逶遂。并把串 辩缀涮定高，使之在两秒之内铯将信号取进计簿祝。又如由大型光电光谱仪测得镧静 成分，每种成分( 如m n 、p 、s 、c 等) 在向计算机送出时，请求计算机接受，限定 计算机必须在此3 3 0 m s 之内取走，不然就送下一种成分了。这要求将光谱仪送计算机 数据的中叛级别定高，便予优先处理，以免在攥定时间痰没有取到该取到的数据。采 鑫生产遵程裣溅羡号按照瑟袋响应霹阉瓣长愆窳定遗饶先缓裂，爨突蛰瓣中瑟功藐髹 证控制机能协调工作。 4 、工业生产常常是连续( 昼夜) 生产，遗就要求控制计算机鼠商高度可靠性。 不能中途停机，不能发生故障。目前的计算机都熊作到几千小时不出一次故障。就是 窭了赦簿泰予捡查兹跨疆瘁魄较完善氇疑在足分镑之蠹掺复。 为了使控制辊耱止外弊干扰，除了供电系绕采用隔离变压器戳步 ，在生产过程与 过程遄邋之间也采取隔离方法，使其计算机系统与外界的过程控制器和检查仪表之间 没有公共地线。用用继电器隔离，用变压器隔离，用光电管隔离等三种方法。 5 、人税联系功能，实溅入枧对话，及时囊照慰生产过程进行必要酶予预。生产过 程鬻露会发生意乡 事兹，颡蘩产设备遗瑷海越，控穰失灵，控锻发垒编差等，都霞妻 人工停止计算机控制并进行修正。 6 、能正确反映生产规律的数学模型，其数举模型只能近似反映出生产规律，其 近似误藏愈小，就愈容易炙现生产过程最佳控制，达到增加产量、撼离产品质量、降 低溃糕、降低藏零嚣嚣豹。骥蘧，实瑷诗算撬攘翻鞋轰，要不瑟懿滚羲、掺歪数学模 型，提离数学模型近似程度怒一项不可缺少的工作。 l 囊 华中科技大学硕士学位论丈 7 、避予控制溺的软件系统，包捂系统较髂和应糯软件，嫡戳提商控翻鹱爨。魏 逶震予褒产程线控裁靛蜜时搽傺系统，魏秘遥稷翰入麓赛遴滋骢璋； 黼楚壤稚黪，避程 弘哿数摆镑辅过程出现锚凝瞬处理程垮嗣蜜现邋稷控制度甩程洋。 溅搦生产过程的备稃象产设备必须藏备： l 、共脊髓接受控黼壤过纛竣臻爨遴逶) 邀窳的控靠l 结憋，并辩璧产设餐行 德按糊嬲控制嚣。魏嶷滚魄税，常采鲻霹控礁羧露9 辨，了鼹接激禳赣嚣送来的控露馈 露，愆予控制马达鹃起、停翘快缀。 2 、祷检测玺产设蔷熬逡行羧态静一次仪裘( 部 簪) 或二次转换 更滚部稃，检濑 仪表漆漱僚感，是黢被整铡罄t 辕入，输浅逶道辨攘受熬模数量秘数字攫。 3 、裙菠陕生产斑律的数学模型。 遮怒窭袋计算掇按翱燮产戆三个蔼懑条释，嚣甏蕊备这三个条释劣谈褥土计簿祝 国晚控制生产过程。 3 。1 。l 数据采鬃彼 数撼采鬃饺可茸融竣计，餐融浮羧。程生产避獠申，对元器箨必颈避荦亍严格的溅 试，稔惫有没肖虚浮躐短蹴辘象。生产究成雉对袋豢仪涟 亍役表测试，并体好数撼记 录，鼓露封装a 瘴。 3 1 。2 操作黢黢 在鼹内，微软的攥佟系统在应耀方蕊占掭皇簧市场，其中戳w i 嬲o w s 锵和 w 妞溺。艘0 筠主流，懒蜘掇律系统掰支持豹瘦瓣款粹鬣多，瘸户容翁接受。选 用w j 飘d o w s 9 8 鞠w i l 羽。懒2 。0 0 这舞令蓉缝最含遮。 3 。1 3 开发王舆 v i s u 越e + + 蹩现在鼗流行的一转编稷工具+ 挝供了蕊窳对浆编糕懿方法，寨绕蛉 嚣瀚维护工作爨褶对较小，避与磷髂进行数据黛换蕊整接韵工凝，并可敲入汇编代粥， 掇趣程黪鼢工稼效率，逐掇拱了氛骚e 接嗣，可卡分方餐媲送行寝熙程露设计，鞠辩 也提供了丰富的界面操作，a p i 鲻数，支持大量的标猴麾( s t l ) ，大大缩短了系统开发 - 华中科技大学硕士学位论文 的时间，提高了系统稳定性。根据以上两点，动态电子轨道衡系统的开发工具选择 v i s u a lc + + 6 o 。 3 1 4 数据库要求 v i s u a lc + + 提供了多种多样的数据库访问技术闭 2 9 】，o d b ca p i 、m f c0 d b c 、 d a o 、o l e d b 、a d 0 等。这些技术各有自己的特点，具有简单、灵活、访问速度快、 可扩展性强、可访问多种数据源等特点。 在动态电子轨道衡系统中，数据库中贮存的数据，常常会被提取、编辑、保存、 打印和传送，考虑到该系统是一个实时系统，选择的数据库不能占用太多的系统资源， 而且对数据库操作方便等因素，选择a c c e s s 2 0 0 0 作为数据库。而d a o 是直接操作 a c c e s s 数据库最理想的工具。 3 - 2 系统总体设计 在需求分析的基础上，采用结构化分析方法，将系统模块化，得到图3 1 显示的 系统总体模块图。 3 3 数据库设计 图3 1 系统总体结构 数据库设计是在一个特定的用户应用环境下，建立合理的数据库模式，建立数据 库及其应用系统，使之能够满足用户的管理需求。因此，建立合理的信息模型，设计 合理的逻辑结构是关键。 l i 华中科技大学硕士学位论文 3 3 1 数据库构成 本系统选用a c c e s s 关系数据库模式3 0 1 。采用公共数据类与私有数据库结合的方式 设计数据库表。对于具有相同或相似的业务模块所用到的数据，原则上划分到一个数 据库表中 3 ”，以便于数据的共享和维护。对于不同业务所用到的专业数据库表，仅在 该业务流程内部用到。这种设计方法便于系统的扩充、升级和维护【3 2 】。 基于上面的原则，本系统包括两类数据： ( 1 ) 基本数据是本项目开发人员要设计的数据库结构，是私有数据。 ( 2 ) 公共共享数据是列车过衡的详细记录。 3 3 _ 2 概念模型设计 在数据库中用数据模型来抽象【 】，表示和处理现实世界中的数据和信息。概念模 型是一种行之有效的对信息世界建模的方法，能够准确、方便地表示信息世界的常用 概念。对于动态电子轨道衡系统，采用概念模型对其建模3 4 】，继而对其数据之间的内 在关系进行分析，可以在本质上更好地把握整个系统。 概念模型的表示法有很多，最著名的是p s c h e l l 于1 9 7 6 年提出的实体一联系方 法( e n 廿t yr e l a t i o n s h i pa p p i o a c h ) ，该方法用e - r 图来描述现实世界的概念模型 3 5 】。 e - r 图提供了表示实体、属性和联系的方法。 实体：现实世界中的实体。用矩形表示，矩形内写明实体名。 属性：实体的属性，用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。 联系：实体与实体之间的联系，用菱形表示，并用无向边与有关实体连接起来， 同时在无向边旁边标上联系的类型( 1 ：1 ，1 ：n 或m ：n ) 。如果一个联系具有属性， 则这些属性也要用无向边与该联系连接起来。 本系统采用结构化分析方法【3 6 】口7 】 3 8 】，自顶向下，逐层分解，通过需求分析产生数 据流图，绘制e - r 图，转化为关系模式。动态电子轨道衡系统的e - r 图如图3 _ 2 所示。 依据数据库设计中e _ r 图向关系模型转换的方法，图3 2 的转换结果为： 基本信息( 过衡时间、列车车皮数、过衡方向、皮重校验码) ； l 羹 华中科技大学硕士学位论文 输入。兰输入车号，瘦重，及舔鬟爨，净重及嚣亏将鑫动重豢诗算，懿祭浚嚣为踅穗 报警，在盈亏这一栏将戳红色显示。 3 5 蘸态称重 图3 3 幼悉电予轨道衡系统主界面 进入动态遂衡，系统叠动鑫韵羧稍线程u i n r s n 强韬雹图- 。 d p p # 槐m ) ，等待 火车上秤台，监测秤台的当蔚状态，阿响应用户的操作，如点击退出动悫，系统将退 出动态过衡，计量出的数据将自动入滕，控制线程还担当检测火车离开秤台的任务， 当车离开台面1 5 r 血后，系统自动邋出，数据入库。如果系统设置为无人执守，将向 圭窗口发送命令，重新进入动态称徽。洳有机车上秤台，启动动态数据分析线糅u i n t w e n l t c a d ( o i dp p m m ) ，先找出前转向架，再找出后转向架，判断出率皮尉，向 主窝口发送一个显示过车数据消息，擞烹窗口就会动态显示过衡数据，实城渤恣计量， 其滚程图如蓬3 4 。 l i 华中科技大学矮垂学位论文 3 6 波形显示 波形擞示是动态电子轨邋衡软件的一个非常濑要的一部分，因为波形是检测秤状 琵好嚣瞻一蔹握，岗瓣霹戳遴避波形，摸缀犬事懑避台垂弱爨实薅猿，在查看波形斡 时候，给用户显示足够多的信息。在查看多台筒波形的时候可以切换不同台面的波形 视图，显示波形的压缩比，剪力传感器与熏力传感器转换的系数，加鼹示分隔线，显 汞擦煮a 轴值售患，及显忝任慧位置a d 稳僖惫等褥。氇可激通过编辍转换毙，攒鞫 怒点来奁瓣视图，如图3 - 5 。 盈3 5 波形显承 波影裰霭王具栏蠢p ，p 0 s ，l 缓，娜i o 缡瓣接叠，功麓照下； p m ：列表框中列出了轨道衡的台面划分列表，如果是多台厢轨道衡可在查看不同 台丽的波形。 p o s ：在撬圈孛撼承波澎懿起点。 l 厥：波形横向压缩的魄 x l 羹 华中科技天学颈壶学位论文 r a t i o ：此项设置只有在不断轨轨道衡系统中才肖用，在断轨轨道衡系统中没有意 义。f 一fw r a t i o + f 重力，调楚r 觚。意义在于合成的波形在水平零点处能够回零， 即在秤台为空的波形与虚零点线蘧台。 强中波澎为瑟辘盆奶豹波形溪鬻，筏壅授楚分三浃，分澍显示w l ，w 2 ，( w l 磷2 愆 的波形，柱f w l + 、耽妮视图中藏色竖线用来标识转向架在秤台上运行的波形段，前转 向架与后转向架的水平波形相对于水平虚线的增爨嗣为车皮在秤台上倍号输出，将车 皮增量乘以瀵系数即得车皮的黧潋。在w 1 及w 2 的视图中蓝色竖线标识车皮轮轴在 台嚣豹上下渤 筝。 3 7 模拟数措 模拟数据及通过波形实现动态过衡的真实再现，通过调整系统参数，模拟波形调 整设备可大大缩小系统安装调试鹣对闯，减少设备诵试费用。在模拟数撼辩会显示相 应车皮懿添 x 鬟l 华中科技大学硕士学位论文 表格，在静态称重时，可以同时进行数据编辑。称量完成按【下一列】按钮进行下一列 车韵称量，数据自动被保存入库，按【退出按锨】回到主界面。 测除无效数据：在静恣豫重瓣，熟聚不慎燕入茏效重璧，可以逶过手王删除，焉 鼠标选中你簧删除数据所在的行，按下键盘d e l e 把键，此行数据会自动从列表中删除。 3 9 系统调试 图3 7 静态称重 在轨道衡安装调试时，传感器调试棚当重骚，在b o g i e 列表处可根据套面划分查 各路传感器信号】输出值，参数说明；l s ：台面左剪力；r s ：台面右剪力：l w ：台面 左透夔力；r w ：台覆右边重力；s 珏：螽嚣势力合成；w 矗台面鬟力合藏；：左边 开关；r k ：农边开关；r f ：总台厩合成。 文本框处显示各路信号的增鬣，每3 秒记录一次，可根据需要存盘，以便查看， 螽罄3 穗拆示。 图3 - 8 设备调试 l l 华中科技大学硕士学位论文 3 1 0 数据统计 数据统计根据条件查询3 9 l i 删，如图3 9 所示。统计时，用户输入起始、终止时间， ( 默认是对当天数据进行统计) ，输入率号，盈亏上下限，发货单位，货名，收货单 位，笈菇，餮菇等褶关条件。当褥要瑟多个车号进抒条释套诲对，在车号这一槎输入 车号，不同颦号之间用逗母分隔，统计结果用列表显示，并输出所有的统计结聚，如 果不需要输入查询条件时，用户对条件无须进行编辑，默认对所有的数掭进行统计， 下嚣绘毒了统计流程懿实凝。 n s t a l l m o u m = g e t s t a n m o l 腩( ) ； 统计的起娥表名 n e 柚m o u t l l = g e t e n d m o u t l l 0 ； ，统计的终止表名 w 越l 纛s 掘掇垤。翻1 + + = 菇颡丞徽j 撇行下面s q l 语句 i n s e r t t o 下0 n 固ls e 己嚣c t 奉f r o 醚n s 魏懦如醴lw l e 鬏ef 查诲条终) ) 最焉将t o n g j i 中的数据输出割视图 图3 母数据统计 3 8 l 华中科技大学硕士学位论文 3 1 1 系统设置 系统参数镶存在g e u d a t 文终孛，系统避嚣对鸯霆载系绞参数，警重瑟竣置系统参 数麓，系统将所作静修泼僳存到g 】e u d 箍文件中，重薪运毒亍时将囊动加载这些修改瑶 的系统参数。其流程图如图3 1 0 示。 l 系统设畿l 翅载系毓参数 毒 修改系统静数 存修改后的岿数 翻3 一l o 系统参数设蓬流程 3 11 1 藻本系统参数 系统设置分为四部分：蒸本系统参数，数据库设计参数，自动填充库，联网设鬟 参数。系绞参数每次设饕怒裁惹霖毒至文锌g c u 。d 鑫。本参数设鬟烹要为实瑷震户基 本要袋，参照图3 1l ，胃设鬣酌系统参数和它们的意义如下。 熊中转换比，最小架比，最小档比，方向判别，超吨报警在前颟已作介绍。在此 对其它参数作说明： l 、台面长度为枧械稃螽静长度，一般为3 8 l n 。 2 、篾器类墼受下氕秘穗猛，禳据系统娶袋没薰。 单螽面断轨( 1 w ) ，筚台面断轨( 2 w ) ，帮台面不断轨 1 w l s ) ，单台面不断轨 ( 1 w 2 s ) ，单台面不断轨( 2 w l s ) ，单台面不断轨( 2 w 2 s u b ) ，单台面不断轨( 2 、v 4 s u b ) ， 双台衡断轨，双台面不断轨，双台面煤塔秤，越偏载仅( 1 8 a d ) ，越偏裁仪( 2 6 a d ) 。 3 、数提来源：没有特殊说饔，赘设置必羧蟊凝。 4 、使用模式；系统中肖两种使用模式，藏常使用和调试两种。在正常情况下， 主界稍许多功能被屏蔽，蜘删除数据记录，模拟数据，修改系统参数等等。 i l 华中科技大学硕士学位论文 5 、车号识别：当选中率号识别后，应在帮号报文路径设置好车号文件的路径， 如c ：搬擞矗d a t d a t 。 匿3 一 l 系统基零参数设譬 6 、动态称重选项，当瘸户选中此项后，才鼹进行动态数据计黧。 7 、静态称重选项，当用户选中此项后，才能进行静态数据计擞。 8 、分度值，分度值为j # 零值，计量结果以分度值对齐。 9 、打印格式，可根攒濯瑟设置不同鲍打印格式满足不阉用户嚣求。 l o 、动态计量参数，动态诗量参数虿按方秘避芎亍设置，可谡整