本科论文--基于C8051单片机的炉温采集显示系统上位机软件设计

学士学位论文 I 摘 要 随着自动化技术以及信息技术的发展，锅炉的管理越来越趋于智能化，省去了很多的人 力物力且管理效率有很大提高，减少了因为监督管理不善而引起的事故。 司于 1991 年推出的基于窗口的可视化程序设计语言，大大简化序界面的设计工作，同时其编程系统采用了面向对象、事件驱动机制，它还引入了使用部件编程的概念，实际上这是对面向对象编程思想的扩展。 本设计是利用 计上位机的各个界面，并 利用对 的 通信控件的编程，使上位机与控制主板进行通信连接，单片机将上位机所需温度数据传输给上位机，上位机对接收到的数据进行 校对、 处理和显示，对下位机各个参数进行补偿，下位机修改参数后，将正确的温度数据传送给上位机，上位机保存修改后各温度数据 。并利用 数、 的动态数组及 件对采集的 实时 温度数据进行曲线显示， 利用文件调用对历史温度进行显示， 利用 组进行编码与译码，实现 件（仿真的七段译码器） 的仿真 ，可 直观的显示锅炉各点的温度。 关键字： 上位机； 界面设计；串口通信 学士学位论文 of of to to of to is 991,on s of In is an to of B of to of it to to to to B to so as to of of 士学位论文 录 摘 要 I 绪论 1 介 1 口通信简介 1 件驱动方式 1 询方式 2 系统要研究的主要内容 2 项研究的基本要求 2 项目研究的意义 2 2 通信协议设计 4 行接口标准 4 信协议 4 3 上位机界面设计 6 窗体设计 6 窗体的特点 6 窗体的建立 6 主界面设计 8 码界面设计 21 数修改界面设计 23 4 绘制曲线 27 时曲线 27 史曲线 33 5 系统调试 36 设置调试断点 36 单步执行 36 调试窗口 37 结论 38 致谢 39 学士学位论文 考文献 40 附录 A 41 附录 B 46 学士学位论文 1 1 绪论 介 英文 s 学者通用符号指令代码）的缩写，它是专门为初学者设计的高级语言。 司于 1991 年推出的基于窗口的可视化程序设计语言。“ “可视化的 ”、 “形象化的 ”的意思。 语法与 言的语法基本相同，因此 具有易学易用的特点，此外它还提供了一套可视化设计工具，大大简化了 序界面的设计工作，同时其编程系统采用了面向对象、事件驱动机制，应用 以方便地完成从小的应用程序，到大型的数据库管理系统 、多媒体信息处理、功能强大的 用程序等各项任务。 口通信简介 通信，对于设备来说就是两设备之间的数据交换，这种通信是通过电信号来实现的。高电位代表一种状态，而低电位代表另一种状态，在组合了很多种电位状态之后就形成了设备之间的数据交换。 计算机的发展已经有很长一段时间，其中串行通信存在的时间很长，应用领域也非常广泛。市场上有很多产品应用了串行通信技术作为产品对外数据交换的桥梁，串行通信受到如此重视，主要原因就是因为其技术简单而且容易实现。 供了大量的 控件供编程人员使用，编程人员可以方便地利用这些组件中的属性、方法、语言等以事件驱动方式开发应用程序。 件全称为 司提供的简化 串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。 件提供下列两种处理通信的方式： 件驱动方式 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，在串口接收缓冲区中有字符，或者 或 o 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 件的 件捕获并处理这些通讯事件。 件还可学士学位论文 2 以检查和处理通讯错误。所有通讯事件和通讯错误的列表，参阅 性。在编程过程中，就可以在 件处理函数中加入自己的处理代码。这种方法的优点是程序响应及时，可靠性高。每个 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 件。 询方式 查询方式实质上还是事件驱动，但在有些情况下，这种方式显得更为便捷。在程序的每个关键功能之后，可以通过检查 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。例如，如果写一个简单的电话拨号程序，则没有必要对每接收一个字符都产生事件，因为唯一等待接收的字符是调制解调器的“确定”响应。 系统要研究的主要内容 利用 程软件完成上位机同下位机的通信控制，通过上位机来监控锅炉温度等各项指标。 完成单片机同 程 软件通信的连接。 实现上位机软件对下位机的参数修改功能。 实现温度采集的上位机显示输出、绘制并且存储温度变化曲线。 完成实际软件的调试。 各项研究的基本要求 进行上位机的界面设计，利用对 信控件的编程完成对上位机与单片机的通信连接，单片机将上位机所需数据传输给上位机，上位机对接收到的数据进行处理和显示，保存单片机向上位机传输的各种温度数据，对下位机各个参数进行补偿。并利用 的动态数组及 件对采集的温度数据进行曲线显示，利用 组进行编码与译码，实现七段数码管的仿真，使 观的显示锅炉各点的温度。 项目研究的意义 随着自动化技术以及信息技术的发展，锅炉的管理越来越趋于智能化，省去了很多学士学位论文 3 的人力物力且管理效率有很大提高，减少了因为监督管理不善而引起的事故。本课题的设计正是基于这个目的，在本设计中主要采集锅炉的各点的温度，通过 示屏直观准确的进行显示，把采集到的数据通过 输到上位机，上位机 将采集上来的锅炉 温度数据 进行实时处理 ，并在显示屏上显示，使人在电脑面前就能观测到锅炉房内的温度情况，而且监测人员可以通过电脑把监测时间内任意时刻的温度曲线调出， 便于操作人员进行数据分析，更为以后的维修等提供了数据保障。 学士学位论文 4 2 通信协议 设计 本工程主要是通过桥式电路采集锅炉各点的温度，然后 将采集的温度转换为电压值， 再通过单片机内的 A/D 值与温度的对照表 表格一一对照，将电压值一一转换为温度值，等待上位机的中断信息， 系统的主要流程是用户通过计算机串口发出相应的控制指令，通过电平转化，将控制信号通过 行接口送到单片机的，单片机接收信号做出相应的 反应，将上位机所需要的参数发送回计算机，上位机将其传送 来的数据进行显示，完成一整套控制和监视的功能。 行接口标准 （ 1） 电气特性：发送端：逻辑 “1”以两线间的电压差 +（ 2 至 6） V 表示；逻辑 “0”以两线间的电压差 -（ 2 至 6） V 表示。接收端： A 比 B 高 200上即认为是逻辑 “1”， A 比 B 低 200上即认为是逻辑 “0”。 （ 2） 数据最高传输速率为 10是由于 常要与 的通信，所以实际上一般最高 由于太高的速率会使 输距离减小，所以往往为 9600右或以下。 （ 3） 口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。 （ 4） 口的最大传输距离标准为 1200 米（ 9600）， 口在总线上是容许连接多达 128 个收发器、即 有多机通信功能，这样用户可以利用单一的 口方便的建立起网络。因为 口组成的半双工网络，一般只需二根信号线，所以 口均采用双绞线传输。 国际标准并没有规定 接口连接器标准、所以采用接线端子或者 连接器都可以。 信协议 在 信中，发送过程主要采取了总线仲裁机制： 在向 485 总线写数据时，主设备先写一字节的地址请求，所有的从设备均会收到，只有地址与之相等的从设备端口打开，其他设备全部关闭。这样，主设备与从设备之间的通信就是点对点的。 每一个从设备均有一根请求线与主设备相连，若从设备需要与主设备通信时，先通过请求线进行请求，当请求成功后，从设备应能检测到总线上的地址与自身地址相同，学士学位论文 5 从设备才能 打开发送中断，才能发送消息，发送完之后必须关闭发送中断，释放总线，以保证其他从设备这段时间能与主设备正常通信，提高通信效率。 信发送流程图如下图所示。 图 送流程图 面向握手，即每发出一帧，总是要等待确认帧，否则将认为是通信出错。这是一种可靠的通信方式，适合传输系统命令和一些非常重要的系统参数。在此设计中进行传输时，先进行握手来确定是否发送数据，在数据发送之后，将所发的数据进行累加作为所传送数据的最后一个数据，作为校 验码，如果校验码错误，则会通信错误，丢弃该次传送的数据。 Y N Y N 开始 握手协议 传输一帧 是否传完 校验和 校验成功 返回 学士学位论文 6 3 上位机 界面设计 窗 体设计 窗体的特点 实用性的应用程序往往需要多个窗体，以满足用户不同的输入输出操作。在多窗体中，各个窗体是平等的，每个窗体都有自己的界面和程序代码，具有一定的特点和功能。对用户而言，多窗体可以使界面丰富多彩。 在某一个时刻只能有一个窗体是激活的。 窗体的建立 进入集成开发环境的新建工程，选择“标准 按“确定”按钮后第一个窗体自动加载，其缺省名为 缺省定为启动窗口 以后的窗口需要有集成开发环境的“工程”菜单选项中的“添加窗体”来加入。在本设计中主界面为启动窗口，在主界面中有四个 中三个可分别调出其它的三个界面。 图 窗体示意图 窗体的主要属性 窗体的属性决定了窗体的外观和操作。窗体的大部分属性可用两种方法来设置：通过属性窗口设置和通过程序代码设置。有少量的属性不能在程序代码中设置。 （ 1） 性 设置窗体的标题内容。标题内容应概括说明本窗体作用。 显示屏界面 密钥 届面 参数修改 界面 实时温度曲线界面 历史温度 曲线界面 学士学位论文 7 （ 2） 性和 性 性为 体右上角有最大化按钮；为 ，无最大化按钮。 性为 体右上角有最小化按钮；为 ，无最小化按钮。 （ 3） 性 决定窗体边框式样及窗体是否能调整大小。 （ 4） 性和 性 性设置窗体的背景颜色， 性设置窗体的前景颜色。窗体的前景颜色是执行 法时所显示文本的颜色。 （ 5） 性和 性 设置窗体的初始高度和宽度。其单位为 1。 （ 6） 性和 性 用于设置窗体左边框距屏幕左边界的距离和窗体顶边距屏幕顶端的距离。其单位为 （ 7） 称）属性 设置窗体的名称，在程序代码中用这个名称引用该窗体。新建工程时，窗体的名称缺省为 加第二个窗体，其名称缺省为 次类推。为了便于识别，用户通常给 性设置一个有实际意义的名称。 （ 8） 性 属性值为 置对象是否能够对用户产生的事件做出反应。一般在程序中设置，用于临时屏蔽对窗体或其它控件的的控制。 （ 9） 性 属性值为 置是否可以移动窗体。 （ 10） 性 属性值为 置窗体是否被显示。用户可用该属性在程序代码中控制窗体的隐现。 （ 11） 性 设置在窗体中显示的图片。单击 性右边的按钮，弹出 “加载图片 ”对话框，用户可选择一个图片文件作为窗体 的背景图片。若在程序中设置该属性的值，需要使用数。 （ 12） 性 学士学位论文 8 设置窗体启动后的大小状态。 表 口属性设置 名称 性 性 性 性 性 屏 修改窗体尺寸 2大化显示 时温度曲线 修改窗体尺寸 2大化显示 史温度曲线 修改窗体尺寸 2大化显示 度对照修正表 修改窗体尺寸 0常大小 输入密码 修改窗体尺寸 0常大小 主界面设计 主界面的作用 用来显示时间，以及显示该时间各 点的温度值，并有四个用 其它的界面和校正时间子过程 。 进入 用户界面，这时编辑窗口内有一个新的表单 表单的标题（ 性改为 个表单是该上位机的主界面。在以后的窗体设计中所用的空间还需在框架的基础上添加 件、 件、 件和已编辑好 件（仿真的七段译码器）。 在 口中加入图片框 了界面的美 观在其 性中链接所要图片的地址，在 面加入 件，进行对系统的时间的显示和下位机的温度的实时显示，加入时间控件对显示时间和温度的 件进行刷新， 再加入 4 个 调用其它的界面和校正时间子过程，加入件使得此界面和单片机进行通讯。 学士学位论文 9 图 界面设计 在 用程序中，命令按钮是使用最多的对象之一，常常用它接受用户的操作信息，触发相应的事件过程，以实现指定的功能。 （ 1） 性 设 定命令按钮上显示的文本。 （ 2） 性 该属性用于设置默认命令按钮。 （ 3） 性和 性 命令按钮上除了可以显示文字外，还可以显示图形。若要显示图形，首先应将 性设置为 1，然后在 性中设置要显示的图形文件。 （ 4） 性 该属性只能在程序运行期间引用或设置。 示被按下， 认）表示未被按下。常用的事件是 件 学士学位论文 10 表 件属性设计 属 性 名称 性 性 性 事件 正时间 0件 正参数 0件 史温度曲线 0件 时温度曲线 0件 在此界面中用到了 件 ， 时钟控件（ 称计时器、定时器控件，用于有规律地定 时执行指定的工作，适合编写不需要与用户进行交互就可直接执行的代码，如计时、倒计时、动画等。在程序运行阶段，时钟控件不可见。 时钟控件 ： 图 间控件图示 其属性如下 （ 1） 性 取值范围在 0 到 64767 之间（包括这两个数值），单位为毫秒（ ），表示计时间隔。若将 性设置为 0 或负数，则计时器停止工作。 （ 2） 性 无论何时，只要时钟控件的 性被设置为 且 性值大于 0，则计时器开始工作（以 性值为间隔，触发 件）。 通过把 性设置为 使时钟控件无效，即计时器停止工作。 事件 时钟控件只能响应 件，当 性值为 性值大于 0时，该事件以 性指定的时间间隔发生，需要定时执行的操作即放在该事件过程中完成。 在主界面中时钟控件 有 三 个， 学士学位论文 11 表 件属性设置 名称 性 性 的 作用 000 每 1000 毫秒 （也就是每 1 秒）刷新一次显示时间的 件 0000 每 10 秒刷新显示温度的各 件 000 每隔一秒对所采集的温度以以下路径 & & M & & D & & &T & & 存一次 此界面中 首先用 的 数 、 数 及日期函数 将年月日时分秒分别 从右取数并 以 “ 00” 格式化 ， 将时间 赋值给 件，由 件将时间显示。在 件中 再 利用 数 以 及 数 格式化时间 ，并将所有的时间 数 字 利用与字符 组成字符串， 字符串的起始三个字符是“ #0N ”， 90 N ； #代表的是传送字符串的起始，而后的“ 0N ”表示的是单 片机的地址， 再利用 字符串各个 字符 进行提取依次 相加然后 经过一些计 算得到一个数 ， 把该数加在该字符串的最后作为校验码，这就避免了校验码的单一性，每一组时间都会得到其相应的校验码， 之后 通过 件 传于 单片机进行时间校验，当单片机接受字符串时，亦做同样的计算， 如果校验码相同，则根据所传信息对时间进行修改； 如果校验码不相同，则丢弃该信息。 1、 数 返回 字符串）值，其中含有一个表达式，它是根据格式表达式中的指令来格式化的。 2、 数 返回 字符串，其中包含有与指定的字符代码相关的字符。 语法： 必要的 数是一个用来识别某字符的 整数）值。 0 到 31 之间的数字与标准的非打印 码相同。例如， 13）可以返回回车字学士学位论文 12 符。 正常范围为 0255。 3、 数 返回一个 数型）值，代表字符串的第一个字符的字符代码。 必要的 数可以是任何有效的字符串表达式。如果 没有包含 任何字符，则会产生运行时错误。 4、 数 返回 整数）值，其中包含字符串内字符的数目，或是存储一个变量所需的字节数。 语法： 数语法中个参数的说明 何有效的字符串表达式。如果它包含 返回 何有效的变量名称。如果它包含 返回 果 体数据类型）， 视其为字符串并且总是返回其包含的字符数 空字符长度为 0,空格也算一个字符 ,中方虽然占用 2也算一个字符。 5、 数 返回 字符串）值，其中包含字符串中从右边算起指定数量的字符。 语法： 数的语法的命名参数 要参数。字符串表达式，其中最右边的那些字符将被返回。如果它包含返回 要参数。数值表达式，指出将返回多少个字符。如果为 0，返回零长度字符串（“”）；如果大于或是等于 字符 串，则返回整个字符串 6、 数 返回 字符串）值，其中包含字符串中指定数量的字符。 语法： 数的语法的命名参数 要参数。字符串表达式，其中返回字符。如果 含 返回士学位论文 13 必要参数。为 定 被取出部分的字符位置。如果 过 字符数， 回零长度字符串（“”） 选参数；为 要返 回的字符数。如果省略或 过文本的字符数（包含 的字符），将返回字符串中从 尾端的所有字符 ,n):由 X 的第 N 个字符起，读取后面的所有字符。 ,n,m):由 X 的第 n 个字符起，读起 m 个字符。 若 n),则返回空字符串，若第 n 个字符以后不足 m 个字符，则返回后面的所有字符。 7、 数 返回字符串，它包含以 式打开的文件中的字符。 语法 ： # 数的语法中各参数： 要。任何有效的数值表达式，指定要返回的字符个数； 要。任何有效的文件号。 8、 #语句 从已打开的顺序文件中读出数据并将数据指定给变量。 语法： 要。任何有效的文件号； 要。用逗号分界的变量列表，将文件中读出的值分配给这些变量不可能是一个数组或对象变量。但是，可以使用变量描述数组元素或用户定义类的元素； 通常用 或 。 与 语句不同， 数返回它所读出的所有字符，包括逗号、回车符、空白列、换行符、引号和前导空格等。 9、 件 图 行控件图示 件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。件在串口编程时非常方便， 下简称学士学位论文 14 司提供的简化 串行通信编程的 件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。具体的来说，它提供了两种处理通信问题的方法：一是事件驱动 (法，一是查询法。 件两种处理通讯的方式 件提供下列两种处理通讯的方式：事件驱动方式和查询方式。 件的常用属性 设置并返回通讯端口号。 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。 设置并返回通讯端口的状态。也可以打开和关闭端 口。 从接收缓冲区返回和删除字符。 向传输缓冲区写一个字符串。 下面分别描述： 性 :设置并返回通讯端口号。 语法 (整型值，说明端口号。 ) 说明 在设计时， 以设置成从 1 到 16 的任何数（缺省值为 1）。但是如果用 性打开一个并不存在的端口时， 件会产生错误 68（设备无效）。 注意：必须在打开端口之前设置 性。 性：在 件设置 性为 产生 前，设置并返回的要接收的字符数。 语法： = （ 型表达式，说明在产生 件之前要接收的字符数。 ） 说明：当接收字符后，若 性设置为 0（缺省值）则不产生 件。例如，设置 1，接收缓冲区收到每一个字符都会使 件产生 件。 性：确定是否可通过查询 o 线的状态发送数据。o 调制解调器发送到相联计算机的信号，指示传输可以进行。该属性在设计时无效，在运行时为只读。 语法： 件的 性设置值： 学士学位论文 15 o 为高电平。 o 为低电平 。 说明：如果 o 为低电平 ( 并且超时时，件设置 性为 o 并产生 件。 o 用于 o o 硬件握手。如果需要确定 o 的状态， 性给出一种手工查询的方法。 详细信息有关握手协议，可参阅 性。 性： 件设置 性为 产生 件之前，设置并返回传输缓冲区中允许的最小字符数。 语法 = 形表达式，代表在 件产生之前在传输缓冲区中的最小字符数。 说明：若设置 性为 0（缺省值），数据传输事件不会产生 件。若 设置 性为 1，当传输缓冲区完全空时， 件产生 件。如果在传输缓冲区中的字符数小于 性设置为 产生 件。 件仅当字符数与 叉时被激活一次。例如，如果 于 5，仅当在输出队列中字符数从 5 降到 4 时， 发生。如果在输出队列中从没有比 的字符， 件将绝不 会发生。 数 常数 值 描述 无握手。 手。 手。 手皆可。 数 常数