如何在VC++下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集設計制瓶機微機控制系統(tǒng)

引言

制瓶機微機控制系統(tǒng)的基本功能是控制制瓶機的各個機械動作，使其按照設定程序進行工作。為了實現(xiàn)主機與下位機之間的控制操作和數(shù)據(jù)管理，需要通過串口連接具有數(shù)據(jù)采集和自動控制功能的下位機，然后由操作員通過操作上位機管理軟件將操作命令傳遞給下位機來完成各種控制和管理工作，因此，串口通信技術是制瓶機微機控制系統(tǒng)開發(fā)的關鍵技術之一。

在VC環(huán)境下的制瓶機微機控制系統(tǒng)中，對于PC上位機的通信程序來說，其串口通信編程方法主要有三種：使用VC++提供的MSComm控件實現(xiàn)串口通信、基于某個串口通信C++類、基于API的串口通信。對于簡單的串行口操作來說，前兩種實現(xiàn)起來相對容易，使用也較方便、控制簡單。但是，對于較為復雜的串行口操作，它則不夠靈活。而基于API的串口編程方法則功能強大，控制手段更為自由靈活，可以編寫出高效、功能強大的通信程序。對下位機來說，由于存儲量有限，如果要存儲大量數(shù)據(jù)必定會產生丟失現(xiàn)象，而將數(shù)據(jù)存儲到上位機的數(shù)據(jù)庫中，則可以彌補這個問題。因為VC++提供了多種數(shù)據(jù)庫訪問技術，例如ODBC、OLEDB、ADO等，其中ADO技術是基于OLEDB的訪問接口，它繼承了OLEDB技術的優(yōu)點，并對OLEDB的接口作了封裝，且定義了ADO對象，故可使程序開發(fā)得到簡化，且基于ADO技術的應用程序可以通過一致的接口來訪問各種各樣的數(shù)據(jù)，同時也有利于程序的移植和擴充。

基于以上分析考慮，論述了在VC++下如何使用API函數(shù)和ADO數(shù)據(jù)庫編程技術來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集，同時將數(shù)據(jù)實時保存到數(shù)據(jù)庫中，從而完成制瓶機微機控制系統(tǒng)的主機與下位機間數(shù)據(jù)的實時操作與顯示的具體方法。

利用WindowsAPI函數(shù)實現(xiàn)串口通信

在Windows環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一部分，當數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)將轉換為串行位；在接收數(shù)據(jù)時，串行的位又將被轉換為字節(jié)數(shù)據(jù)。應用程序要使用串口進行通信，就必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請(打開串口)，還要設置通訊的串口地址、波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位和停止位等相關配置，通信完成后，還必須釋放資源(關閉串口)。

打開串口

串口通信程序以調用CreatFile()函數(shù)開始，該函數(shù)的返回值是一個句柄。可在隨后的其它端口操作中使用。一旦端口處于打開狀態(tài)，就可以自動分配一個發(fā)送／接收緩沖區(qū)，當然，也可以通過調SetComm()函數(shù)來改變發(fā)送／接收緩沖區(qū)的大小。

1.2配置串口

串口打開成功后。接著應進行串口的初始化，以配置串口的通信參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位、校驗位等。修改這些參數(shù)可使用設備控制塊DCB(Device Control Block)。DCB是個復雜的結構，有近30個數(shù)據(jù)成員；但是，對于采用3線方式的串行通信來說，DCB結構中的大部分參數(shù)可以不用，只需要設置如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位、校驗位等幾個關鍵的參數(shù)就可以正常工作了。同時Windows提供有GetCommState()函數(shù)以獲取串行接口的當前配置，故可使用SetCommState ()來重新配置串行接口的各個參數(shù)。

1.3串口的讀／寫操作

通過程序可以使用Win32API中ReadFile()函數(shù)從串口中讀取數(shù)據(jù)，或使用WriteFile()函數(shù)向串口寫入數(shù)據(jù)。如在串行接口通信中發(fā)生錯誤(如發(fā)生終端出錯、奇偶校驗等錯誤)，I／O操作將會終止。此時，如果程序要進一步執(zhí)行串行接口的I／O操作，則必須調用ClearCommError()函數(shù)來對串行接口進行恢復。

ClearCommError ()函數(shù)有兩個作用：第一是清除錯誤條件；第二是確定串行接口通信狀態(tài)。另外，對于串行接口，系統(tǒng)為其提供有一組通信事件及其相應的處理函數(shù)。Windows系統(tǒng)可在進程中監(jiān)視發(fā)生在串行接口中的這組事件，因此，應用程序在不檢查端口狀態(tài)的情況下就可以知道某些條件何時發(fā)生。通過使用這些事件，應用程序就無需為接收字節(jié)而連續(xù)不斷地檢測端口，從而節(jié)省CPU時間。

關閉串口

在程序執(zhí)行完畢后，退回Windows環(huán)境時，通常應關閉串口，以便其它程序使用?？梢岳煤瘮?shù)C10seHandle(Handle hObject)來停止一切串口的輸入輸出，參數(shù)hObject是CreateFile函數(shù)返回時，標志串口的通信句柄。

2 VC++中的ADO數(shù)據(jù)庫使用

初始化OLE／COM庫環(huán)境

創(chuàng)建一個標準的MFC AppWizard(exe)應用程序后，還要在應用程序類的InitInstance函數(shù)中初始化OLE／COM庫(因為ADO庫是一個COMDLL庫)，其代碼如下：

引入ADO庫文件

使用ADO前，必須在工程的stdafx．h文件里直接引入符號#import來引AADO庫文件，以使編譯器能正確編譯。其代碼如下：

2.3 利用智能指針進行數(shù)據(jù)庫操作

ADO庫包含有3個智能指針：_ConnectionPtr、_CommandPtr、_RecordsetPtr。其中_ConnectionPtr通常用來打開、關閉一個庫連接。為進行庫連接，可先創(chuàng)建一個實例指針，再用Open打開一個庫連接。下面以連接數(shù)據(jù)庫db．mdb為例來加以說明：

_ConnectionPtr connectPtr；

connectPtr．CreateInstance("ADODB．Connection")；／／創(chuàng)建一個實例指針

connectPtr->Open("Provider=Microsoft.Jet.OLE.DB.4.0；DataSource="db.mdb"，" "，" "，

adModeUnKnown)；／／用Open打開一個庫連接

_RecordsetPtr通常會返回一個記錄集，以提供一種簡單的方法來執(zhí)行返回記錄集的存儲過程和SQL語句。在使用_CommandPtr接口時，可以用全局_ConnectionPtr接口，也可以在_CommandPtr接口里直接使用連接串。_RecordsetPtr可以用來打開庫內數(shù)據(jù)表，并對表內的記錄、字段進行操作。也可以先創(chuàng)建一個指針，再用Open打開一個記錄集，然后對記錄集內的記錄、字段進行各種操作，包括添加、刪除、修改等等。

3制瓶機控制系統(tǒng)的串口通信

制瓶機控制系統(tǒng)的下位機由四個段控板和一個機控板組成，段控板的職責是控制制瓶機一段的所有動作，一般通過20路輸出驅動20個電磁閥來實現(xiàn)；機控板的職責是根據(jù)現(xiàn)場機器的狀態(tài)，為其它4個段控板提供基準信號和制瓶機的狀態(tài)信息。通過上位機可設定不同段控板的電磁閥開閉值和產生基準信號所需要設定的值。制瓶機控制不同產品所對應的設定值也不相同。為了確保下位機運作的準確性，往往需要監(jiān)控下位機當前狀態(tài)和控制下位機不同段控板的單個電磁閥的起停。本系統(tǒng)的段控和機控板的主控芯片選用PIC24FJ64GA008，而上位機與下位機之間的通訊則遵循RS-232協(xié)議。

3.1 獨立串口通信類的創(chuàng)建

創(chuàng)建獨立的串口通信類的方法主要是在應用程序框架下，點擊主菜單中的insert菜單下的NewClass項，并在彈出的對話框中的Class type中選擇Generic Class。這是一種建立沒有繼承的類的方法。創(chuàng)建獨立的串口通信類對串口操作的封裝可以很好地實現(xiàn)各種自定義通信協(xié)議下的串口通信，而且符合面向對象的程序設計思想。本系統(tǒng)對串口的打開、初始化、讀寫、上位機發(fā)數(shù)據(jù)到下位機、下位機讀數(shù)據(jù)到上位機、關閉等相關操作，都封裝在windowsAPI函數(shù)寫的獨立串口類CcomPort中。當在每個要用到串口通信的窗體類中引用這個串口類后，就可以方便的使用。本系統(tǒng)是將PIC單片機通過端口COM1與計算機相連接，打開端口COM1的代碼如下：

上位機與下位機之間可以2400 bps／秒的通訊速率傳輸數(shù)據(jù)，且無奇偶校驗，包括八位數(shù)據(jù)位和一位停止位?？赏ㄟ^下面的參數(shù)來設置DCB參數(shù)，從而初始化串口。其具體代碼如下：

DCB dcb；

dcb．BaudRate=CBR_2400；／／波特率

deb．fParity=FALSE；／／禁止奇偶校驗

dcb．ByteSize=8；

dcb．Parity=NOPARITY；／／無校驗

dcb．StopBits=ONESTOPBIT；／／一個停止位

3.2 存取串口命令數(shù)據(jù)

當上位機與PIC24FJ64GA單片機通過一系列應答聯(lián)絡后，單片機將開始向上位機發(fā)送存在EEPROM中的數(shù)據(jù)，從而將按照設定的協(xié)議組成的每幀11個字節(jié)由上位機一幀一幀地接收，并按字段存人數(shù)據(jù)庫的相應表中，直到數(shù)據(jù)通信結束。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，可通過一個循環(huán)結構并以查詢方式從串口讀取數(shù)據(jù)。為了避免因線路不通或通信過程中斷而造成死機，程序中可加入自動退出機制，即在1秒鐘之內沒收到數(shù)據(jù)，程序自動提示沒有接到數(shù)據(jù)。在設定好數(shù)據(jù)庫db．mdb后，可由ADO訪問數(shù)據(jù)庫來進行串口數(shù)據(jù)的存取。具體步驟如下：

(1)在窗體類中引用串口類

在窗體類中引用串口類時，如果本窗體類是第一次引用，則定義CcomPort Obj_Commpon；如果在其它的窗口類已經(jīng)定義過，則定義為extern CCommPort obj_Commport。調用串口類的函數(shù)可進行串口的初始化。

(2)發(fā)送控制命令給下位機

按照通訊協(xié)議發(fā)送控制命令給下位機，可告知下位機要跟上位機傳送數(shù)據(jù)。下位機收到上位機的控制命令數(shù)據(jù)后，先進行校驗，以檢測上位機的命令是否正確。如果接到的數(shù)據(jù)是正確的。則返回正確的電磁閥開閉值；如果不正確，下位機則返回控制命令給上位機，告知上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)不正確，此后上位機會再次發(fā)送控制命令給下位機，如果仍然不正確，則提示通訊出錯，退出本次通信，然后再發(fā)送下一個命令。

(3)打開數(shù)據(jù)庫并進行數(shù)據(jù)存取

首先打開數(shù)據(jù)庫的連接。若m_pConnection在程序初始化中已經(jīng)打開，則可在窗體類中直接調用，然后進行數(shù)據(jù)的存儲。代碼如下：

保存數(shù)據(jù)后，上位機再發(fā)控制命令給下位機，并開始接收下一條下位機傳遞過來的數(shù)據(jù)。上位機給下位機發(fā)送數(shù)據(jù)的過程與下位機給上位機發(fā)送數(shù)據(jù)的過程和步驟一樣。退出程序時，關閉串口即可。

4結束語

串行通信具有實現(xiàn)簡單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠等優(yōu)點，因而在工業(yè)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和實時控制系統(tǒng)中得到了廣泛應用。本文講述在制瓶機控制系統(tǒng)中，在VC++環(huán)境下利用windows-API函數(shù)的串口編程技術和ADO數(shù)據(jù)庫編程技術來實現(xiàn)和控制PIC單片機，以進行數(shù)據(jù)采集的具體方法。該方法同時會對通訊出錯或通訊堵塞現(xiàn)象進行處理。實踐證明，該方法可提高定時的精確性，從而提高產品的質量和產量。