汽車尾氣余熱熱電轉(zhuǎn)換監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)——畢業(yè)論文

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1、武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1 緒論1.1 引言汽車尾氣余熱發(fā)電是一種汽車?yán)梦矚庥酂徇M(jìn)行發(fā)電的技術(shù)，屬于汽車部件制造技術(shù)領(lǐng)域，在后排氣管上安裝有能量轉(zhuǎn)換器，能量轉(zhuǎn)換器的電量輸出端通過(guò)連接器連接汽車電池的輸入端。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)后排氣管排放高熱量的尾氣，能量轉(zhuǎn)換器吸收熱能并轉(zhuǎn)換成電能，向電池充電。該技術(shù)有效地回收、利用了汽車殘余能量，大大地提高了能源使用效率，有利于環(huán)境保護(hù)，性能可靠。在尾氣余熱發(fā)電裝置內(nèi)由兩種金屬組成的回路中，如果兩個(gè)接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生溫度差，金屬電子的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化形成電流，這種熱電轉(zhuǎn)換現(xiàn)象即為熱電效應(yīng)。尾氣余熱發(fā)電原理就是利用不同金屬間的溫度差進(jìn)行發(fā)電，將尾氣中含有的熱

2、量轉(zhuǎn)化為汽車動(dòng)力來(lái)源，采用這種裝置后，預(yù)計(jì)可將汽車燃油經(jīng)濟(jì)性提高10，而且還可以減少二氧化碳等有害廢氣的排放。根據(jù)研究，汽油燃燒產(chǎn)生的能量中有70通過(guò)尾氣排放等形式散失到大氣之中，最多只有30的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其中還有一些由于齒輪、輪胎的機(jī)械摩擦、蓄電池工作等原因而被消耗掉，最后只有20左右轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)行駛的動(dòng)力。開(kāi)發(fā)中的尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)主要采用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，由不同的金屬和半導(dǎo)體成對(duì)組合，可以安裝在汽車下部的催化轉(zhuǎn)化器和消聲器之間，利用高溫尾氣和低溫冷卻水之間的溫度差發(fā)電，充分利用和回收熱量，提高熱效率。 熱電轉(zhuǎn)換模塊是整個(gè)汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，利用熱電效應(yīng)將尾氣余熱轉(zhuǎn)換為電能。汽車

3、尾氣余熱發(fā)電裝置的中心環(huán)節(jié)是熱電轉(zhuǎn)換，該模塊將汽車所排放的高溫尾氣所攜帶的熱量轉(zhuǎn)換為低壓電能，發(fā)出的電能一般都為低電壓、小電流的小功率電能，不能直接應(yīng)用，需要經(jīng)過(guò)DCDC升壓、儲(chǔ)能處理后才能正常利用。并將各小的熱電轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行并聯(lián)，以達(dá)到所需電壓及功率。1.2 研究意義隨著人們生活水平的提高，人們?cè)诮煌ǔ鲂猩蠈?duì)汽車的依賴程度越來(lái)越大，而全球汽車數(shù)量的不斷增加，給世界環(huán)境帶來(lái)的危害也越來(lái)越嚴(yán)重。將熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)運(yùn)用到汽車尾氣排放系統(tǒng)，將極大地減少汽車尾氣排放對(duì)環(huán)境造成的危害，并且能夠節(jié)約不可再生能源，將廢氣轉(zhuǎn)換為可再生清潔能源，可謂是一舉三得。在汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)階段，需要對(duì)系統(tǒng)的各功能模

4、塊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并采集各路信號(hào)的參數(shù)，傳至上位機(jī)供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析優(yōu)化，因此，就必須有一個(gè)完善的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，來(lái)完成各功能模塊和上位機(jī)之間的通信。首先需要上位機(jī)通過(guò)監(jiān)控軟件向系統(tǒng)模塊發(fā)出指令，然后系統(tǒng)各模塊響應(yīng)上位機(jī)的指令開(kāi)始運(yùn)行，同時(shí)將運(yùn)行中各路信號(hào)進(jìn)行采集并傳輸至上位機(jī)，實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控界面上，這樣研究人員表可以清楚的看到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，根據(jù)異常信號(hào)分析故障、完善系統(tǒng)。1.3 發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀余熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)是熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用的是熱電效應(yīng)。所謂的熱電效應(yīng)，是當(dāng)受熱物體中的電子，因隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生電流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。而這個(gè)效應(yīng)的大

5、小，則是用參數(shù)Q來(lái)測(cè)量，其定義為Q=E/-dT(E為因電荷堆積產(chǎn)生的電場(chǎng)，dT則是溫度梯度)。兩種不同成份的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。這項(xiàng)技術(shù)由起步到如今也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展階段。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)展至今已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史了，而且正隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而逐漸走入我們?nèi)粘Ｉ?。十九世紀(jì)六十年代，人類便開(kāi)始了征服太空的計(jì)劃。從1969年的登月計(jì)劃到2001年的火星探測(cè)，幾十年中取得了很大的飛躍，這其中也有熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的一份功勞。利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，一枚硬幣大小的放射性同位素?zé)嵩淳湍軌蛱峁╅L(zhǎng)達(dá)二十年以上的連續(xù)不斷的

6、電能，這是其它任何一種能源技術(shù)所不能比擬的。美國(guó)登月計(jì)劃中“阿波羅”17號(hào)飛船就是使用了熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)提供的電源從月球表面向地球成功地傳送了數(shù)據(jù)，中央部分就是使用放射性同位素為熱源的熱電發(fā)電裝置。到1990年為止，熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)已成功應(yīng)用于美國(guó)國(guó)家宇航局的二十多次太空飛行任務(wù)中，均取得了良好的效果，其中最長(zhǎng)的工作時(shí)間超過(guò)了15年。美國(guó)熱電直接轉(zhuǎn)換方面處于世界的領(lǐng)先地位，美國(guó)能源部、國(guó)防部及宇航局共同負(fù)責(zé)熱電轉(zhuǎn)換方面的研究發(fā)展工作。熱電偶轉(zhuǎn)換、熱離子轉(zhuǎn)換、磁流體發(fā)電、鐵電轉(zhuǎn)換和熱磁轉(zhuǎn)換是目前五種基本的熱電轉(zhuǎn)換方式。熱電偶是最早的熱電轉(zhuǎn)換裝置，將兩種不同材料的物質(zhì)（通常是金屬絲）連接起來(lái)，加熱結(jié)點(diǎn)，在

7、另兩端就能得到電動(dòng)勢(shì)。這種效應(yīng)是1821年發(fā)現(xiàn)的。但金屬和合金的熱電轉(zhuǎn)換效率太低，因此直到發(fā)現(xiàn)更好的熱電轉(zhuǎn)換材料半導(dǎo)體后熱電偶電源才投入使用，今天使用的半導(dǎo)體熱電偶電源已進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)。另一種熱電轉(zhuǎn)換裝置是熱離子轉(zhuǎn)換器。它利用的是熱離子發(fā)射原理，當(dāng)金屬溫度很高時(shí)，電子將從金屬表面被蒸發(fā)出來(lái)。最簡(jiǎn)單的熱離子轉(zhuǎn)換器是由兩片靠的很近的金屬板構(gòu)成，當(dāng)然熱離子轉(zhuǎn)換器用于外層空間時(shí)，熱源可以使用太陽(yáng)能、放射同位素的衰變能或核反應(yīng)堆內(nèi)的裂變能?？紤]到其余熱必須以輻射方式排除，而熱離子轉(zhuǎn)換器可以在比熱電偶電源或動(dòng)力發(fā)電設(shè)備高得多的溫度下運(yùn)行，因此只需要較小的輻射轉(zhuǎn)換器即可（熱輻射正比于絕對(duì)溫度的四次方）。體積小

8、，相對(duì)可靠的熱離子轉(zhuǎn)換器已在空間運(yùn)行器上使用。鐵電轉(zhuǎn)換和熱磁轉(zhuǎn)換都利用物質(zhì)受熱后物理性質(zhì)發(fā)生的重大改變來(lái)進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換裝置是真正的熱機(jī)。在這些裝置中，既不用氣體工質(zhì)也不用電子流，而是利用原子和分子在周期性受熱時(shí)，不斷重新排列以達(dá)到發(fā)電的目的。這種金屬內(nèi)部分子重新排列或晶體結(jié)構(gòu)改變的現(xiàn)象稱為二階轉(zhuǎn)變。鐵電轉(zhuǎn)變利用了介電物質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度變化的特殊性質(zhì)（介電物質(zhì)為半導(dǎo)體，置于電容兩極之間以增加電容量）。熱磁轉(zhuǎn)換能與鐵電轉(zhuǎn)換能有某些相似之處，不同的是用感應(yīng)電場(chǎng)能代替了靜電場(chǎng)能。因?yàn)闊犭娹D(zhuǎn)換有巨大的實(shí)用價(jià)值，已有的幾種熱電轉(zhuǎn)換裝置的性能和價(jià)格還不能滿足要求，所以科技人員仍在不斷努力的尋找更

9、有效更簡(jiǎn)便的熱電轉(zhuǎn)換裝置。目前世界上較為先進(jìn)的是一種堿金屬轉(zhuǎn)換元件AMTEC元件。將堿金屬高溫?zé)峁芎凸腆w電解質(zhì)導(dǎo)電技術(shù)結(jié)合在一起的AMTEC元件具有熱電效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，效率可達(dá)30%。1.3.2 監(jiān)控軟件發(fā)展現(xiàn)狀監(jiān)控軟件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，目前主要有VB、VC、組態(tài)王、Lab VIEW等。其中VB和VC+因簡(jiǎn)便熟悉而較廣泛使用，另外兩種是集成化的監(jiān)控軟件。組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層

10、次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。Lab VIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和

11、BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering

12、 Workbench）是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。 圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，La

13、bVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。 利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。 它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過(guò)改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件。現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)。1.3.3 界面設(shè)計(jì)方法發(fā)展

14、現(xiàn)狀界面的說(shuō)法以往常見(jiàn)的是在人機(jī)工程學(xué)中。“人機(jī)界面”是指人機(jī)間相互施加影響的區(qū)域，凡參與人機(jī)信息交流的一切領(lǐng)域都屬于人機(jī)界面。界面設(shè)計(jì)存在于人與物的信息交流1。“人”是設(shè)計(jì)界面的一個(gè)方面，是認(rèn)識(shí)的主體和設(shè)計(jì)服務(wù)的對(duì)象，而作為對(duì)象的“物”則是設(shè)計(jì)界面的另一個(gè)方面。它是包含著對(duì)象實(shí)體、環(huán)境及信息的綜合體。功能性設(shè)計(jì)界面，接受物的功能信息，操縱與控制物，同時(shí)也包括與生產(chǎn)的接口，即材料運(yùn)用、科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用等等。這一界面反映著設(shè)計(jì)與人造物的協(xié)調(diào)作用。功能性界面設(shè)計(jì)要建立在符號(hào)學(xué)的基礎(chǔ)上。設(shè)計(jì)功能界面，不可避免地要讓使用者明白功能操作。每一操作對(duì)人來(lái)說(shuō)應(yīng)是符合思維邏輯的，是人性的，而對(duì)機(jī)械、電子來(lái)說(shuō)則應(yīng)

15、是準(zhǔn)確的、確定無(wú)疑的，這雙方的信息傳遞是功能界面的核心內(nèi)涵2。監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)屬于功能性界面設(shè)計(jì)，本文一下研究功能性界面設(shè)計(jì)的方法。首先要明確界面設(shè)計(jì)要完成的功能性任務(wù)，任務(wù)分析采用的技術(shù)主要有：逐步求精技術(shù)，把任務(wù)不斷劃分為子任務(wù)，直至對(duì)每個(gè)任務(wù)的表達(dá)都十分清楚；面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)，識(shí)別出與應(yīng)用有關(guān)的所有客觀的對(duì)象以及與對(duì)象關(guān)聯(lián)的動(dòng)作3。在界面設(shè)計(jì)過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)下面幾個(gè)步驟：步驟一：建立任務(wù)的目標(biāo)和意圖；步驟二：為每個(gè)目標(biāo)和意圖制定特定的動(dòng)作序列；步驟三：按在界面上執(zhí)行的方式對(duì)動(dòng)作序列進(jìn)行規(guī)約；步驟四：指明系統(tǒng)狀態(tài)，即執(zhí)行動(dòng)作時(shí)的界面表現(xiàn)；步驟五：定義控制機(jī)制，即用戶可用的改變系統(tǒng)狀態(tài)的設(shè)備和動(dòng)

16、作；步驟六：指明控制機(jī)制如何影響系統(tǒng)狀態(tài)；步驟七：指明用戶如何通過(guò)界面上的信息解釋系統(tǒng)狀態(tài)。 在界面設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須遵循界面設(shè)計(jì)的一般應(yīng)原則4，其主要原則主要包括以下五點(diǎn)：1）向?qū)褂迷瓌t對(duì)于應(yīng)用中某些部分的處理流程是固定的，用戶必須按照指定的順序輸入操作信息，為了使用戶操作得到必要的引用應(yīng)該使用向?qū)В褂脩羰褂霉δ軙r(shí)比較輕松明了，但是向?qū)П仨氂迷诠潭ㄌ幚砹鞒讨?，并且處理流程?yīng)該不少于3個(gè)處理步驟。2）響應(yīng)時(shí)間原則系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間包括兩個(gè)方面：時(shí)間長(zhǎng)度和時(shí)間的易變性。用戶響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該適中，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的易變性是指相對(duì)于平均響應(yīng)時(shí)間的偏差。即使響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，低的響應(yīng)時(shí)間

17、易變性也有助于建立穩(wěn)定的節(jié)奏。 3）一致性原則在界面設(shè)計(jì)中應(yīng)該保持界面的一致性。一致性既包括使用標(biāo)準(zhǔn)的控件,也指使用相同的信息表現(xiàn)方法,如在字體、標(biāo)簽風(fēng)格、顏色、術(shù)語(yǔ)、顯示錯(cuò)誤信息等方面確保一致。在同一個(gè)應(yīng)用中,這些信息的表現(xiàn)方式不一致,會(huì)影響這一操作人員的使用，因此應(yīng)當(dāng)注重在同一界面系統(tǒng)中表現(xiàn)形式的一致性。4）布局合理化原則應(yīng)注重在一個(gè)窗口內(nèi)部所有控件的布局和信息組織的藝術(shù)性,使得用戶界面美觀。在一個(gè)窗口中按tab鍵,移動(dòng)聚焦的順序不能雜亂無(wú)章,tab 的順序是先從上至下，再?gòu)淖笾劣?。一屏中首先?yīng)輸入的和重要信息的控件在tab順序中應(yīng)當(dāng)靠前,位置也應(yīng)放在窗口上較醒目的位置。布局力求簡(jiǎn)潔、有序

18、、易于操作。5）鼠標(biāo)與鍵盤對(duì)應(yīng)原則應(yīng)遵循的是可不用鼠標(biāo)的原則:應(yīng)用中的功能只用鍵盤也應(yīng)當(dāng)可以完成,即設(shè)計(jì)的應(yīng)用中還應(yīng)加入一些必要的按鈕和菜單項(xiàng)。但是,許多鼠標(biāo)的操作,如雙擊、拖動(dòng)對(duì)象等,并不能簡(jiǎn)單地用鍵盤來(lái)模擬即可實(shí)現(xiàn)。例如在一個(gè)列表框中用鼠標(biāo)雙擊其中一項(xiàng)可以表示選中該項(xiàng)內(nèi)容。為了用鍵盤也能實(shí)現(xiàn)這一功能,必須在窗口中定義一個(gè)表示選中的按鈕,以作為實(shí)現(xiàn)雙擊功能的替代（或其它方式）。又如在一個(gè)窗口中有兩個(gè)數(shù)據(jù)窗口,可以用鼠標(biāo)從一個(gè)數(shù)據(jù)窗口中將一項(xiàng)拖出然后放到另一個(gè)中。假如只用鍵盤,就應(yīng)當(dāng)在菜單中設(shè)置拷貝或移動(dòng)的菜單項(xiàng)。1.4 本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)要求完成汽車尾氣余熱熱電轉(zhuǎn)換監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。汽車尾氣

19、余熱發(fā)電裝置的中心環(huán)節(jié)是熱電轉(zhuǎn)換，該模塊將汽車所排放的高溫尾氣所攜帶的熱量轉(zhuǎn)換為低壓電能，發(fā)出的電能一般都為低電壓、小電流的小功率電能，不能直接應(yīng)用，需要經(jīng)過(guò)DCDC升壓、儲(chǔ)能處理后才能正常利用。并將各小的熱電轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行并聯(lián)，以達(dá)到所需電壓及功率。本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)模塊，設(shè)計(jì)各模塊信號(hào)采集及顯示的監(jiān)控軟件。在對(duì)軟件設(shè)計(jì)的基本概念及原則有一定了解的基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)要仔細(xì)分析監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，選擇合適的設(shè)計(jì)方案來(lái)完成監(jiān)控軟件顯示及通信的功能。經(jīng)比較分析選擇采用VC+串口通信來(lái)實(shí)現(xiàn)通信顯示功能，采用多線程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)同時(shí)采集。監(jiān)控系統(tǒng)分為三個(gè)界面，主界面軟件提供監(jiān)測(cè)與設(shè)

20、置兩種選擇，但只有先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行正確的設(shè)置才能正確的監(jiān)測(cè)各模塊信號(hào)。系統(tǒng)設(shè)置子界面主要完成對(duì)通信口、數(shù)據(jù)格式及波特率的設(shè)置，以保證上位機(jī)與模塊之間通信的正常進(jìn)行。系統(tǒng)檢測(cè)子界面則是執(zhí)行通信顯示的任務(wù)，將下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)并顯示于界面上。為了驗(yàn)證軟件能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，要對(duì)軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，在設(shè)計(jì)的最后是模擬調(diào)試。使用輔助調(diào)試軟件可以方便快捷的幫助實(shí)現(xiàn)調(diào)試目的。2設(shè)計(jì)方案論證2.1軟件設(shè)計(jì)方案論證對(duì)于監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，Win32下的面向?qū)ο蠊ぞ遃isual Basic和C +能開(kāi)發(fā)出又保證功能，實(shí)時(shí)性又好的監(jiān)控軟件。因此，本設(shè)計(jì)對(duì)這兩種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行比較研究。2.1.1 Visual Basic程

21、序設(shè)計(jì)研究Visual Basic集成開(kāi)發(fā)環(huán)境帶有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的控件箱，此外Visual Basic還提供一個(gè)巨大的控件庫(kù)，這個(gè)控件庫(kù)可以滿足絕大多數(shù)常規(guī)程序開(kāi)發(fā)的需要。但由于控實(shí)驗(yàn)軟件的特殊性，仍然有一些需要的控件是現(xiàn)有的控件庫(kù)中不曾提供的。Visual Basic可以幫助用戶設(shè)計(jì)自己的控件，這種控件稱為用戶控件5。用戶控件以獨(dú)特的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)已有控件的繼承。利用這一特性可在已有控件(如Visual Basic的標(biāo)準(zhǔn)控件)的基礎(chǔ)上“添加”用戶所需的特殊功能得到用戶自己的控件，本軟件中需要設(shè)計(jì)兩種用戶控件。Visual Basic還支持豐富的數(shù)據(jù)類型和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，并具有

22、與其它語(yǔ)言和環(huán)境的良好接口。與基于命令行的應(yīng)用程序相比，圖形化的軟件通常有形象生動(dòng)的界面和易于理解的操作方式6。控制軟件在保證實(shí)時(shí)性的前提下向圖形化界面靠攏，Visual Basic開(kāi)發(fā)圖形化和拖放操作的應(yīng)用程序極其方便，是一種優(yōu)秀的界面開(kāi)發(fā)工具。但Visual Basic的不足之處在于它的硬件訪問(wèn)能力較弱，對(duì)硬件配置要求和操作系統(tǒng)的依賴性較強(qiáng)，這是限制它在控制領(lǐng)域應(yīng)用的重要原因。2.1.2 C+程序設(shè)計(jì)研究C+語(yǔ)言是一種優(yōu)秀的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，它在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，但它比C語(yǔ)言更容易為人們學(xué)習(xí)和掌握。C+以其獨(dú)特的語(yǔ)言機(jī)制在計(jì)算機(jī)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用7。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思

23、想是在原來(lái)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上的一個(gè)質(zhì)的飛躍，C+完美地體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮母鞣N特性。 C+的設(shè)計(jì)目標(biāo)，就是要讓C+既具有適合于系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的C語(yǔ)言所具有的可適應(yīng)性和高效性，又能在其程序組織結(jié)構(gòu)方面具有面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)風(fēng)格。C+所提供的抽象機(jī)制能夠被應(yīng)用于那些對(duì)效率和可適應(yīng)性具有極高要求的程序設(shè)計(jì)任務(wù)之中。C+的設(shè)計(jì)規(guī)則被分為基本規(guī)則、基于設(shè)計(jì)的規(guī)則、語(yǔ)言的技術(shù)性規(guī)則以及基于低層次程序設(shè)計(jì)的規(guī)則四個(gè)方面。基本規(guī)則強(qiáng)調(diào)適用于真實(shí)世界中各種應(yīng)用的便捷工具，并充分考慮程序員的技術(shù)和取向。從一開(kāi)始，C+面向的就是那些要做實(shí)際項(xiàng)目的程序員。在語(yǔ)言的演化過(guò)程中，來(lái)自用戶的反饋和語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)者們積累的經(jīng)驗(yàn)才是最

24、為重要的。由基于設(shè)計(jì)的規(guī)則，C+的一個(gè)目標(biāo)就是提供更易用并具有一定承受能力的設(shè)計(jì)思想和程序設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)一步提高程序的質(zhì)量。然而，C+的設(shè)計(jì)目標(biāo)總還是在于要支持一定范圍內(nèi)的各種程序設(shè)計(jì)風(fēng)格和設(shè)計(jì)思想。語(yǔ)言的技術(shù)性規(guī)則要具體結(jié)合更多關(guān)于基本目標(biāo)的上下文環(huán)境來(lái)考慮。在維護(hù)一個(gè)較龐大的程序時(shí)，一個(gè)程序員不可避免的會(huì)基于某些不完整的知識(shí)來(lái)對(duì)程序作一些修改，只關(guān)注全部程序代碼中的一小部分。基于此，C+提供了class、namespace和訪問(wèn)控制，使設(shè)計(jì)決策的各異化成為可能。由基于低層次程序設(shè)計(jì)的規(guī)則，在C+的設(shè)計(jì)中只要在不嚴(yán)重影響其對(duì)強(qiáng)型別檢查的支持的地方，都盡量做到與C的“source-link”方式

25、相兼容。C+與C的兼容性使得C+程序員立刻就能有一個(gè)完整的語(yǔ)言和工具集可用。還有兩點(diǎn)也很重要，一是有大量關(guān)于C的高質(zhì)量的教學(xué)素材已經(jīng)存在，二是C+程序員可以利用C+與C的兼容性而直接并有效的使用大量現(xiàn)成的程序庫(kù)8。C+是一種傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言。編寫的程序具有代碼精煉、執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它提供了豐富的硬件數(shù)據(jù)訪問(wèn)能力。如開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集、定時(shí)控制等功能，C+是理想的選擇。關(guān)于C+與Visual Basic集成的問(wèn)題，這兩種語(yǔ)言不能混合編程，C+代碼不能直接嵌入到Visual Basic，反之亦然。2.1.3 軟件設(shè)計(jì)方案選擇 由于本次設(shè)計(jì)要求對(duì)汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的各路信號(hào)進(jìn)行采集并處理，但Visu

26、al Basic的硬件訪問(wèn)能力較弱，對(duì)硬件配置要求和操作系統(tǒng)的依賴性較強(qiáng)，不適合作為本次設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。而C+編寫的程序具有代碼精煉、執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它提供了豐富的硬件數(shù)據(jù)訪問(wèn)能力。對(duì)于本次數(shù)據(jù)采集顯示類型的界面設(shè)計(jì)，C+是理想的選擇。故選擇C+作為本次設(shè)計(jì)的界面編程語(yǔ)言。2.2 通信方式論證與外界的信息交換稱為通信，基本的通信方式有并行通信和串行通信兩種。一條信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通信方式稱為并行通信。并行通信的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高，且只適用于近距離（相距數(shù)米）的通信。在監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機(jī)要同時(shí)接收下位機(jī)的多路

27、信號(hào)，采用并行通信是行不通的。本設(shè)計(jì)采用另一種通信方式，即串行通信方式。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通信方式稱為串行通信。串行通信的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。本設(shè)計(jì)著重研究串行通信方式。異步串行通信示如圖1 所示：圖1 異步串行通信示意圖2.2.1 串行通信基本概念根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳送但不能同時(shí)雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時(shí)雙向傳送則稱為全雙工9。如圖2所示：-A-BA-BA-B Add to Project

28、- Components and Control插入即可，再將該控件從工具箱中拉到對(duì)話框中。此時(shí)，你只需要關(guān)心控件提供的對(duì) Windows 通訊驅(qū)動(dòng)程序的 API 函數(shù)的接口。換句話說(shuō)，只需要設(shè)置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件。在ClassWizard中為新創(chuàng)建的通信控件定義成員對(duì)象（CMSComm m_Serial），通過(guò)該對(duì)象便可以對(duì)串口屬性進(jìn)行設(shè)置。打開(kāi)所需串口后，需要考慮串口通信的時(shí)機(jī)。在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中，可能需要監(jiān)視并響應(yīng)一些事件和錯(cuò)誤，所以事件驅(qū)動(dòng)是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。2.3.2 在單線程中實(shí)現(xiàn)自定義的串口通信類控件簡(jiǎn)單易用，但由于必須拿到對(duì)話框中使用

29、，在一些需要在線程中實(shí)現(xiàn)通信的應(yīng)用場(chǎng)合，控件的使用顯得捉襟見(jiàn)肘。此時(shí)，若能夠按不同需要定制靈活的串口通信類將彌補(bǔ)控件的不足。該通信類CSimpleComm需手動(dòng)加入頭文件與源文件，其基類為CObject，大致建立步驟如下：1) 打開(kāi)串口，獲取串口資源句柄通信程序從CreateFile處指定串口設(shè)備及相關(guān)的操作屬性。再返回一個(gè)句柄，該句柄將被用于后續(xù)的通信操作，并貫穿整個(gè)通信過(guò)程。對(duì)于dwFlagAndAttribute參數(shù)，對(duì)串口有意義的值是FILE_FLAG_OVERLAPPED，該標(biāo)志表明串口采用異步通信模式，可進(jìn)行重疊操作；若值為NULL，則為同步通信方式，在同步方式下，應(yīng)用程序?qū)⑹冀K控

30、制程序流，直到程序結(jié)束，若遭遇通信故障等因素，將導(dǎo)致應(yīng)用程序的永久等待，所以一般多采用異步通信。2)串口設(shè)置串口打開(kāi)后，其屬性被設(shè)置為默認(rèn)值，根據(jù)具體需要，讀取當(dāng)前串口設(shè)備控制塊DCB設(shè)置，修改后將其寫入。再需注意異步讀寫的超時(shí)控制設(shè)置，通過(guò)COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)設(shè)置超時(shí)，調(diào)用SetCommTimeouts(hComm,&timeouts)將結(jié)果寫入。3）串口讀寫操作主要運(yùn)用ReadFile（）與WriteFile（）API函數(shù)，若為異步通信方式，兩函數(shù)中最后一個(gè)參數(shù)為指向OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的非空指針，在讀寫函數(shù)返回值為FALSE的情況下，調(diào)用GetLastError（）函數(shù)，返回

31、值為ERROR_IO_PENDING，表明I/O操作懸掛，即操作轉(zhuǎn)入后臺(tái)繼續(xù)執(zhí)。定義全局變量m_Serial作為新建通信類CSimpleComm的對(duì)象，通過(guò)調(diào)用類的成員函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)所需串行通信功能。與上一方法相比，這種方法賦予串行通信程序設(shè)計(jì)較大的靈活性，端口的讀寫可選擇較簡(jiǎn)單的查詢式，或通過(guò)設(shè)置與外設(shè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隔TimeCycle相同的定時(shí)器：SetTimer (1,TimeCycle,NULL)，進(jìn)行定時(shí)讀取或發(fā)送。2.3.3 多線程下實(shí)現(xiàn)串行通信前兩種方法適用于單線程通信。在很多工業(yè)控制系統(tǒng)中，常通過(guò)擴(kuò)展串口連接多個(gè)外設(shè)，各外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)的重復(fù)頻率不同，要求后臺(tái)實(shí)時(shí)無(wú)差錯(cuò)捕捉，采集，處

32、理，記錄各端口數(shù)據(jù)，這就需要在自定義的串行通信類中創(chuàng)建端口監(jiān)視線程，以便在指定的事件發(fā)生時(shí)向相關(guān)的窗口發(fā)送通知消息。線程是程序執(zhí)行流的最小單元。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID，當(dāng)前指令指針(PC)，寄存器集合和堆棧組成。另外，線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位，線程自己不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源，但它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤消另一個(gè)線程，同一進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。 線程是程序中一個(gè)單一的順序控制流程。在單個(gè)程序中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)線程完成不同的工作，稱為多線程。Windows內(nèi)部的搶先調(diào)度程序在活動(dòng)的線

33、程之間分配CPU時(shí)間，Win 32 區(qū)分兩種不同類型的線程，一種是用戶界面線程UI,它包含消息循環(huán)或消息泵，用于處理接收到的消息；另一種是工作線程，它沒(méi)有消息循環(huán)，用于執(zhí)行后臺(tái)任務(wù)。用于監(jiān)視串口事件的線程即為工作線程。多線程通信類的編寫在端口的配置，連接部分與單線程通信類相同，在端口配置完畢后，最重要的是根據(jù)實(shí)際情況，建立多線程之間的同步對(duì)象。用PostMessage()向指定窗口的消息隊(duì)列發(fā)送通知消息，相應(yīng)地，需要在該窗口建立消息與成員函數(shù)間的映射，用ON_MESSAGE將消息與成員函數(shù)名關(guān)聯(lián)。BEGIN_MESSAGE_MAP (CSampleView, CView)/AFX_MSG_MA

34、P(CSampleView)ON_MESSAGE(ID_COM1_DATA, OnProcessCom1Data)ON_MESSAGE(ID_COM2_DATA, OnProcessCom2Data)./AFX_MSG_MAPEND_MESSAGE_MAP()然后在各成員函數(shù)中完成對(duì)各串口數(shù)據(jù)的接收處理，但必須保證在下一次監(jiān)測(cè)到有數(shù)據(jù)到來(lái)之前，能夠完成所有的中間處理工作。否則將造成數(shù)據(jù)的捕捉錯(cuò)誤。多線程的實(shí)現(xiàn)可以使得各端口獨(dú)立，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)串行通信，使串口通信具有更廣泛的靈活性與嚴(yán)格性，且充分利用了CPU時(shí)間。2.3.4串行通信方案選擇綜上所述，以VC+ 6.0 為工具，實(shí)現(xiàn)串行通信的三種方法各

35、有利弊?？丶绞诫m簡(jiǎn)單易用，但由于必須拿到對(duì)話框中使用，限制了其應(yīng)用性，在本次設(shè)計(jì)中不能完成多模塊數(shù)據(jù)接收功能；在單線程中實(shí)現(xiàn)自定義的串口通信類雖然較控件方式靈活，但仍只是用于單線程通信；汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控界面要求同時(shí)采集四個(gè)模塊的數(shù)據(jù)（包括電壓巡檢模塊、溫度檢測(cè)模塊、熱電轉(zhuǎn)換模塊、DCDC模塊），因此多線程下的串行通信方式是最佳選擇方案。3監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)3.1 主監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要完成監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)，首先考慮界面設(shè)計(jì)。Visual C+是一種可視化設(shè)計(jì)工具，用所見(jiàn)即所得的方式設(shè)計(jì)軟件的界面。在Visual C+集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中新建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)EXE項(xiàng)目，向環(huán)境提供的空白窗體中添加Active

36、X控件并調(diào)整它們的外觀位置和屬性就能完成界面設(shè)計(jì)。不過(guò)這時(shí)完成的界面是一種靜止界面，不能對(duì)各種事件做出合理的反應(yīng)，因而無(wú)法正常工作，讓程序工作起來(lái)是代碼設(shè)計(jì)的任務(wù)。對(duì)事件進(jìn)行相應(yīng)處理是Visual C+代碼設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。如果說(shuō)窗體設(shè)計(jì)考慮的是“程序看起來(lái)是什么樣子”，代碼設(shè)計(jì)時(shí)考慮的就是“發(fā)生某事件后程序該怎么辦”。 Visual C+激活的事件類型非常豐富，包括各種鍵盤、時(shí)鐘、鼠標(biāo)、系統(tǒng)等事件，代碼的任務(wù)是為這些事件規(guī)定計(jì)算機(jī)應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)作，以滿足控制的需要。3.1.1 外觀設(shè)計(jì)主界面要求顯示供選擇的控件，點(diǎn)擊其一是完成對(duì)上位機(jī)與下位機(jī)通信的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊另一個(gè)是進(jìn)入監(jiān)控子界面。選擇Fi

37、leNew，彈出“New”對(duì)話框。在“工程”下選擇“MFC AppWizardexe”，工程圖5 新建工程名命為“Converse”。如圖5示。點(diǎn)擊確定后在第一步中選擇“一般對(duì)話框”，點(diǎn)擊“完成”則建立了一個(gè)對(duì)話框。如圖6所示：圖6 建立對(duì)話框右鍵點(diǎn)擊對(duì)話框，在屬性設(shè)置中將對(duì)話框明名為“汽車尾氣余熱熱電轉(zhuǎn)換監(jiān)控系統(tǒng)”。如圖7所示：圖7 對(duì)話框?qū)傩栽O(shè)置向?qū)υ捒蛑刑砑影粹o，分別命名為“測(cè)試界面”和“系統(tǒng)設(shè)置”。如此，則完成了主界面的外觀設(shè)計(jì)。如圖8示：圖8主界面對(duì)話框3.1.2 程序設(shè)計(jì)雙擊“測(cè)試界面”按鈕，則轉(zhuǎn)入程序設(shè)計(jì)，我們需要將此按鈕與監(jiān)控界面對(duì)話框聯(lián)系，并打開(kāi)串口。雙擊“系統(tǒng)測(cè)試”按鈕，則

38、轉(zhuǎn)入系統(tǒng)設(shè)置子界面，須將此按鈕與系統(tǒng)設(shè)置對(duì)話框相聯(lián)系。要完成此功能，具體程序見(jiàn)附錄。其中，當(dāng)點(diǎn)擊“測(cè)試界面”時(shí)，將運(yùn)行的主要程序如下12：void CConverseDlg:OnButtonMonitor() / TODO: Add your control notification handler code hereCString strPort;strPort.Format(COM%d,m_port);hCom=CreateFile(strPort,GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING,0,/FILE_FLAG_OVERLAPPED

39、,NULL); /打開(kāi)一個(gè)通訊端口if(hCom=INVALID_HANDLE_VALUE)MessageBox(串口不存在或被其它應(yīng)用程序占用!,提示,MB_OK);return; /最小化主窗口/ShowWindow(SW_MINIMIZE);/創(chuàng)建監(jiān)控窗口CMonitorDlg dlg;dlg.DoModal();當(dāng)點(diǎn)擊“系統(tǒng)設(shè)置”時(shí)，運(yùn)行的主要程序如下：void CConverseDlg:OnButtonSet() / TODO: Add your control notification handler code hereCSetDlg m_dlg;m_dlg.DoModal();3

40、.2 系統(tǒng)設(shè)置子系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 外觀設(shè)計(jì)上位機(jī)要與下位機(jī)之間進(jìn)行異步通信，必須要有共同的通信協(xié)議，包括串口選擇、波特率和幀格式等。因此，在界面的外觀上必須包含以上參數(shù)對(duì)象，其中，串口選擇以單選按鈕的形式供四選一，波特率和幀格式以組合框的形式供用戶選擇。當(dāng)設(shè)定這些值后，須確認(rèn)以保存并發(fā)送。除此之外，還要有編輯框形式的提示語(yǔ)句，以提示用戶。在左側(cè)的Converse Resources的Dialog中單擊鼠標(biāo)右鍵，添加Dialog，則添加進(jìn)一個(gè)對(duì)話框。如圖9所示：圖9 新建對(duì)話框?qū)芜x框、組合框、文本框、編輯框、按鈕從控件欄中拖到對(duì)話框中，如圖10所示：圖10 添加控件設(shè)置屬性將其分別命名，完成

41、后界面外觀如圖11所示：圖11 系統(tǒng)設(shè)置子界面對(duì)話框3.2.2 程序設(shè)計(jì)通訊口選擇要求用戶從四個(gè)串口中選擇一個(gè)，并將結(jié)果賦予主界面程序中的初始值。具體程序見(jiàn)附錄。每個(gè)通信口對(duì)應(yīng)的變量相關(guān)性設(shè)置程序?yàn)椋簐oid CSetDlg:OnRadioButton1() / TODO: Add your control notification handler code heresetcom=1; m_com1.SetCheck(1);m_com2.SetCheck(0);m_com3.SetCheck(0);m_com4.SetCheck(0);GetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)-Se

42、tWindowText(選擇串口1作為接收熱電轉(zhuǎn)換電壓和溫度的通訊口);void CSetDlg:OnRadioButton2() / TODO: Add your control notification handler code heresetcom=2;m_com1.SetCheck(0);m_com2.SetCheck(1);m_com3.SetCheck(0);m_com4.SetCheck(0);GetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)-SetWindowText(選擇串口2作為接收熱電轉(zhuǎn)換電壓和溫度的通訊口);void CSetDlg:OnRadioButton3()

43、 / TODO: Add your control notification handler code heresetcom=3;m_com1.SetCheck(0);m_com2.SetCheck(0);m_com3.SetCheck(1);m_com4.SetCheck(0);GetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)-SetWindowText(選擇串口3作為接收熱電轉(zhuǎn)換電壓和溫度的通訊口);void CSetDlg:OnRadioButton4() / TODO: Add your control notification handler code heresetcom=4;

44、m_com1.SetCheck(0);m_com2.SetCheck(0);m_com3.SetCheck(0);m_com4.SetCheck(1);GetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)-SetWindowText(選擇串口4作為接收熱電轉(zhuǎn)換電壓和溫度的通訊口);選擇通信串口時(shí)，若未進(jìn)行人為選擇，則默認(rèn)選擇串口四，相應(yīng)輸出為“0001”。對(duì)輸入進(jìn)行查詢，若選擇COM1，則相應(yīng)輸出為“1000”，以此相同的方式依次進(jìn)行查詢。程序流程圖如圖12所示： 圖12 串口選擇程序流程圖當(dāng)光標(biāo)位于波特率設(shè)置組合框上時(shí)，須向用戶提供提示信息：void CSetDlg:OnSetfocusCo

45、mboBps() / TODO: Add your control notification handler code hereGetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)-SetWindowText(選擇接收數(shù)據(jù)的波特率，必須與下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率相同，否則無(wú)法正常接收，甚至?xí)斐蓛?nèi)存錯(cuò)誤);當(dāng)光標(biāo)位于幀設(shè)置組合框上時(shí)，須向用戶提供提示信息：void CSetDlg:OnSetfocusComboFrame() / TODO: Add your control notification handler code hereGetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)-SetW

46、indowText(選擇接收數(shù)據(jù)的禎格式);當(dāng)串口、波特率和幀格式設(shè)置完畢以后，確認(rèn)按鈕要完成保存設(shè)置的功能，具體程序如下：void CSetDlg:OnOK() / TODO: Add extra validation hereUpdateData(TRUE);CConverseDlg *m_dlg=(CConverseDlg*)AfxGetMainWnd();CString str_bps;/端口m_dlg-m_port=setcom;/協(xié)議信息if(m_ctrlframe.GetCurSel()=0)m_dlg-m_protocal.Format(45字節(jié)格式);elsem_dlg-m_

47、protocal.Format(19字節(jié)格式);/波特率信息m_ctrlbps.GetLBText(m_ctrlbps.GetCurSel(),str_bps);CDialog:OnOK();當(dāng)點(diǎn)擊“恢復(fù)默認(rèn)值”時(shí)對(duì)參數(shù)選擇默認(rèn)參數(shù)，程序如下：void CSetDlg:OnButtonReset() / TODO: Add your control notification handler code heresetcom=1; m_com1.SetCheck(1);m_com2.SetCheck(0);m_com3.SetCheck(0);m_com4.SetCheck(0);m_ctrlbp

48、s.SetCurSel(1);m_ctrlframe.SetCurSel(1);UpdateData(FALSE);GetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)-SetWindowText(已恢復(fù)為默認(rèn)值);3.3 系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1 外觀設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)控子界面要求對(duì)28路熱電小模塊轉(zhuǎn)換電壓進(jìn)行巡檢，對(duì)傳輸線路的6個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試采樣并顯示，還要整個(gè)對(duì)熱電模塊的總的輸出電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)并顯示、對(duì)DCDC轉(zhuǎn)換的輸出電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)并顯示。點(diǎn)擊檢測(cè)按鈕，則下位機(jī)開(kāi)始將各路信號(hào)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)并顯示在監(jiān)控界面上。點(diǎn)擊結(jié)束檢測(cè)則下位機(jī)停止發(fā)送數(shù)據(jù)。在左側(cè)的Converse Resou

49、rces的Dialog中單擊鼠標(biāo)右鍵，添加Dialog，則添加進(jìn)一個(gè)對(duì)話框，將文本框、編輯框、按鈕從控件欄中拖到對(duì)話框中，設(shè)置屬性將其分別命名，完成后界面外觀如圖13所示：圖13 熱電監(jiān)測(cè)子界面對(duì)話框3.3.2 程序設(shè)計(jì)要把下位機(jī)的數(shù)據(jù)顯示在編輯框中，就需要對(duì)編輯框進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)行控件與變量的相關(guān)性設(shè)置。當(dāng)點(diǎn)擊“自動(dòng)監(jiān)測(cè)”按鈕，則開(kāi)始執(zhí)行下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信，將下位機(jī)傳至上位機(jī)的數(shù)據(jù)賦予與各路信號(hào)編輯框所相關(guān)聯(lián)的變量，這樣就可將變量值顯示于編輯框中。此外還要將時(shí)間顯示在編輯框之中。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，我們才能選擇正確的數(shù)據(jù)傳輸格式。在串行通信中，上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸都是以

50、幀的格式來(lái)傳輸?shù)?。?shù)據(jù)幀是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)的一個(gè)數(shù)據(jù)單元，在傳輸時(shí)，將若干幀數(shù)據(jù)打包進(jìn)行傳輸。當(dāng)接收方收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，會(huì)將其解包，然后解讀并驗(yàn)證數(shù)據(jù)，如果不是，會(huì)丟棄掉這個(gè)數(shù)據(jù)包，不會(huì)處理數(shù)據(jù)，如果是，那么就會(huì)處理數(shù)據(jù)，接收后面的數(shù)據(jù)包。一“包”數(shù)據(jù)由三部分組成：包頭、數(shù)據(jù)體、包尾。包頭和包尾用來(lái)封裝數(shù)據(jù)的，當(dāng)規(guī)定好通信雙方一包數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度后，接收方檢測(cè)到幀包的數(shù)據(jù)，就會(huì)開(kāi)始接收一包長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，并對(duì)包尾進(jìn)行檢驗(yàn)，若包頭和包尾都符合雙方協(xié)議，則對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行檢驗(yàn)13。數(shù)據(jù)體中包含校驗(yàn)數(shù)據(jù)，將各實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)依次與前一個(gè)相異或最后得到的就是校驗(yàn)值。接收方接收到數(shù)據(jù)之后，就將數(shù)據(jù)體的各數(shù)據(jù)依次與前一數(shù)

51、據(jù)相異或，將得到的結(jié)果與校驗(yàn)值相比較，若相同則說(shuō)明數(shù)據(jù)傳輸正確，否則傳輸出錯(cuò)。 在監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)中，上位機(jī)要同時(shí)接收共42路信號(hào)數(shù)據(jù)，每路信號(hào)用一個(gè)字節(jié)來(lái)傳輸，再加上包頭、包尾、校驗(yàn)數(shù)據(jù)各一個(gè)字節(jié)，可得本串口通信的幀格式應(yīng)該為45字節(jié)幀。具體程序見(jiàn)附錄。當(dāng)點(diǎn)擊“自動(dòng)檢測(cè)按鈕”時(shí)運(yùn)行程序如下：void CMonitorDlg:OnButtonAuto() / TODO: Add your control notification handler code hereif(!autocheck)m_buttonauto.SetWindowText(停 止);autocheck=!autocheck

52、;elsem_buttonauto.SetWindowText(自動(dòng)監(jiān)測(cè));autocheck=!autocheck;當(dāng)開(kāi)始接收數(shù)據(jù)運(yùn)行程序如下：BOOL CMonitorDlg:OnInitDialog() CDialog:OnInitDialog();/ TODO: Add extra initialization here/初始化參數(shù)for(int i=0;i28;i+)Vi=0.00000f;for(i=0;im_protocal.Left(2); bittemp.resize(arraynum);/最大化窗口SetWindowPos(&wndTopMost,0,0,1,1,SWP_N

53、OMOVE|SWP_NOSIZE);/串口CloseHandle(m_dlg-hCom);/利用SerialPort類設(shè)置串口參數(shù)if(m_SerialPort.InitPort(this,m_dlg-m_port,m_dlg-bitfreq,N,8,1,EV_RXFLAG|EV_RXCHAR,1024)m_SerialPort.StartMonitoring();m_bSerialPortOpened=TRUE;elseAfxMessageBox(沒(méi)有發(fā)現(xiàn)此串口或串口被占用);m_bSerialPortOpened=FALSE;/顯示時(shí)間m_timer1=SetTimer(1,1000,0);return TRUE; / return TRUE unless you set the focus to a control/ EXCEPTION: OCX Property Pages should return FALSE接收數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，首先讀取下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的首字節(jié)，若為“0 xaa”，則接收45字節(jié)數(shù)據(jù)；否則，讀取下一字節(jié)，直到檢測(cè)到“0 xaa”，接收45字節(jié)數(shù)據(jù)。對(duì)接收的45字節(jié)數(shù)據(jù)最后一字節(jié)進(jìn)