基于VB的工控机数据采集系统的设计_宁贻瑞

软件开发与设计SOFTWARE DEVELOPMENT AND DESIGN基于VB的工控机数据采集系统的设计宁贻瑞（内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司计划部，内蒙古通辽029200）摘要：基于VB的工控机数据采集系统所涉及范围和专业较多，不仅涉及到电气专业还有软件工程专业，如何实现工控机数据采集是自动化工程中亟待解决的问题，本文的目的是研究设计基础，提供参考，并不能完整和面面具到，主要探讨基于VB的工控机数据采集系统的设计。

关键词：VB；工控机；数据采集系统；设计The Design of the Industrial Computer Data Acquisition System Basedon the VBNING Yi-rui(Inner Mongolia Huo-linhe Open Coal co.,LTD.Planning Department,Inner Mongolia Tongliao029200,China) Abstract:The industrial computer data acquisition system based on the VB involved in scope and professional more,is notonly related to electrical professional and software engineering,how to realize the industrial computer data acquisition is theautomation engineering problems to be solved,the purpose of this paper is to research design basis,to provide reference,andcan't complete and facial mask to,mainly discusses the VB based on industrial computer data acquisition system design.Key words:VB;Industrial computer;Data acquisition system;design现在市场上有能构成自动数据采集系统的各种功能的芯片及设备出售，也有完全组装好的专用或通用的工业控制机[1]。

在对数据采集系统进行分析，通常，分析根本原因的目的不是判断确切的差错以及如何发生的。

除了重罚一些出错的工程师，这样的信息没有太大的用处，而分析根本原因可以将错误归类。

对于故障注入，可以在根本原因分析中把硬件错误归为3类中的一种：设计，产品或原料。

设计错误是由于错误使用组件，错误理解芯片的局限，不适当的空气流，或者其他诸如“应该/可能知道更好”的故障。

产品错误是由于生产线上的故障引起，例如CPU插入不正确，在震动和摇摆测试中没有通过测试。

原料错误是在组件行为不正确或者失败时出现[1]。

数据集中器以多机通信方式采集数据采集器中的数据，然后进行处理、存储、并通过通信总线与总控制室的系统控制计算机相连。

一个数据集中器可以连接几十个数据采集器。

采集模块/采集终端系统计量（针对脉冲输出表）线或读数（直读表）并通过电力线将表计数据上传给集中器。

1数据采集系统原理数据采集系统也是一种实时系统，这种系统从传感器收集数据，以便后续的处理和分析。

机电一体化控制系统中，以某个模拟量为对象的控制即模拟量控制，如空调机和电冰箱对温度的控制。

通常，进行模拟量控制时，先将速度、位移、温度、压力等被控制的模拟量，按比例变换成与它们对应的电压或电流的模拟量，再进行控制。

模拟量的控制是最基本的控制方式。

尽管模拟量控制的精度不高，但是它的控制电路简单、使用方便，在各种先进的自动化设备或自动机中，仍是常用的控制方式。

传感器数据被放在一个缓冲器中，经过抽取和处理，最后将平均流量水平显示在操作控制台上。

负责对数据处理的过程从缓冲器中取出数据，加工完后发送给显示进程，该显示进程将信息输出到操作员的控制台显示屏上。

在有数据采集和处理的实时系统中，数据采集进程和数据处理进程的运行速度和处理周期可能会不一致。

当数据处理比较复杂时，数据采集比数据处理快得多；当数据处理只涉及简单计算时，数据处理又比数据采集快得多[2]。

2硬件系统设计2.1工控机的基本组成及特点典型工控机系统的组成部分主要包括以下几个部分，如图1所示。

(1)工控机主机。

包括CPU板、显示板、磁盘驱动器板、无源多槽底板、电源和机箱等。

(2)信号采集及控制模板。

该类模块主要实现数据的采集及控制信号的输出，主要包括输Ⅳ输出板、多功能输Ⅳ输出板、运动控制板、计数器/定时器板等。

根据总线的不同，常用信号采集及控模板可分为ISA总线板、PCI总线板、PXI总线板及USB总线板等，可购买后直接插入工控机对应的插槽上使用。

信号采集及控制模块一般完成以下一个或几个功能：模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、运动控制以及计数、定时功能等。

在硬件选择时需要考虑通道的类型及通道数量(模拟量的输入、输出，数字量的输入、输出)、信号输入的方式(差分还是单端输入模式)、分辨率、采样速度及软件与硬件的兼容性等问题。

(3)通信接口模板。

工控机可以通过配置不同的通信模板满足不同的通信要求，包括串行通信接口模板(实现RS--232C、RS-22、RS-485通信)、网络通信模板(实现Ethernet网络通信)及现场总线通信板(用于现场总线的作者简介：宁贻瑞（1960-），男，本科，副总工程师，研究方向：计算机网络设计。

收稿日期：2012-09-16互联)等，通信端口类型及数量可以根据需要灵活选取。

(4)信号调理模块。

工业设备现场产生的电信号不能直接输入IPC ，输入调理模块对工业现场各类输入信号进行预处理，包括对输入信号的隔离、放大、多路转换、信号转换等处理，从而将非标准信号转换为标准信号供IPC 采集。

现场不同量程区段的输入信号可直接连接到信号调理模块的端：子上，信号调理模块将它们转换为0～5V 、0～10V 或4～20mA 等的标准信号，从而满足计算机数据采集卡对输入信号的要求。

数据传输可以采用CAN 总线、LON 总线、PROFIBUS 、Control －Net 总线或RS-85串行通信总线等，通信介质可以利用无线、RS-85、光纤等。

数据也可以通过以太网上传到人机界面平台，用于监测和控制。

按模块的功能来分，远程I/O 模块主要包括热电偶模块、热电阻模块、计数器模块、数字I/O 模块、模拟量I/O 模块等，这些模块均能自主地完成相应的功能，并具有通信功能[3]。

2.2PCI 型采集卡多功能板卡特别适合学校用于构成数据采集与控制实验系统，完成多种测控实验。

PCI 除了用于检测电压外，在许多应用场合，还作为不同设备的识别用，一般用于同一接口需要使用不同的外设，如耳机、UART 和USB 共用同一USB 口时就需要外设的识别，一般需要在专用的接口pin 上留不同的电阻，从而PCI 采用得到不同的电压，进而得到不同的PCI 值，即可容易区分出不同的外设，设计十分灵活、方便。

利用单元测试，可以检查出该实例及其他实例。

手工测试有时会漏掉一千实例，而自动测试却不会出现这种情况。

后来，为文档模型和编辑动作编写了单元测试。

编写单元测试，可避免重新引入错误，并确保指定功能的实现。

曾设想为发现的每个错误编写一个单元测试，但事实证明，这是一项繁杂的工作，大多数程序错误都是GUI 相关的，GUI 代码的单元测试通常都很困难，例如，若绘制的插入符号高出基线3像素，则认为是一个绘制错误，但现在只能通过视觉确认这种错误类型。

虽然如此，还是尽可能地扩展单元测试代码，使SharpDevelop 更为健壮，即便重新构造代码，也可给出一个安全附加层。

2.3模拟和数字输入电路（1）调试接口调试接口一般指JTAG （Joint Test Action Group ，边界扫描接口）[2]，主要适用于产品的研发阶段，研发结束，非特殊情况，这个接口一般没有用处。

JTAG 是一个很常见的接口，所有以ARM 核的系统芯片几乎都有，各种系统芯片的JATG都差不多，主要差异在于主处理器是ARM7，还是AMR9，现在几乎都是ARM9的，也还有少数ARM7的。

（2）程序下载接口程序下载一般使用USB 、UART 数据口，也可以使用前面介绍的JATG 进行程序下载。

USB 口为通用标准的数据口，计算机的UART 一般为RS232的，和终端处理器的UART 不能直接连接，需要作电平转换或转USB 口进行。

（3）存储器接口移动通信终端系统的存储器主要有NAND+SDRAM 和NOR+PSRAM 两种MCP 类型，也使用有NOR+PSRAM+NAND的MCP 组合，主要是针对添加多媒体DSP 的应用情况，现在已经没有了。

支持什么存储器接口基本是由系统芯片决定的，支持存储器的容量也是有系统芯片决定的，系统芯片一定所能选择的存储器类型就基本已定了，只是根据自己的应用选择最经济的存储器完成设计。

3软件系统设计3.1模拟电压的读取充电过程中，不只测试电池电压，还需要测试充电器输入端的电压，适合的电压才认为是充电的电源，否则不充电。

3.2VB 对数据库的访问和管理各种数据采集系统所用的数据采集程序如下。

（1）生产厂商为该采集系统编制的专用程序，常用于大型专用系统。

（2）固化的采集程序，常用于小型专用系统。

（3）生产厂商提供的软件工具或白行编制的采集程序，主要用于组合式系统。

从基类CToolBarCtrl 中派生需要的类CstandardBar 。

选择“Insert ”/“New Class...”菜单项，在弹出来的“New Class ”对话框中设置“Class Type ”为“MFC Class ”，在“Class In －fomation ”中的Name 编辑框中键入“CstandardBar ”，然后在“Base Class ”下拉列表框中选择“CtoolBarCtrl ”，最后单击“OK ”按钮。

AddStrings (pString)返回一个字符串的基于0的编号，该值用来连接字符串到按钮上，其中的字符串参数pString 需要两个结束符来表示结尾，必须将字符串写成如下形式：pString="Only one string to add\0"CString 类不能提供这样的功能，因为不可能在CString 中保存超过一个结束符的字符串。

所以，将CString 中的字符串取出，以char 定义的字符串保存，再对该字符串添加一个结束符，做法如下：CString string;string.LoadString (nIndex +IDSTR_TFDJ);//装载字符串资源//取得字符串的长度为了添加一个结束符，给长度加1int nStringLength =string.GetLength ()+1;TCHAR*pString=string.GetBufferSetLength(nStringLength);//按增加后的长度返回字符串pString [nStringLength]=0;3.3报表的输出用缺陷去除模式分析在每个阶段被注入的（或被创建的）图1工控机的基本组成关开测待压力传感器位移传感器m Ω电阻表信号处理数据采集工控机显示器键盘鼠标打印机（下转到36页）通过数据总线或者点对点的数据接口实现数据的交换。