汽車尾氣余熱熱電轉(zhuǎn)換監(jiān)控軟件設(shè)計與開發(fā)——畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　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連接器連接汽車電池的輸入端。汽車發(fā)動機(jī)工作時，通過后排氣管排放高熱量的尾氣，能量轉(zhuǎn)換器吸收熱能

2、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。</p><p>　　在尾氣余熱發(fā)電裝置內(nèi)由兩種金屬組成的回路中，如果兩個接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生溫度差，金屬電子的狀態(tài)會發(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，將尾氣中含有的熱量轉(zhuǎn)化為汽車動力來源，采用這種裝置后，預(yù)計可將汽車燃油經(jīng)濟(jì)性提高10％，

3、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)動行駛的動力。</p><p>　　開發(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

4、水之間的溫度差發(fā)電，充分利用和回收熱量，提高熱效率。 </p><p>　　熱電轉(zhuǎn)換模塊是整個汽車尾氣余熱發(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DC—DC升壓、儲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

5、率。</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　　隨著人們生活水平的提高，人們在交通出行上對汽車的依賴程度越來越大，而全球汽車數(shù)量的不斷增加，給世界環(huán)境帶來的危害也越來越嚴(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。</p&

6、gt;<p>　　在汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)階段，需要對系統(tǒng)的各功能模塊進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并采集各路信號的參數(shù)，傳至上位機(jī)供設(shè)計人員進(jìn)行分析優(yōu)化，因此，就必須有一個完善的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，來完成各功能模塊和上位機(jī)之間的通信。</p><p>　　首先需要上位機(jī)通過監(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)的指令開始運(yùn)行，同時將運(yùn)行中各路信號進(jìn)行采集并傳輸至上位機(jī)，實(shí)時顯示在監(jiān)控界面上，這樣研究人

7、員表可以清楚的看到整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，根據(jù)異常信號分析故障、完善系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.3 發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　1.3.1 余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　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)移動時，所產(chǎn)生電流或電荷堆

8、積的一種現(xiàn)象。而這個效應(yīng)的大小，則是用參數(shù)Q來測量，其定義為Q=E/-dT(E為因電荷堆積產(chǎn)生的電場，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，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。</p><p>　　這項(xiàng)技術(shù)由起步到如今也經(jīng)歷了漫長的發(fā)展階段。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)展至今已有半個多世紀(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睢?

9、lt;/p><p>　　十九世紀(jì)六十年代，人類便開始了征服太空的計劃。從1969年的登月計劃到2001年的火星探測，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達(dá)二十年以上的連續(xù)不斷的電能，這是其它任何一種能源技術(shù)所不能比擬的。美國登月計劃中“阿波羅”17號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

10、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)用于美國國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，其中最長的工作時間超過了15年。</p><p>　　美國熱電直接轉(zhuǎn)換方面處于世界的領(lǐng)先地位，美國能源部、國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。</p><p>

11、;　　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，加熱結(jié)點(diǎn)，在另兩端就能得到電動勢。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。</p><p>　　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，電子將從金屬表面被蒸發(fā)出來。最簡單的熱離

12、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，熱源可以使用太陽能、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（熱輻射正比于絕對溫度的四次方）。體積小，相對可靠的熱離子轉(zhuǎn)換器已在空間運(yùn)行器上使用。</p><p>　　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

13、大改變來進(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，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）。</p><p>　　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)電場能代替了靜電場能。&

14、lt;/p><p>　　因?yàn)闊犭娹D(zhuǎn)換有巨大的實(shí)用價值，已有的幾種熱電轉(zhuǎn)換裝置的性能和價格還不能滿足要求，所以科技人員仍在不斷努力的尋找更有效更簡便的熱電轉(zhuǎn)換裝置。</p><p>　　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)簡單和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，效率可達(dá)30%。</p><p&

15、gt;　　1.3.2 監(jiān)控軟件發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　監(jiān)控軟件經(jīng)過長期的發(fā)展，目前主要有VB、VC、組態(tài)王、Lab VIEW等。其中VB和VC++因簡便熟悉而較廣泛使用，另外兩種是集成化的監(jiān)控軟件。</p><p>　　組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。</p><p>　　它具有

16、適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。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)時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Wind

17、ows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實(shí)時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。</p><p>　　Lab VIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVI

18、EW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 </p><p>　　與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(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，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。 </p>

19、;<p>　　LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語言的開發(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)的庫函數(shù)。這

20、是一個功能強(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程都生動有趣。 </p><p>　　圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，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、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個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

21、系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。 </p><p>　　利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的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。 </p><p>　　它主要的方便就是，一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀

22、器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件?，F(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)。</p><p>　　1.3.3 界面設(shè)計方法發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　界面的說法以往常見的是在人機(jī)工程學(xué)中?！叭藱C(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)計存在于人與物的信息交流[1]。“人”是設(shè)計界面的一個方面，是認(rèn)識的主

23、體和設(shè)計服務(wù)的對象，而作為對象的“物”則是設(shè)計界面的另一個方面。它是包含著對象實(shí)體、環(huán)境及信息的綜合體。</p><p>　　功能性設(shè)計界面，接受物的功能信息，操縱與控制物，同時也包括與生產(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)計與人造物的協(xié)調(diào)作用。功能性界面設(shè)計要建立在符號學(xué)的基礎(chǔ)上。設(shè)計功能界面，不可避免地要讓使用者明白功能操作。每一操作對人來說應(yīng)是符合思維邏輯的，是人性的，而對機(jī)械、電子來

24、說則應(yīng)是準(zhǔn)確的、確定無疑的，這雙方的信息傳遞是功能界面的核心內(nèi)涵[2]。</p><p>　　監(jiān)控界面的設(shè)計屬于功能性界面設(shè)計，本文一下研究功能性界面設(shè)計的方法。首先要明確界面設(shè)計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)，直至對每個任務(wù)的表達(dá)都十分清楚；面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)，識別出與應(yīng)用有關(guān)的所有客觀的對象以及與對象關(guān)聯(lián)的動作[3]。</p><p>

25、　　在界面設(shè)計過程中，要經(jīng)過下面幾個步驟：</p><p>　　步驟一：建立任務(wù)的目標(biāo)和意圖；</p><p>　　步驟二：為每個目標(biāo)和意圖制定特定的動作序列；</p><p>　　步驟三：按在界面上執(zhí)行的方式對動作序列進(jìn)行規(guī)約；</p><p>　　步驟四：指明系統(tǒng)狀態(tài)，即執(zhí)行動作時的界面表現(xiàn)；</p><p>　　

26、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)備和動作；</p><p>　　步驟六：指明控制機(jī)制如何影響系統(tǒng)狀態(tài)；</p><p>　　步驟七：指明用戶如何通過界面上的信息解釋系統(tǒng)狀態(tài)。</p><p>　　在界面設(shè)計過程中，必須遵循界面設(shè)計的一般應(yīng)原則[4]，其主要原則主要包括以下五點(diǎn)：</p><p><b>　　1）向?qū)?/p>

27、使用原則</b></p><p>　　對于應(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個處理步驟。</p><p><b>　　2）響應(yīng)時間原則</b></p><p>　　系統(tǒng)響

28、應(yīng)時間包括兩個方面：時間長度和時間的易變性。用戶響應(yīng)時間應(yīng)該適中，系統(tǒng)響應(yīng)時間不應(yīng)過長或過短，系統(tǒng)響應(yīng)時間的易變性是指相對于平均響應(yīng)時間的偏差。即使響應(yīng)時間比較長，低的響應(yīng)時間易變性也有助于建立穩(wěn)定的節(jié)奏。　　 </p><p><b>　　3）一致性原則</b></p><p>　　在界面設(shè)計中應(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)

29、方法,如在字體、標(biāo)簽風(fēng)格、顏色、術(shù)語、顯示錯誤信息等方面確保一致。在同一個應(yīng)用中,這些信息的表現(xiàn)方式不一致,會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?！　?lt;/p><p><b>　　4）布局合理化原則</b></p><p>　　應(yīng)注重在一個窗口內(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。在一個窗口中按tab鍵,移動聚焦的順

30、序不能雜亂無章,tab 的順序是先從上至下，再從左至右。一屏中首先應(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。布局力求簡潔、有序、易于操作。</p><p>　　5）鼠標(biāo)與鍵盤對應(yīng)原則</p><p>　　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、拖動對象等

31、,并不能簡單地用鍵盤來模擬即可實(shí)現(xiàn)。例如在一個列表框中用鼠標(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）。又如在一個窗口中有兩個數(shù)據(jù)窗口,可以用鼠標(biāo)從一個數(shù)據(jù)窗口中將一項(xiàng)拖出然后放到另一個中。假如只用鍵盤,就應(yīng)當(dāng)在菜單中設(shè)置拷貝或移動的菜單項(xiàng)?！?lt;/p><p>　　1.4 本設(shè)計研究內(nèi)容</p><p

32、>　　本設(shè)計要求完成汽車尾氣余熱熱電轉(zhuǎn)換監(jiān)控軟件的設(shè)計。汽車尾氣余熱發(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DC—DC升壓、儲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。</p><p>　　本次設(shè)計主要針對汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的各個模塊，設(shè)計各模塊信號采集及顯示

33、的監(jiān)控軟件。在對軟件設(shè)計的基本概念及原則有一定了解的基礎(chǔ)上，本設(shè)計要仔細(xì)分析監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計需求，選擇合適的設(shè)計方案來完成監(jiān)控軟件顯示及通信的功能。經(jīng)比較分析選擇采用VC++串口通信來實(shí)現(xiàn)通信顯示功能，采用多線程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多路信號同時采集。</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)分為三個界面，主界面軟件提供監(jiān)測與設(shè)置兩種選擇，但只有先對系統(tǒng)進(jìn)行正確的設(shè)置才能正確的監(jiān)測各模塊信號。系統(tǒng)設(shè)置子界面主要完成對通信口、數(shù)據(jù)格式及波特率

34、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。</p><p>　　為了驗(yàn)證軟件能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，要對軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，在設(shè)計的最后是模擬調(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。</p><p><b>　　2設(shè)計方案論證</b></p><p>　　

35、2.1軟件設(shè)計方案論證</p><p>　　對于監(jiān)控軟件的設(shè)計，Win32下的面向?qū)ο蠊ぞ遃isual Basic和C ++能開發(fā)出又保證功能，實(shí)時性又好的監(jiān)控軟件。因此，本設(shè)計對這兩種開發(fā)語言進(jìn)行比較研究。</p><p>　　2.1.1 Visual Basic程序設(shè)計研究</p><p>　　Visual Basic集成開發(fā)環(huán)境帶有一個標(biāo)準(zhǔn)的控件箱，此外Vis

36、ual Basic還提供一個巨大的控件庫，這個控件庫可以滿足絕大多數(shù)常規(guī)程序開發(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)有的控件庫中不曾提供的。Visual Basic可以幫助用戶設(shè)計自己的控件，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)計兩種用戶控件。<

37、;/p><p>　　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，并具有與其它語言和環(huán)境的良好接口。</p><p>　　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的界面和易于理解的操作方式[6]?？刂栖浖诒ＷC實(shí)時性的前提下向圖形化界面靠攏，Visual Basic開發(fā)圖形化和拖放操作的應(yīng)用程序極其方便，是一種優(yōu)秀的界面開發(fā)工具。</

38、p><p>　　但Visual Basic的不足之處在于它的硬件訪問能力較弱，對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。</p><p>　　2.1.2 C++程序設(shè)計研究</p><p>　　C++語言是一種優(yōu)秀的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，它在C語言的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，但它比C語言更容易為人們學(xué)習(xí)和掌握。C++以其獨(dú)特的語言機(jī)制在計算機(jī)科學(xué)的

39、各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[7]。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想是在原來結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法基礎(chǔ)上的一個質(zhì)的飛躍，C++完美地體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮母鞣N特性。 </p><p>　　C++的設(shè)計目標(biāo)，就是要讓C++既具有適合于系統(tǒng)程序設(shè)計的C語言所具有的可適應(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)計風(fēng)格。C++所提供的抽象機(jī)制能夠被應(yīng)用于那些對效率和可適應(yīng)性具有極高要求的程序設(shè)計任務(wù)之中。</p>&l

40、t;p>　　C++的設(shè)計規(guī)則被分為基本規(guī)則、基于設(shè)計的規(guī)則、語言的技術(shù)性規(guī)則以及基于低層次程序設(shè)計的規(guī)則四個方面。</p><p>　　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。從一開始，C++面向的就是那些要做實(shí)際項(xiàng)目的程序員。在語言的演化過程中，來自用戶的反饋和語言實(shí)現(xiàn)者們積累的經(jīng)驗(yàn)才是最為重要的。</p><p>　　由基于設(shè)計的規(guī)則，C++

41、的一個目標(biāo)就是提供更易用并具有一定承受能力的設(shè)計思想和程序設(shè)計技術(shù)，進(jìn)一步提高程序的質(zhì)量。然而，C++的設(shè)計目標(biāo)總還是在于要支持一定范圍內(nèi)的各種程序設(shè)計風(fēng)格和設(shè)計思想。</p><p>　　語言的技術(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)境來考慮。在維護(hù)一個較龐大的程序時，一個程序員不可避免的會基于某些不完整的知識來對程序作一些修改，只關(guān)注全部程序代碼中的一小部分?；诖?，C++提供了class、namesp

42、ace和訪問控制，使設(shè)計決策的各異化成為可能。</p><p>　　由基于低層次程序設(shè)計的規(guī)則，在C++的設(shè)計中只要在不嚴(yán)重影響其對強(qiáng)型別檢查的支持的地方，都盡量做到與C的“source-link”方式相兼容。C++與C的兼容性使得C++程序員立刻就能有一個完整的語言和工具集可用。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

43、序庫[8]。</p><p>　　C++是一種傳統(tǒng)的編程語言。編寫的程序具有代碼精煉、執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時它提供了豐富的硬件數(shù)據(jù)訪問能力。如開發(fā)數(shù)據(jù)采集、定時控制等功能，C++是理想的選擇。</p><p>　　關(guān)于C++與Visual Basic集成的問題，這兩種語言不能混合編程，C++代碼不能直接嵌入到Visual Basic，反之亦然。</p><p>　　

44、2.1.3 軟件設(shè)計方案選擇</p><p>　　由于本次設(shè)計要求對汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的各路信號進(jìn)行采集并處理，但Visual Basic的硬件訪問能力較弱，對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)計的編程語言。而C++編寫的程序具有代碼精煉、執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時它提供了豐富的硬件數(shù)據(jù)訪問能力。對于本次數(shù)據(jù)采集顯示類型的界面設(shè)計，C++是理想的選擇。故選擇C++作為本次設(shè)計的界面編程語言。<

45、;/p><p>　　2.2 通信方式論證</p><p>　　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。</p><p>　　一條信息的各位數(shù)據(jù)被同時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。</p><

46、;p>　　在監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機(jī)要同時接收下位機(jī)的多路信號，采用并行通信是行不通的。</p><p>　　本設(shè)計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)計著重研究串行通信方式。異步串行通信示如圖1 所示：</p>

47、<p>　　圖1 異步串行通信示意圖</p><p>　　2.2.1 串行通信基本概念</p><p>　　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雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時雙向傳送則稱為全雙工[9]。如圖2所示：</p><p>　　圖2 單工、半雙工和全雙工示意圖<

48、/p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)一方面要求上位機(jī)接收下位機(jī)的數(shù)據(jù)，另一方面也要求上位機(jī)可以向下位機(jī)發(fā)送命令，但二者不是同時進(jìn)行的，因此，屬于半雙工的工作方式。</p><p>　　所謂“串行通信”是指外設(shè)和計算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信號線(另外需要地線,可能還需要控制線),數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號線上一位一位地進(jìn)行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。如圖3所示：</p><p>　

49、　圖3 串行通信示意圖</p><p>　　同步是數(shù)據(jù)通信中必需解決的一個重要問題。所謂同步就是要求數(shù)據(jù)的收發(fā)雙方在時間基準(zhǔn)上保持一致。在串行通信中，“異步”是同步收發(fā)雙發(fā)通信的重要方式。在異步串行通信中，每個字符作為一個獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符之間的時間間隔可以是任意的。為了實(shí)現(xiàn)同步，需要在每個字符的第一位前加1位起始位（邏輯1），并在字符的最后一位后加1位、1.5位或2位停止位（邏輯0）。</p>

50、<p>　　2.2.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)包括RS－232、RS－449、V.24、V.35等。其中RS－232是最常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)之一。個人計算機(jī)及終端系統(tǒng)中配備的串行接口幾乎都符合RS－232標(biāo)準(zhǔn)。因此，對于監(jiān)控系統(tǒng)的串行通信接口本設(shè)計也采用RS－232標(biāo)準(zhǔn)[10]。</p><p>　　在數(shù)據(jù)通信中，通常將數(shù)據(jù)終端設(shè)備簡稱為D

51、TE（Data Terminal Equipment），而將數(shù)據(jù)通信設(shè)備簡稱為DCE（Data Circuit Equipment）。DTE是具有一定數(shù)據(jù)處理能力及發(fā)送和接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備，而DCE的主要作用是在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和實(shí)現(xiàn)編碼功能，并且負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接。DTE可以是計算機(jī)或終端，也可以是各種I/O設(shè)備。RS－232的主要內(nèi)容就是定義DTE和DCE之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。</p><

52、;p>　　RS－232使用的連接器包括DB－25、D－15和DB－9等幾種類型，不同類型連接器使用的引腳定義也各不相同。目前，個人計算機(jī)配備的RS－232連接器通常為DB－9，它提供異步串行通信所需要的9個信號，其引腳的排列和信號名稱如圖4所示：</p><p>　　圖4 RS－232在使用DB－9作為連接器時的引腳排列和信號名稱</p><p>　　RS－232采用負(fù)邏輯，邏輯0相

53、當(dāng)于對信號地有＋3～＋15V的電壓，邏輯1相當(dāng)于對信號地有－3～－15V的電壓。在－3V～＋3V的過渡區(qū)，邏輯狀態(tài)不定。RS－232串行口信號分為傳送信號、聯(lián)絡(luò)信號和信號地3類。傳送信號包括TxD（發(fā)送數(shù)據(jù)）和RxD（接收數(shù)據(jù)），它們是經(jīng)由TxD傳送和RxD接收的信息比特流。一個傳送單位由起始位、數(shù)據(jù)位和停止位（有時還包含奇偶校驗(yàn)位）組成。</p><p>　　2.2.3 串口通信的傳輸格式</p>

54、<p>　　串行通信中，線路空閑時，線路的TTL電平總是高，經(jīng)反向RS232的電平總是低。一個數(shù)據(jù)的開始RS232線路為高電平，結(jié)束時RS232為低電平。數(shù)據(jù)總是從低位向高位一位一位的傳輸。 </p><p>　　例如，對于16進(jìn)制數(shù)據(jù)55aaH，當(dāng)采用8位數(shù)據(jù)位、1位停止位傳輸時：</p><p>　　55H=01010101B，加入一個起始位1，一個停止位0，55H的數(shù)據(jù)格

55、式為1010101010B；</p><p>　　aaH=10101010B，加入一個起始位1，一個停止位0，aaH的數(shù)據(jù)格式為1101010100B。</p><p>　　2.2.4串口通信的接收過程</p><p>　　對于異步通信，接收器和發(fā)送器有各自的時鐘；對于同步通信，發(fā)送器和接收器由同一個時鐘源控制[11]。RS232是異步通信，通信過程如下：</

56、p><p>　　1）開始通信時，信號線為空閑（邏輯1）,當(dāng)檢測到由1到0的跳變時，開始對“接收時鐘”計數(shù)?！?lt;/p><p>　　2）當(dāng)計到8個時鐘時，對輸入信號進(jìn)行檢測，若仍為低電平，則確認(rèn)這是“起始位”，而不是干擾信號。</p><p>　　3）接收端檢測到起始位后，隔16個接收時鐘，對輸入信號檢測一次，把對應(yīng)的值作為D0位數(shù)據(jù)。若為邏輯1, 作為數(shù)據(jù)位1；若為邏輯

57、0，作為數(shù)據(jù)位0。</p><p>　　4）再隔16個接收時鐘，對輸入信號檢測一次，把對應(yīng)的值作為D1位數(shù)據(jù)。如此，直到全部數(shù)據(jù)位都輸入。</p><p>　　5）檢測校驗(yàn)位P（如果有的話）。</p><p>　　6）接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位個數(shù)和校驗(yàn)位后,通信接口電路希望收到停止位S(邏輯1)，若此時未收到邏輯1，說明出現(xiàn)了錯誤，在狀態(tài)寄存器中置“幀錯誤”標(biāo)志。若沒有錯

58、誤，對全部數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，無校驗(yàn)錯時，把數(shù)據(jù)位從移位寄存器中送數(shù)據(jù)輸入寄存器。若校驗(yàn)錯，在狀態(tài)寄存器中置奇偶錯標(biāo)志。</p><p>　　7）本幀信息全部接收完，把線路上出現(xiàn)的高電平作為空閑位。</p><p>　　8）當(dāng)信號再次變?yōu)榈蜁r，開始進(jìn)入下一幀的檢測。</p><p>　　2.3 串行通信方案論證</p><p>　　在Wind

59、ows平臺下的串行通信，用Visual C++ 設(shè)計串行通信程序有三種方法。 </p><p>　　在汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中，需要串口進(jìn)行計算機(jī)與外部模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。依據(jù)不同的條件實(shí)現(xiàn)對串口的靈活編程控制是我們所需要的。此外，上位機(jī)需要同時向不同模塊的下位機(jī)采集數(shù)據(jù)，在選擇方案時要充分保證這一點(diǎn)。</p><p>　　Windows下串行通信與以往DOS下串行通信程序不同的是，Wind

60、ows不提倡應(yīng)用程序直接控制硬件，而是通過Windows操作系統(tǒng)提供的設(shè)備驅(qū)動程序來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。串行口在Win 32中是作為文件來進(jìn)行處理的，而不是直接對端口進(jìn)行操作，對于串行通信，Win 32 提供了相應(yīng)的文件I/O函數(shù)與通信函數(shù)，通過了解這些函數(shù)的使用，可以編制出符合不同需要的通信程序。與通信設(shè)備相關(guān)的結(jié)構(gòu)有COMMCONFIG ，COMMPROP，COMMTIMEOUTS，COMSTAT，DCB，MODEMDEVCAPS，MOD

61、EMSETTINGS共7個，與通信有關(guān)的Windows API函數(shù)共有26個，詳細(xì)說明可參考MSDN幫助文件。以下是實(shí)現(xiàn)串行通信的三種方法。</p><p>　　2.3.1使用VC++提供的串行通信控件MSComm</p><p>　　首先，在對話框中創(chuàng)建通信控件，若Control工具欄中缺少該控件，可通過菜單Project --> Add to Project --> Com

62、ponents and Control插入即可，再將該控件從工具箱中拉到對話框中。此時，你只需要關(guān)心控件提供的對 Windows 通訊驅(qū)動程序的 API 函數(shù)的接口。換句話說，只需要設(shè)置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件。</p><p>　　在ClassWizard中為新創(chuàng)建的通信控件定義成員對象（CMSComm m_Serial），通過該對象便可以對串口屬性進(jìn)行設(shè)置。打開所需串口后，需要考慮串口通信的時機(jī)。在

63、接收或發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，可能需要監(jiān)視并響應(yīng)一些事件和錯誤，所以事件驅(qū)動是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。</p><p>　　2.3.2 在單線程中實(shí)現(xiàn)自定義的串口通信類</p><p>　　控件簡單易用，但由于必須拿到對話框中使用，在一些需要在線程中實(shí)現(xiàn)通信的應(yīng)用場合，控件的使用顯得捉襟見肘。此時，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CSimpleCom

64、m需手動加入頭文件與源文件，其基類為CObject，大致建立步驟如下：</p><p>　　1) 打開串口，獲取串口資源句柄</p><p>　　通信程序從CreateFile處指定串口設(shè)備及相關(guān)的操作屬性。再返回一個句柄，該句柄將被用于后續(xù)的通信操作，并貫穿整個通信過程。對于dwFlagAndAttribute參數(shù)，對串口有意義的值是FILE_FLAG_OVERLAPPED，該標(biāo)志表明串

65、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。</p><p><b>　　2)串口設(shè)置</b></p><p>　　串口打開后，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

66、注意異步讀寫的超時控制設(shè)置，通過COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)設(shè)置超時，調(diào)用SetCommTimeouts(hComm,&timeouts)將結(jié)果寫入。</p><p><b>　　3）串口讀寫操作</b></p><p>　　主要運(yùn)用ReadFile（）與WriteFile（）API函數(shù)，若為異步通信方式，兩函數(shù)中最后一個參數(shù)為指向OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的非

67、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)，返回值為ERROR_IO_PENDING，表明I/O操作懸掛，即操作轉(zhuǎn)入后臺繼續(xù)執(zhí)。</p><p>　　定義全局變量m_Serial作為新建通信類CSimpleComm的對象，通過調(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)計較大的靈活性，端口的讀寫可選擇較簡單的查詢式，或通過設(shè)置與外設(shè)數(shù)

68、據(jù)發(fā)送時間間隔TimeCycle相同的定時器：SetTimer (1,TimeCycle,NULL)，進(jìn)行定時讀取或發(fā)送。</p><p>　　2.3.3 多線程下實(shí)現(xiàn)串行通信</p><p>　　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，常通過擴(kuò)展串口連接多個外設(shè)，各外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)的重復(fù)頻率不同，要求后臺實(shí)時無差錯捕捉，采集，處理，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

69、端口監(jiān)視線程，以便在指定的事件發(fā)生時向相關(guān)的窗口發(fā)送通知消息。</p><p>　　線程是程序執(zhí)行流的最小單元。一個標(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，但它可與同屬一個進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。一個線程可以創(chuàng)建和撤消另一個線程，同一進(jìn)程中的多個線程之

70、間可以并發(fā)執(zhí)行。 線程是程序中一個單一的順序控制流程。在單個程序中同時運(yùn)行多個線程完成不同的工作，稱為多線程。</p><p>　　Windows內(nèi)部的搶先調(diào)度程序在活動的線程之間分配CPU時間，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，它沒有消息循環(huán)，用于執(zhí)行后臺任務(wù)。用于監(jiān)視串口事件的線程即為工作線程。</p>

71、<p>　　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象。</p><p>　　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)。</p><p>　　BEGIN_MESSAGE_MAP (CS

72、ampleView, CView)//{{AFX_MSG_MAP(CSampleView)</p><p>　　ON_MESSAGE(ID_COM1_DATA, OnProcessCom1Data)</p><p>　　ON_MESSAGE(ID_COM2_DATA, OnProcessCom2Data)</p><p><b>　　.....</b

73、></p><p>　　//}}AFX_MSG_MAP</p><p>　　END_MESSAGE_MAP()</p><p>　　然后在各成員函數(shù)中完成對各串口數(shù)據(jù)的接收處理，但必須保證在下一次監(jiān)測到有數(shù)據(jù)到來之前，能夠完成所有的中間處理工作。否則將造成數(shù)據(jù)的捕捉錯誤。</p><p>　　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

74、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時間。</p><p>　　2.3.4串行通信方案選擇</p><p>　　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有利弊?？丶绞诫m簡單易用，但由于必須拿到對話框中使用，限制了其應(yīng)用性，在本次設(shè)計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

75、車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控界面要求同時采集四個模塊的數(shù)據(jù)（包括電壓巡檢模塊、溫度檢測模塊、熱電轉(zhuǎn)換模塊、DC\DC模塊），因此多線程下的串行通信方式是最佳選擇方案。</p><p><b>　　3監(jiān)控軟件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 主監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　要完成監(jiān)控軟件設(shè)計的任務(wù)，首先考慮界面設(shè)計。Visual C++是

76、一種可視化設(shè)計工具，用所見即所得的方式設(shè)計軟件的界面。在Visual C++集成開發(fā)環(huán)境中新建一個標(biāo)準(zhǔn)EXE項(xiàng)目，向環(huán)境提供的空白窗體中添加ActiveX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。不過這時完成的界面是一種靜止界面，不能對各種事件做出合理的反應(yīng)，因而無法正常工作，讓程序工作起來是代碼設(shè)計的任務(wù)。</p><p>　　對事件進(jìn)行相應(yīng)處理是Visual C++代碼設(shè)計的主要內(nèi)容。如果說窗體設(shè)計考慮

77、的是“程序看起來是什么樣子”，代碼設(shè)計時考慮的就是“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)定計算機(jī)應(yīng)執(zhí)行的動作，以滿足控制的需要。</p><p>　　3.1.1 外觀設(shè)計</p><p>　　主界面要求顯示供選擇的控件，點(diǎn)擊其一是完成對上位機(jī)與下位機(jī)通信的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊另一個是進(jìn)入監(jiān)控子

78、界面。</p><p>　　選擇File→New，彈出“New”對話框。在“工程”下選擇“MFC AppWizard[exe]”，工程</p><p><b>　　圖5 新建工程</b></p><p>　　名命為“Converse”。如圖5示。</p><p>　　點(diǎn)擊確定后在第一步中選擇“一般對話框”，點(diǎn)擊“完成”則

79、建立了一個對話框。如圖6所示：</p><p><b>　　圖6 建立對話框</b></p><p>　　右鍵點(diǎn)擊對話框，在屬性設(shè)置中將對話框明名為“汽車尾氣余熱熱電轉(zhuǎn)換監(jiān)控系統(tǒng)”。如圖7所示：</p><p>　　圖7 對話框?qū)傩栽O(shè)置</p><p>　　向?qū)υ捒蛑刑砑影粹o，分別命名為“測試界面”和“系統(tǒng)設(shè)置”。如此，

80、則完成了主界面的外觀設(shè)計。如圖8示：</p><p><b>　　圖8主界面對話框</b></p><p>　　3.1.2 程序設(shè)計</p><p>　　雙擊“測試界面”按鈕，則轉(zhuǎn)入程序設(shè)計，我們需要將此按鈕與監(jiān)控界面對話框聯(lián)系，并打開串口。雙擊“系統(tǒng)測試”按鈕，則轉(zhuǎn)入系統(tǒng)設(shè)置子界面，須將此按鈕與系統(tǒng)設(shè)置對話框相聯(lián)系。要完成此功能，具體程序見附

81、錄。</p><p>　　其中，當(dāng)點(diǎn)擊“測試界面”時，將運(yùn)行的主要程序如下[12]：</p><p>　　void CConverseDlg::OnButtonMonitor() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your control notification h

82、andler code here</p><p>　　CString strPort;</p><p>　　strPort.Format("COM%d",m_port);</p><p>　　hCom=CreateFile(</p><p><b>　　strPort,</b></p>

83、<p>　　GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,</p><p><b>　　0,</b></p><p><b>　　NULL,</b></p><p>　　OPEN_EXISTING,</p><p>　　0,//FILE_FLAG_OVERLAPPED,</p

84、><p>　　NULL); //打開一個通訊端口</p><p>　　if(hCom==INVALID_HANDLE_VALUE)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　MessageBox("串口不存在或被其它應(yīng)用程序占用!","提示",MB_OK)

85、;</p><p><b>　　return;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　//最小化主窗口</b></p><p>　　//ShowWindow(SW_MINIMIZE);</p><p><b&

86、gt;　　//創(chuàng)建監(jiān)控窗口</b></p><p>　　CMonitorDlg dlg;</p><p>　　dlg.DoModal();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　當(dāng)點(diǎn)擊“系統(tǒng)設(shè)置”時，運(yùn)行的主要程序如下：</p><p>　　{void CConv

87、erseDlg::OnButtonSet() </p><p>　　// TODO: Add your control notification handler code here</p><p>　　CSetDlg m_dlg;</p><p>　　m_dlg.DoModal();</p><p><b>　　}</b&g

88、t;</p><p>　　3.2 系統(tǒng)設(shè)置子系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　3.2.1 外觀設(shè)計</p><p>　　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

89、之外，還要有編輯框形式的提示語句，以提示用戶。</p><p>　　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)一個對話框。如圖9所示：</p><p><b>　　圖9 新建對話框</b></p><p>　　將單選框、組合框、文本框、編輯框、按鈕從控件欄中拖到對話框中，如圖10所示：&

90、lt;/p><p><b>　　圖10 添加控件</b></p><p>　　設(shè)置屬性將其分別命名，完成后界面外觀如圖11所示：</p><p>　　圖11 系統(tǒng)設(shè)置子界面對話框</p><p>　　3.2.2 程序設(shè)計</p><p>　　通訊口選擇要求用戶從四個串口中選擇一個，并將結(jié)果賦予主界面程

91、序中的初始值。具體程序見附錄。</p><p>　　每個通信口對應(yīng)的變量相關(guān)性設(shè)置程序?yàn)椋?lt;/p><p>　　void CSetDlg::OnRadioButton1() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your control notification hand

92、ler code here</p><p><b>　　setcom=1;</b></p><p>　　m_com1.SetCheck(1);</p><p>　　m_com2.SetCheck(0);</p><p>　　m_com3.SetCheck(0);</p><p>　　m_com4.

93、SetCheck(0);</p><p>　　GetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)->SetWindowText("選擇串口1作為接收熱電轉(zhuǎn)換電壓和溫度的通訊口");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void CSetDlg::OnRadioButton2() </p&

94、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your control notification handler code here</p><p><b>　　setcom=2;</b></p><p>　　m_com1.SetCheck(0);</p>

95、<p>　　m_com2.SetCheck(1);</p><p>　　m_com3.SetCheck(0);</p><p>　　m_com4.SetCheck(0);</p><p>　　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");&l

96、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void CSetDlg::OnRadioButton3() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your control notification handler code here<

97、;/p><p><b>　　setcom=3;</b></p><p>　　m_com1.SetCheck(0);</p><p>　　m_com2.SetCheck(0);</p><p>　　m_com3.SetCheck(1);</p><p>　　m_com4.SetCheck(0);<

98、/p><p>　　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");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void CSetDlg::OnRadioButton4() </p><p>&l

99、t;b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your control notification handler code here</p><p><b>　　setcom=4;</b></p><p>　　m_com1.SetCheck(0);</p><p>　　m_com

100、2.SetCheck(0);</p><p>　　m_com3.SetCheck(0);</p><p>　　m_com4.SetCheck(1);</p><p>　　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");</p><p&

101、gt;<b>　　}</b></p><p>　　選擇通信串口時，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：</p><p>　　圖12 串口選擇程序流程圖</p><p>　　當(dāng)光標(biāo)位于波特率設(shè)置組合框上時，須向用戶

102、提供提示信息：</p><p>　　void CSetDlg::OnSetfocusComboBps() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your control notification handler code here</p><p>　　GetDlgItem

103、(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，否則無法正常接收，甚至?xí)斐蓛?nèi)存錯誤");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　當(dāng)光標(biāo)位于幀設(shè)置組合框上時，須向用戶提供提示信息：</p><p>　　void CSetDl

104、g::OnSetfocusComboFrame() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your control notification handler code here</p><p>　　GetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)->SetWindowText(&quo

105、t;選擇接收數(shù)據(jù)的禎格式");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　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：</p><p>　　void CSetDlg::OnOK() </p><p><b>　　{</b></p

106、><p>　　// TODO: Add extra validation here</p><p>　　UpdateData(TRUE);</p><p>　　CConverseDlg *m_dlg=(CConverseDlg*)AfxGetMainWnd();</p><p>　　CString str_bps;</p><

107、p><b>　　//端口</b></p><p>　　m_dlg->m_port=setcom;</p><p><b>　　//協(xié)議信息</b></p><p>　　if(m_ctrlframe.GetCurSel()==0)</p><p>　　m_dlg->m_protoc

108、al.Format("45字節(jié)格式");</p><p><b>　　else</b></p><p>　　m_dlg->m_protocal.Format("19字節(jié)格式");</p><p><b>　　//波特率信息</b></p><p>　　

109、m_ctrlbps.GetLBText(m_ctrlbps.GetCurSel(),str_bps);</p><p>　　CDialog::OnOK();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　當(dāng)點(diǎn)擊“恢復(fù)默認(rèn)值”時對參數(shù)選擇默認(rèn)參數(shù)，

110、程序如下：</p><p>　　void CSetDlg::OnButtonReset() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your control notification handler code here</p><p><b>　　setcom=1

111、;</b></p><p>　　m_com1.SetCheck(1);</p><p>　　m_com2.SetCheck(0);</p><p>　　m_com3.SetCheck(0);</p><p>　　m_com4.SetCheck(0);</p><p>　　m_ctrlbps.SetCurSe

112、l(1);</p><p>　　m_ctrlframe.SetCurSel(1);</p><p>　　UpdateData(FALSE);</p><p>　　GetDlgItem(IDC_EDIT_INTRO)->SetWindowText("已恢復(fù)為默認(rèn)值");</p><p><b>　　}<

113、/b></p><p>　　3.3 系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　3.3.1 外觀設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)監(jiān)控子界面要求對28路熱電小模塊轉(zhuǎn)換電壓進(jìn)行巡檢，對傳輸線路的6個溫度點(diǎn)進(jìn)行測試采樣并顯示，還要整個對熱電模塊的總的輸出電壓和電流進(jìn)行檢測并顯示、對DC\DC轉(zhuǎn)換的輸出電壓和電流進(jìn)行檢測并顯示。點(diǎn)擊檢測按鈕，則下位機(jī)開始將各路信號數(shù)據(jù)傳送給