基于Visual Basic與RS 232串行通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

撰文/江蘇徐州工程機(jī)械研究院 陳新春 閆乃晴 齊偉 王燦

基于Visual Basic與RS 232串行通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

撰文/江蘇徐州工程機(jī)械研究院 陳新春 閆乃晴 齊偉 王燦

目前，諸如液壓缸缸筒、活塞桿和振動(dòng)輪等工程機(jī)械核心零部件精度要求越來(lái)越高。在生產(chǎn)過(guò)程中，檢測(cè)工序已經(jīng)不可忽視。遺憾的是，許多關(guān)鍵工序涉及的待檢測(cè)形面復(fù)雜，尚無(wú)檢測(cè)手段。隨著技術(shù)的進(jìn)步，基于激光位移傳感器，開(kāi)發(fā)專有檢測(cè)儀器是實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械核心零部件關(guān)鍵工序質(zhì)量監(jiān)控的有效途徑。

激光位移傳感器由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成，能夠精確非接觸測(cè)量被測(cè)物體的位置、位移等變化。在開(kāi)發(fā)激光檢測(cè)裝置時(shí)，如何準(zhǔn)確有效地獲得激光位移傳感器檢測(cè)值是關(guān)鍵的研究?jī)?nèi)容。

針對(duì)該問(wèn)題，本文結(jié)合串行端口技術(shù)，提出一種基于Visual Basic與RS 232串行通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過(guò)Visual Basic通信控件MSComm與串行端口RS 232，建立激光位移傳感器與工控機(jī)的通信渠道。采用Visual Basic開(kāi)發(fā)激光位移傳感器數(shù)據(jù)采集軟件界面和算法。應(yīng)用Excel工具建立存儲(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。與激光位移傳感器測(cè)試軟件比較，驗(yàn)證上述研究的有效性。

一、通信軟件與串口選擇

VB6.0是一種功能強(qiáng)大的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，適用于設(shè)計(jì)程序界面。它不僅保留了Basic語(yǔ)言的全部功能，還增加了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)功能，相較于VC，其操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度較快。

MSComm是VB與激光位移傳感器之間實(shí)現(xiàn)通信的的ActiveX控件。利用MSComm控件，設(shè)計(jì)串口通信程序主要涉及表1所示屬性。

表1　MSComm控件的主要屬性

在本研究中，主要的屬性參數(shù)設(shè)置為：（1）InputMode=0，取回文本數(shù)據(jù)。（2）InputLen=0表示一次接收完緩沖區(qū)中的所有數(shù)據(jù)，其他參數(shù)可根據(jù)其含義進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。

為了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，項(xiàng)目組采用的RS 232是目前廣泛應(yīng)用的一種9芯接口。具體如圖1與表2所示。

圖1　RS 232接線端子排序圖

表2　9芯RS 232接口

二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是激光檢測(cè)裝置中非常關(guān)鍵的一部分，其主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。根據(jù)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)要求，搭建硬件系統(tǒng)；在此基礎(chǔ)上，采用VB6.0，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)。

1.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)由工控機(jī)Visual Basic模塊、串行通信模塊、位移傳感器模塊3部分組成，電路系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2　電路系統(tǒng)框圖

硬件系統(tǒng)連接：激光位移傳感器通過(guò)信號(hào)線與工控機(jī)連接，信號(hào)線一端與激光位移傳感器連接，另一端帶有RS 232串口，與工控機(jī)的RS 232串口連接；激光位移傳感器電源線紅線為電源正，棕線為電源負(fù)，與電源連接。

在實(shí)驗(yàn)中，硬件系統(tǒng)應(yīng)用流程為：?jiǎn)?dòng)工控機(jī)-接通傳感器電源-數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)-斷開(kāi)傳感器電源-關(guān)閉工控機(jī)-完成數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)。

2.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括界面設(shè)計(jì)及算法開(kāi)發(fā)。界面設(shè)計(jì)根據(jù)需要放置按鈕控件，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及其他需要的控件，如圖3所示。其中，MSComm控件用于從激光位移傳感器采集數(shù)據(jù)到工控機(jī)上。

圖3　軟件界面圖

基于上述軟件界面，串口軟件操作流程圖如圖4所示，首先要對(duì)串口進(jìn)行初始化，設(shè)定通信參數(shù)和通信協(xié)議，然后打開(kāi)端口后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)的操作，最后要關(guān)閉端口。

數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖5所示：工控機(jī)與激光位移傳感器通信之前，工控機(jī)先檢查是否與激光位移傳感器連接成功，若已連接，則工控機(jī)進(jìn)行端口初始化，包括對(duì)傳輸速度、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)等參數(shù)的初始化。接著工控機(jī)向激光位移傳感器發(fā)送命令，激光位移傳感器響應(yīng)命令發(fā)送其參數(shù)，若響應(yīng)超時(shí)，則工控機(jī)再要求重發(fā)。當(dāng)工控機(jī)接收到設(shè)備參數(shù)時(shí)，對(duì)激光位移傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將已接收的數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

MSComm提供了兩種處理通信問(wèn)題的方法，一種是查詢法，一種是事件驅(qū)動(dòng)法。

（1）查詢法。查詢法適合較小的應(yīng)用程序，在這種情況下，每當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行完某一串行口操作后，將不斷檢查MSComm控件的CommEvent屬性，以檢查執(zhí)行結(jié)果或檢查某一事件是否發(fā)生。

（2）事件驅(qū)動(dòng)法。在使用事件驅(qū)動(dòng)法設(shè)計(jì)程序時(shí)，每當(dāng)有新字符到達(dá)或端口狀態(tài)改變，或發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，MSComm控件將觸發(fā)OnComm事件，而應(yīng)用程序在捕獲該事件后，通過(guò)檢查MSComm控件的CommEvent屬性可以獲知所發(fā)生的事件或錯(cuò)誤，從而采取相應(yīng)的操作。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高。

圖5　數(shù)據(jù)采集流程圖

為了達(dá)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集目的，數(shù)據(jù)采集程序采用MSComm事件驅(qū)動(dòng)方式。

OnComm事件流程圖如圖6所示，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，觸發(fā)MSComm1的OnComm事件，OnComm的事件處理程序只處理comEvReceive事件，首先判斷是否為接收事件，若是則關(guān)閉OnComm接收事件，然后接收數(shù)據(jù)字節(jié)，將字節(jié)進(jìn)行還原轉(zhuǎn)換，最后打開(kāi)OnComm接收事件，等待下一次OnComm事件產(chǎn)生。

其中，接收數(shù)據(jù)模式采用的是二進(jìn)制的形式，即InputMode=comInputModeBinary，但用Input屬性讀取數(shù)據(jù)時(shí)，不能直接賦值給Byte類型變量，只能通過(guò)先賦值給一個(gè)Variant類型變量，返回一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的數(shù)組，再轉(zhuǎn)換保存到Byte類型變量中。

圖6　OnComm事件流程圖

采集數(shù)據(jù)過(guò)程中，主機(jī)首先要傳輸給激光位移傳感器一個(gè)命令，該命令帶有傳感器的地址。通過(guò)MSComm1的OutPut屬性，把命令寫入到發(fā)送緩沖區(qū)中。激光位移傳感器接收到該命令后，通過(guò)MSComm1的InPut屬性從接收緩沖區(qū)移走字符，把緩沖區(qū)中收到的數(shù)據(jù)讀入變量。發(fā)送命令后，傳感器會(huì)連續(xù)不斷的傳輸測(cè)量值，我們每4個(gè)字節(jié)組成一個(gè)值來(lái)獲取測(cè)量結(jié)果。傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的校驗(yàn)位是C、D、E和F不斷輪換的，只有當(dāng)4個(gè)字節(jié)數(shù)的校驗(yàn)位一致時(shí)，該數(shù)據(jù)才有效，否則該數(shù)據(jù)不正確。所以，每個(gè)字節(jié)只取后面4位的數(shù)，組成十六進(jìn)制的數(shù)，再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，位移傳感器返回來(lái)的數(shù)據(jù)是先低位再高位。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

Excel是目前使用最廣泛的辦公軟件之一，它具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)分析與計(jì)算功能，包括很多VB沒(méi)有的求值數(shù)學(xué)表達(dá)式的函數(shù)和方法。由于Excel的應(yīng)用程序?qū)ο笫峭獠靠蓜?chuàng)建的對(duì)象，所以能從VB應(yīng)用程序內(nèi)部來(lái)程序化操縱Excel。為了能從VB應(yīng)用程序中訪問(wèn)Excel豐富的內(nèi)部資源，使Excel應(yīng)用程序運(yùn)行的更快，需要在VB工程中添加對(duì)Excel類型庫(kù)的引用。具體步驟如下：選擇“工程”/ “引用”命令，在“引用”對(duì)話框中選擇Excel類型庫(kù)"Microsoft Excel14.0 Object Library"選項(xiàng)并單擊確定按鈕。

數(shù)據(jù)庫(kù)主要按照時(shí)間順序?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，其主要字段包括采集的數(shù)據(jù)、采集時(shí)間、采集日期。

三、測(cè)試驗(yàn)證

激光位移傳感器帶有一個(gè)專用的檢測(cè)軟件，首先用該專用軟件檢測(cè)出一個(gè)數(shù)值，如圖7中標(biāo)出部分所示。

圖7　激光位移傳感器檢測(cè)軟件測(cè)量結(jié)果

然后用所搭建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集激光位移傳感器數(shù)據(jù)，如圖8中標(biāo)出部分所示。

圖8　設(shè)計(jì)程序測(cè)量結(jié)果

由檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析可知，所搭建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的激光位移傳感器的數(shù)據(jù)與激光位移傳感器自帶的檢測(cè)軟件所測(cè)量的結(jié)果誤差在0.005mm以內(nèi)，可以認(rèn)為是一致的，證明所搭建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確采集激光位移傳感器的數(shù)據(jù)。

圖9為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)界面，可以看出所設(shè)計(jì)的Excel數(shù)據(jù)庫(kù)可以準(zhǔn)確存儲(chǔ)位移傳感器采集的數(shù)據(jù)、采集時(shí)間及采集日期。

圖9　數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)界面

四、結(jié)語(yǔ)

本研究圍繞激光位移傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開(kāi)展了系統(tǒng)硬件連接、界面設(shè)計(jì)、算法開(kāi)發(fā)和測(cè)試驗(yàn)證等工作，得出了如下三點(diǎn)結(jié)論。

（1）通過(guò)RS 232實(shí)現(xiàn)了激光位移傳感器與工控機(jī)串行通信，利用Visual Basic在工控機(jī)上編寫的程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光位移傳感器的數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Excel數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（2）與激光位移傳感器測(cè)試軟件采集的數(shù)據(jù)比較，所搭建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)偏差小于0.005mm，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，證明所搭建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是有效的。

（3）本研究為開(kāi)發(fā)工程機(jī)械檢測(cè)核心零部件專有檢測(cè)儀器提供了技術(shù)支持。