遠控型電爆裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

張浩宇,張 旭

1.山東旅游職業(yè)學(xué)院,山東 濟南250200

2.海軍航空大學(xué),山東 煙臺264001

在農(nóng)林建設(shè)和礦山開發(fā)過程中，會使用許多電爆裝置。例如爆炸工程中常用的混合爆破網(wǎng)絡(luò)，就是由電起爆裝置-導(dǎo)爆索-塑料導(dǎo)爆管網(wǎng)等典型火工部件組成的；氣體爆破器材通常采用電激發(fā)式起爆裝置作為爆破首發(fā)火工品；礦山機車用滅火設(shè)備則采用電爆管作為其起爆裝置。為保證各類電爆裝置的可靠性，在使用前或一定時期內(nèi)，需要對其狀態(tài)參數(shù)進行檢測和分析。由于電爆裝置均裝有火炸藥等含能材料，存在固有的敏感性和不安定性，會對現(xiàn)場檢測人員及裝備構(gòu)成潛在風(fēng)險。針對上述安全性測試需求，本文介紹一種基于VB 與單片機的遠控型電爆裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)形式，具有操作簡便、可靠性高、維護方便等突出優(yōu)點，可很好地滿足電爆裝置性能監(jiān)控的高效性和高安全性需求。

1 系統(tǒng)組成

電爆裝置遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用上位-下位機兩級結(jié)構(gòu)形式。上位機單元由遠控計算機、打印機及UPS 電源組成，下位機則由電爆裝置檢測儀、微型打印機及直流供電電源組成（圖1）。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 System structure framework

圖2 上位機軟件組成Fig.2 Composition of the upper computer Software

上位的遠控計算機用于測試過程的遠程控制，可配置微軟的Access、Excel 等不同類型的數(shù)據(jù)庫，對前置的電爆裝置檢測儀進行控制，發(fā)送檢查命令，接收測試儀發(fā)送回來的實測值，并進行實時數(shù)據(jù)判讀。同時，利用計算機強大的數(shù)據(jù)儲存和處理功能，完成數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查尋、測試表格生成以及測試結(jié)果打印等各項功能。上位機軟件組成如圖2 所示。

下位的電爆裝置檢測儀可以工作在遠控和本地兩種工作模式。遠控工作模式指測試儀通過RS232 通信電纜連接到遠控計算機，接收遠控計算機指令工作，并將測試數(shù)據(jù)實時上傳[1]。本地工作模式則是指測試儀獨立完成測試，將測試結(jié)果保存到測試儀本地存儲介質(zhì)，對測試結(jié)果獨立判斷，并實施數(shù)據(jù)管理和打印數(shù)據(jù)，是輔助模式，主要用于測試儀自檢及應(yīng)急測試。

2 硬件電路設(shè)計

下位的電爆裝置檢測儀是一臺基于單片機的終端測試設(shè)備，由單片機核心板、A/D 變換模塊、綜合適配模塊和打印控制模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集及變換主通道，由LCD 液晶顯示器、16 位不銹鋼金屬工業(yè)級數(shù)字小鍵盤、嵌入式微型打印機和可充電供電模塊，組成外圍控制輔助通道，共同完成數(shù)據(jù)采集及通信傳輸功能。本文重點介紹單片機控制板、A/D 變換模塊及打印控制模塊等硬件電路設(shè)計。

單片機核心板是基于AT89C52 微處理器的最小配置工作單元，用于實現(xiàn)下位機的數(shù)據(jù)采集、結(jié)果貯存、狀態(tài)分析及傳輸打印等各種控制功能[2]。其中，AT89C52 是一款低電壓、高性能的CMOS 8位單片機，內(nèi)置通用8 位中央處理器和Flash 存儲單元，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51 指令系統(tǒng)[3]。

A/D 變換模塊用以完成被測狀態(tài)參量的數(shù)據(jù)變換及采集。本設(shè)計選用美國AD 公司的ADC0808轉(zhuǎn)換芯片，采樣分辨率為8 位，以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部有一個8 通道多路開關(guān)，可根據(jù)地址碼鎖存譯碼信號，只選通8 路模擬輸入中的一個進行A/D 轉(zhuǎn)換[4]。

打印控制模塊用于控制微型打印機輸出本地測試結(jié)果。目前常用的微型打印機主要有熱敏型和點陣針兩類。熱敏型采用加熱打印頭的方式，灼熱打印紙印字，打印速度較快，但數(shù)據(jù)易脫色，不能長期保存。因此，本設(shè)計選用TPUP-AT 系列點陣針打印機。該打印機采用并行接口形式，使用STB（數(shù)據(jù)選通觸發(fā)脈沖）、BUSY（線路忙）、ACK（應(yīng)答脈沖）和DATA0-DATA7（輸入數(shù)據(jù)信號）作為信號特征[5]。本系統(tǒng)分配AT89C52 單片機的P0 用于數(shù)據(jù)傳輸；P2.0 連接打印機STB 接口，實現(xiàn)通訊信號控制；P2.2 與打印機BUSY 線相連，給打印機提供忙線信號[6]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括人機界面控制，指令及數(shù)據(jù)傳輸，以及狀態(tài)參數(shù)檢測等各控制環(huán)節(jié)，具體可分為下位檢測儀控制程序設(shè)計和上位計算機控制程序設(shè)計兩部分。

3.1 下位測試控制程序設(shè)計

下位機的控制過程為：通過串行通信口接收上位機控制指令，經(jīng)綜合適配單元及A/D 變換單元，獲取待測電爆裝置狀態(tài)參數(shù)，并實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)顯示、儲存及數(shù)據(jù)上傳。

在Keil uVisoin 集成開發(fā)環(huán)境下[7]，采用C51 語言開發(fā)下位機控制程序。該集成開發(fā)環(huán)境可編譯匯編源程序及C 源代碼，創(chuàng)建HEX 文件，連接和重定位目標文件和庫文件，是一款功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具。本文僅給出串行通信初始化子程序[8]。

下位機配置有RS232 串行通信接口，串口采用方式1 工作模式，即10 位異步通信方式。一幀字符由1 位起始位，8 位數(shù)據(jù)位和1 位停止位組成，故設(shè)置SM0=0，SM1=1。波特率發(fā)生器為T1定時/計數(shù)器，工作在方式2，即采用8 位自動重裝方式，故設(shè)置TMOD|=0x20。采用11.0592MHz晶振，由“波特率及計數(shù)初值”數(shù)值表可知，應(yīng)設(shè)TH1=0xfd，TL1=0xfd。設(shè)置電源控制寄存器PCON中SMOD=0，保持其初始波特率不變，故設(shè)PCON|=0x00。

void Init_ser()//T1 作為波特率發(fā)生器

3.2 上位計算機操作程序設(shè)計

上位計算機機操作程序包括串行通信、面板控制、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)庫管理、性能評估、報表生成及打印等軟件功能單元。上位機程序設(shè)計采用由微軟開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的VB 編程語言。該語言提供一個可視化設(shè)計平臺，具有事件驅(qū)動和強大的數(shù)據(jù)庫功能，具有開發(fā)速度非?？?，效率極高等突出優(yōu)點。本文僅給出串行通信、報表生成和打印程序設(shè)計。

3.2.1 串行通信單元VB 編程環(huán)境提供了串行通信控件Mscomm，用以便捷開發(fā)串行通信程序，讓用戶可以通過操作界面與串行端口進行溝通及傳送數(shù)據(jù)[9]。主要有事件驅(qū)動和查尋兩種工作方式。

本系統(tǒng)采用事件驅(qū)動方式，該方式是處理端口通信的一種有效方法。當(dāng)有事件發(fā)生時，程序會被告知。程序利用Mscomm 控件來偵測并處理這些事件。預(yù)先裝程序?qū)懭肟丶氖录绦騾^(qū)塊中，一旦事件發(fā)生自動執(zhí)行該段程序?？丶饕獙傩裕?/p>

CommPort：設(shè)置通信端口代號，一般計算機會有1 至2 個標準串口，也可利用USB 轉(zhuǎn)RS232接口（安裝驅(qū)動），進行串行通信。

Settings：設(shè)置初始化參數(shù)，以字符串的形式設(shè)置波特率、校驗碼、數(shù)據(jù)位、停止位四個參數(shù)。波特率即每秒通信的以BIT 為單位的數(shù)據(jù)量，本系統(tǒng)采用9600 波特率。

Portopen：設(shè)置串口狀態(tài)，即端口的“打開”、“關(guān)閉”兩種狀態(tài)。使用串口進行通信前要打開串口，使用完畢后要關(guān)閉串口。在VB 中用邏輯值true 代表打開，用false 代表關(guān)閉。

Output：將待傳送的數(shù)據(jù)寫入傳輸寄存器，即向串口寫數(shù)據(jù)。

串口通信初始化設(shè)置程序：

3.2.2 報表生成 報表生成采用基本表格與內(nèi)容修改相結(jié)合的方式產(chǎn)生，即以一個基本表格為基礎(chǔ)，根據(jù)采集時間、參量數(shù)據(jù)的不同，進行部分內(nèi)容更新，并生成一個新報表[10]。采用VB 的OLE 自動化技術(shù)獲取控制Excel2003 句柄,編寫控制Excel 操作程序，直接控制Excel 的一系列操作。

3.2.3 報表打印 報表打印主要包括打開表格文件、打印設(shè)置以及數(shù)據(jù)打印等主要環(huán)節(jié)。報表打印引入commondialog 函數(shù)，打印采用表單的“PrintOut”屬性完成。操作程序如下：

4 結(jié)語

本文從工程作業(yè)實際需求出發(fā)，采用上位機-下位機結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計開發(fā)了基于VB 與單片機控制的一體化自動檢測系統(tǒng)，可實現(xiàn)采集過程的遠程控制、自動判讀和性能分析，在保障作業(yè)過程有序高效的同時，也有效降低了火工檢測作業(yè)風(fēng)險。該系統(tǒng)的實際使用表明，數(shù)據(jù)采集精度、可靠性和安全性均達到設(shè)計指標要求，具備良好的應(yīng)用前景。