高秋燕 姚舜才 李 健 閆 穎

（中北大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，山西 太原 030051）

1 引言

串行通行是工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中直觀重要的環(huán)節(jié)，而且，在通常的控制系統(tǒng)中，上位機與下位機之間實現(xiàn)通信的方法和應(yīng)用平臺很多，而且不同的方法具有不同的特點[1]。在眾多集成可視化開發(fā)環(huán)境中，Visual C++是編程環(huán)境的最佳選擇，其中MFC它提供了相當齊備的類和友好的界面環(huán)境，應(yīng)用Visual C++可以輕松開發(fā)出功能強大、速度快、應(yīng)用廣泛、占用資源少的應(yīng)用程序。本文主要是在Visual C++環(huán)境下，借助iUSBDAQ - U120816采集卡和NTC熱敏溫度傳感器進行連接來進行數(shù)據(jù)采集的，在這里使用的是熱敏溫度傳感器的模塊，經(jīng)過熱敏溫度傳感器后，溫度信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，然后經(jīng)過iUSBDAQ- U120816采集卡，把該電壓信號送進AI0，即模擬量輸入的第一個通道，進過采集卡的信號然后進過串口送給USB接口直接與PC機連接，通過對Visual C++編程來進行溫度采集、曲線的繪制，以及采集數(shù)據(jù)的存儲[2-3]。

1.1 Visual C++的集成開發(fā)環(huán)境/MFC開發(fā)Windows程序的優(yōu)勢

Visual C++是Windows平臺上的C++編程環(huán)境，VC作為一個主流的開發(fā)平臺一直深受編程愛好者的喜愛，VC++應(yīng)用程序的開發(fā)主要有兩種模式，一種是WIN API方式，另一種則是MFC方式，傳統(tǒng)的WIN API開發(fā)方式比較繁瑣，而MFC則是對WIN API再次封裝，所以MFC相對于WIN API開發(fā)更具備效率優(yōu)勢，MFC是Win32API的包裝類，需要理解文檔視圖類的結(jié)構(gòu)，窗口類的結(jié)構(gòu)，消息流向等等[4]。

MFC借助C++的優(yōu)勢為Windows開發(fā)開辟了一片新天地，同時也借助ApplicationWizzard使開發(fā)者擺脫離了那些每次都必寫基本代碼，借助ClassWizard和消息映射使開發(fā)者擺脫了定義消息處理時那種混亂和冗長的代碼段。更令人興奮的是利用C++的封裝功能使開發(fā)者擺脫Windows中各種句柄的困擾，只需要面對C++中的對象，這樣一來使開發(fā)更接近開發(fā)語言而遠離系統(tǒng)[5]。

正因為MFC是建立在C++的基礎(chǔ)上，所以我強調(diào)C/C++語言基礎(chǔ)對開發(fā)的重要性。利用C++的封裝性開發(fā)者可以更容易理解和操作各種窗口對象；利用C++的派生性開發(fā)者可以減少開發(fā)自定義窗口的時間和創(chuàng)造出可重用的代碼；利用虛擬性可以在必要時更好的控制窗口的活動。而且C++本身所具備的超越C語言的特性都可以使開發(fā)者編寫出更易用，更靈活的代碼。在MFC中對消息的處理利用了消息映射的方法，該方法的基礎(chǔ)是宏定義實現(xiàn)，通過宏定義將消息分派到不同的成員函數(shù)進行處理[6-7]。

2 硬件部分設(shè)計

室內(nèi)環(huán)境測試系統(tǒng)的溫度采集的硬件部分如下圖1所示：

圖1 溫度數(shù)據(jù)采集硬件連接圖

2.1 NTC熱敏溫度傳感器

在上圖1中，小的那個模塊是NTC熱敏溫度傳感器的模塊，MF52 型熱敏電阻器是采用新材料、新工藝生產(chǎn)的小體積的樹脂包封型NTC 熱敏電阻器，具有高精度和快速反應(yīng)等優(yōu)點.在實際中，我們使用的是該溫度傳感器的模塊，經(jīng)過溫度傳感器后，溫度信號轉(zhuǎn)換成了相應(yīng)的電壓信號，模擬量輸出的電壓0-3.5V之間，并且該傳感器模塊需要5V的直流電源進行供電。NTC 熱敏電阻器特點：測試精度高；體積小、反應(yīng)速度快；.能長時間穩(wěn)定工作；互換性、一致性好。

2.2 iUSBDAQ - U120816采集卡

USBDAQ – U120816可用于工業(yè)過程監(jiān)控，，它的主要功能有一下幾點：

1.USB 2.0/1.1 全 速 界 面（full speed interface）以及USB電纜線供電；

2.8 個單端（Single-Ended），12-Bit 模擬輸入（Analog Inputs），100Ks/s ADC ；

3.0 -4.096 V 模擬輸入電壓范圍（Analog Input Range），解析度為 1mv ；

4.在連續(xù)STREAMING模式下能實時將數(shù)據(jù)不間斷的采集到PC，總通過率多至32 kSamples/Sec，單通道的通過率多至13 kSamples/Sec for Streaming Mode多 至13kSamples/Second for Streaming Mode采集輸入。

5.一個外部觸發(fā)線供給STREAMING模式下數(shù)據(jù)采集和一個16-Bit計數(shù)器（Counter）；

3 軟件設(shè)計部分

在這里設(shè)計的是工程名為“單通道溫度數(shù)據(jù)采集”的單文檔應(yīng)用程序，其中在MFC AppWizard-Step 6 of 6 對話框中，我們選擇的CMyView的基類是CFormView。

3.1 采集系統(tǒng)分一個用戶登錄界面和一個實時數(shù)據(jù)采集顯示界面

（1）用戶登錄界面的設(shè)計

系統(tǒng)登錄模塊用于驗證用戶登錄系統(tǒng)時輸入的用戶名、密碼是否正確，只有合法的用戶才可以進入系統(tǒng)。

圖2 用戶登錄界面

首先點擊視圖欄中ResourceView按鈕，單擊Dialog樹狀文件夾展開，右擊，插入一個Dialog子對話框，用于繪制用戶登錄對話框，可以按照如下圖對登錄界面對按鈕進行編程。

圖3 登錄界面流程圖

（2）主界面的設(shè)計

通過采集卡的USB數(shù)據(jù)線實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，輸入到計算機，通過該系統(tǒng)對輸入的信號進行處理，其中包括實時動態(tài)曲線顯示模塊，均值、最大值、最小值模塊，采集個數(shù)，數(shù)據(jù)存儲模塊。繪制流程圖如圖3.1所示：

圖4 標準的軟件流程圖

根據(jù)上面如圖所示的流程圖來進行對每個區(qū)域的編程，下面介紹詳細的如何進行數(shù)據(jù)采集以及實時曲線繪制：

第一，先將iUsbApi.h和iUSBDAQ.h加入到工程文件中。

第二，在“單通道溫度數(shù)據(jù)采集View.cpp”的開 頭 處 添 加 #include“iUsbApi.h”和 #include“iUSBDAQ.h”。

第三，在開始對數(shù)據(jù)采集前，必須先視類的初始 化 時 OnInitialUpdate（）中 添 加 LoadLibrary（“iUSBDAQ”），加載 iUSBDAQ - U120816采集卡的庫函數(shù)、打開采集卡以及打開要采集的數(shù)據(jù)通道，之后在該函數(shù)中讀取該采集卡和打開設(shè)備。

第四，開始對數(shù)據(jù)進行采集是還得先用IUSBDAQReadChannels，來設(shè)置打開的通道是哪個通道，在該采集系統(tǒng)中設(shè)計的是用第一個通道，來進行該通道數(shù)據(jù)的讀取。

第五，在讀取數(shù)據(jù)時，還必須定義一個時鐘，在這里設(shè)計的是每1000ms采集一次數(shù)據(jù)，我們設(shè)計了兩個采集數(shù)據(jù)的按鈕，一個連續(xù)采集的按鈕，一個間斷采集的按鈕，可以根據(jù)需要來選擇使用哪種方式進行數(shù)據(jù)的采集[8]。

第六，對界面進行編程時，對實時數(shù)據(jù)采集的顯示，在對溫度進行采集時，得到的是單位為V的對應(yīng)的電壓值，方便及直觀我們，在圖像上的縱坐標顯示的是1400-1000*m_caiji（MV）；橫坐標對應(yīng)的是時間[9]。

第七，界面設(shè)計中包括圖像顯示區(qū)、按鈕選擇區(qū)、實時數(shù)據(jù)顯示區(qū)和上下限指示區(qū)，在界面的右下角我們還設(shè)計了一個當時的時間顯示。每一個區(qū)都分為一個模塊，使得我們的界面更加清晰，漂亮。

最后，我們還對所采集的數(shù)據(jù)進行了數(shù)據(jù)的存儲等的編程，以便為了以后對數(shù)據(jù)進行分析研究。下面為數(shù)據(jù)存儲的代碼，可以在0nPaint（）函數(shù)中添加：

{

CString strTmp；

strTmp.Format（“%d“，m_caiji）；

str += strTmp；

CStdioFile file（“d ：data.txt “，CFile：：modeWrite）；

// 數(shù)據(jù)存儲位置

file.WriteString（str）；// 數(shù)據(jù)寫入

file.Close（）； // 關(guān)閉文件夾

}

數(shù)據(jù)采集界面以及實時曲線如圖5所示：

圖5 溫度數(shù)據(jù)采集的界面顯示

4 結(jié)論

使用NTC熱敏溫度傳感器對室內(nèi)的溫度進行采集，再使用USB數(shù)據(jù)采集板與基于VC++6.0的PC機進行通信。通過溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，通過采集板的AI0通道將模擬信號輸進來，經(jīng)過采集板將該模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳輸?shù)接嬎銠C上在界面中顯示出來。利用MFC的編程思想，在可視化的界面中，可以直觀的看見我們需要采集的數(shù)據(jù)。

在該系統(tǒng)中，我們使用的USB數(shù)據(jù)采集卡是多通道輸入的，而在這里我們只是利用單通道對室內(nèi)環(huán)境溫度進行測試，很有很多需要改進的地方，在以后的工作中，可以利用多通道對室內(nèi)的多個量進行采集分析，然后做出更加多功能的可視化界面，并且可以對采集到的數(shù)據(jù)來借助MATLAB進行濾波等的數(shù)據(jù)分析與研究。

[1] 陳天華.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計與Visual C++6.0教程.北京：清華大學(xué)出版社，2006.7-20.

[2] 孫鑫 .VC++深入詳解.[M].北京： 電子工業(yè)出版社，2012；100-160.

[3] 田敏，鄭瑤，李江全.Visual C++數(shù)據(jù)采集與串口通信測試應(yīng)用實踐.人民郵電出版社.2010.7-81.

[4] 陳志泊，王春玲，孟偉.北京.面對對象的程序設(shè)計語言，人民郵電出版社.2007.8-20.

[5] 鄭阿奇，丁有和.Visual C++應(yīng)用教程.北京：人民郵電出版社，2008.100-123.

[6] 張立科.Visual C++6.0程序設(shè)計與開發(fā)技術(shù)大全.北京：人民郵電出版社，2004.70-81.

[7] 幸長安，梅林.VC++編程技術(shù)與難點剖析.北京：清華大學(xué)出版社，2002.32-45.

[8] 羅斌.Visual C++編程技巧精選.北京：中國水利水電出版社，2005.101-132.

[9] 湛為芳.高效實用Visual C++庫函數(shù)設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社.2010.50-54.