劉龍　郝萌　吳慶星　黃寧

摘要：針對VJ Technologies公司IXS系列X射線光機(jī)，分析其RS232接口，使用C++ Builder編程實(shí)現(xiàn)了對光機(jī)的控制。其中，串口通信采用了MSCOMM控件，串口信息讀取則采用了多線程。根據(jù)通信協(xié)議，要求上位機(jī)和X射線光機(jī)每750ms內(nèi)要通信一次，因此采用C++類實(shí)現(xiàn)和封裝了上述內(nèi)容和協(xié)議。通過類成員函數(shù)可以設(shè)置光機(jī)工作電壓和電流，控制光機(jī)的啟停，讀取和解碼光機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，完成每750ms的Watch dog通信。此外，類實(shí)現(xiàn)方式可方便地創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，實(shí)現(xiàn)對多臺光機(jī)的控制，從應(yīng)用的結(jié)果看，效果良好。

關(guān)鍵詞：C++Builder；X射線光機(jī)；RS232；串口通信；MSCOMM

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）01-0060-03

Software Implementation for Controlling IXS Series X-ray Tube Using C++ Builder

LIU Long，HAO Meng，WU Qing-xing， HUANG Ning

（1.Ministry of Education Key Laboratory of Radiation Physics of Institute of Nuclear Science and Technology of Sichuan University，Chengdu 610064， China）

Abstract： In this paper， C++ Builder platform，MSCOMM ActiveX Control and multithread programming are used， to communicate with IXS series X-ray generator of VJ Technologies company. The wrapped C++ class encapsulates the MSCOMM Control and protocol， can setup the voltage， current， open and close the x-ray generator， read and decode the status and error message from the generator， the watch dog timer per 750ms is implemented too. Furthermore， the computer can control multi x-ray generator easily， according to the result of practice， the effect of this design is good.

Key words： C++Builder； ray generator； RS232； serial communication； MSCOMM

X射線的產(chǎn)生相對簡單容易，由于其能夠穿透物質(zhì)，可以通過測量成像的方法得到物質(zhì)內(nèi)部的信息，因此廣泛應(yīng)用在安檢、探傷、醫(yī)療等領(lǐng)域[1]。X射線光機(jī)是產(chǎn)生X射線的常用設(shè)備，目前的商用X射線光機(jī)功能已非常完善，不僅可以控制光機(jī)的開停，還可以在線設(shè)置能量和束流的大小。

商業(yè)X射線光機(jī)大都帶有操作和控制軟件，其作用一般用于光機(jī)診斷和調(diào)試。由于光機(jī)提供的操作程序是獨(dú)立的執(zhí)行程序和界面，功能單一，不能和主應(yīng)用程序集成，使用起來很不方便。例如，在安檢應(yīng)用中，當(dāng)用戶按“檢測”按鈕時(shí)需要同時(shí)啟動光機(jī)、皮帶電機(jī)、數(shù)據(jù)采集，而不能讓用戶在三個(gè)程序中分別去操作，那樣很麻煩，而且時(shí)間不統(tǒng)一。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要開發(fā)光機(jī)的通信接口模塊，在主程序中采用通信接口實(shí)現(xiàn)對光機(jī)的控制。

1 IXS系列X射線光機(jī)

IXS是VJ Technologies公司的X-Ray Generator系列產(chǎn)品，其技術(shù)在國際上具有領(lǐng)先優(yōu)勢，其光機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，輸出電流和電壓可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且對過流、過壓和溫度過高等現(xiàn)象具有保護(hù)措施[2]。IXS系列X射線光機(jī)自帶有控制器（Controller），上位機(jī)可以通過控制器的RS232接口，獲取光機(jī)的狀態(tài)，從而控制光機(jī)的運(yùn)行，達(dá)到實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的緊密耦合。 圖1為扇形束束流的光機(jī)實(shí)物圖[2]，圖中右下角為光機(jī)控制器。

IXS光機(jī)的RS232協(xié)議默認(rèn)通信參數(shù)為“9600，N，8，1”，沒有使用硬件握手和軟件握手，硬件連接只需要RXD，TXD，GND三根信號線，軟件實(shí)現(xiàn)也比較簡單[3]。

IXS對信息包采用了ASCII編碼，進(jìn)行了簡單的封裝，所有的命令和報(bào)告都以開始，結(jié)束，例如：

CMDARG

CMD

RPT

其中，為開始符號（0x02），為結(jié)束符號（0x0d），CMD、ARG和RPT分別代表ASCII編碼的命令、參數(shù)和報(bào)告。IXS的部分命令見表 1：

從表1可看出，光機(jī)控制器收到上位機(jī)信息后會發(fā)生響應(yīng)，上位機(jī)讀取響應(yīng)信息，即可知道光機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。例如，發(fā)送‘MON命令，可得到目前的電壓、電流、溫度、燈絲狀態(tài)等編碼信息。

如果操作不當(dāng)，X射線會造成輻射損傷，為保證安全，IXS光機(jī)采用了看門狗機(jī)制，即控制器在收到上位機(jī)的命令后，會啟動看門狗計(jì)時(shí)器（Watch dog timer），若在接下來的750ms內(nèi)沒有收到新命令和消息，控制器會自動關(guān)閉電壓和電流。所以，為確保X射線光機(jī)正常安全運(yùn)行，上位機(jī)必須在750ms內(nèi)和光機(jī)通信一次，當(dāng)沒有其他命令時(shí)，通常定時(shí)發(fā)送WDTE命令。這樣，當(dāng)通信異常，或上位機(jī)出現(xiàn)故障，甚至上位機(jī)斷電時(shí)，光機(jī)也會在750ms內(nèi)自動關(guān)閉，避免事故的發(fā)生。

圖2為正常使用時(shí)，上位機(jī)和光機(jī)的交互圖，上位機(jī)設(shè)置光機(jī)的電壓和電流后，打開光機(jī)，并在750ms內(nèi)重復(fù)發(fā)送看門狗信號，維持光機(jī)的開狀態(tài)，使用結(jié)束后關(guān)閉光機(jī)，使用期間需要讀取和解析光機(jī)的返回信息，也可以發(fā)送“MON”命令主動查詢光機(jī)的狀態(tài)。

2 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)與X射線光機(jī)之間的通信，軟件上需要匹配操作的串口硬件，實(shí)現(xiàn)對串口的雙向讀寫，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)光機(jī)的通信協(xié)議，按協(xié)議要求發(fā)送和解析命令[4]。

C++ Builder具有豐富的VCL控件庫，可高效開發(fā)界面，對C++語言和COM技術(shù)的支持也很強(qiáng)大，因此我們選用了C++ Builder作為開發(fā)平臺[4-10]。在C++Builder中可以安裝MSCOMM ActiveX控件，實(shí)現(xiàn)對RS232串口的控制，這樣就可以不討論RS232通信的底層實(shí)現(xiàn)，而把軟件重點(diǎn)放在協(xié)議的解析和實(shí)現(xiàn)上[5-7]。

我們在C++ Builder中定義了TVJXRay類，用于封裝MSCOMM控件和光機(jī)通信協(xié)議。其類設(shè)計(jì)見圖3。

從圖3可以看出，TVJXRay類中持有MSCOMM控件的指針，因此可以在TVJXRay中對串口進(jìn)行操作，TVJXRay類對象在TMainForm的OnCreate（）函數(shù)中被創(chuàng)建和初始化，通過其構(gòu)造函數(shù)把MSCOMM控件指針傳遞給了TVJXRay對象。

當(dāng)然，要在TVJXRay類中創(chuàng)建MSCOMM控件的實(shí)例也是可以的，只是單獨(dú)編寫代碼創(chuàng)建COM控件比較麻煩，我們采用了VCL的控件管理方式，在主窗體中自動創(chuàng)建控件[6]。

從圖3還可看到，TVJXRay類派生自TThread類，這是由于程序需要監(jiān)測串口，為了使串口操作不占用主線程，采用了多線程的方式，需要對Execute（）函數(shù)進(jìn)行重載，主要的任務(wù)是解析控制器發(fā)來的命令，以及每750ms內(nèi)重置看門狗通信計(jì)時(shí)器。Execute（）函數(shù)的部分實(shí)現(xiàn)代碼如下：

void __fastcall TVJXray：：Execute（）

{AnsiString RBuffer，RcvText；

if（！pcomm→PortOpen） return；

RBuffer=pcomm→Input；

RcvText=""；

do

{if（pcomm→InBufferCount）

{ RBuffer=pcomm→Input；

RcvText+=RBuffer；

Response（RcvText）； //Response Process

}

if（m_RayOn）

{ pcomm→Output=WDTE；

Sleep（600）； //<750ms

}

Sleep（10）；

}while（！Terminated）；

}

雖然也可以使用MSCOMM控件的OnComm（）事件，接收和處理串口的信息，但是那樣的話必須在TMainForm中去處理，增加了TVJXRay類和TMainForm類的耦合，對增加的每個(gè)串口都要分別處理OnComm（）消息，不利于多串口的開發(fā)。

由于采用了C++類實(shí)現(xiàn)方式，封裝了光機(jī)的通信協(xié)議，當(dāng)應(yīng)用中有多個(gè)這樣的光機(jī)時(shí)，只需要創(chuàng)建一個(gè)新的TVJXRay（）實(shí)例就可以了，圖3中就創(chuàng)建了2個(gè)實(shí)例，即一臺上位機(jī)可以控制多臺光機(jī)同時(shí)工作。

運(yùn)行結(jié)果

C++ Builder不僅可以快速做出漂亮的界面，而且支持COM控件和多線程機(jī)制，COM控件可以在設(shè)計(jì)時(shí)拖放到主界面上，實(shí)現(xiàn)控件的設(shè)置和初始化；封裝的TThread類也很方便，重載Execute（）函數(shù)就實(shí)現(xiàn)了多線程，因此，C++ Builder是一個(gè)不錯的基于C++語言的快速開發(fā)平臺[9-10]。

通過MSCOMM控件，實(shí)現(xiàn)了串口的通信，繼承C++ Builder的Thread類，實(shí)現(xiàn)了多線程，同時(shí)，采用類封裝了IXS系列光機(jī)控制器的通信協(xié)議，在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)了對IXS系列的射線光機(jī)的控制，可以監(jiān)測其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)看門狗通信，同時(shí)也支持對多臺光機(jī)光機(jī)的控制，從實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果看，效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 屠耀元. 射線檢測技術(shù)[M]. 上海： 上海世界圖書出版社， 1997.

[2] IXS系列X射線光機(jī)[EB/OL]. [2014-10-24]. www.vjt.com.

[3] 何小海，嚴(yán)華. 微機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2006.

[4] 高迎慧. C++Builder實(shí)現(xiàn)RS-232串口通信的研究[J]. 儀器儀表用戶， 2009（6）： 37-38.

[5] 張志明. MSCOMM ActiveX控件在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)串行通信編程中的應(yīng)用[J]. 電子質(zhì)量， 2002（10）： 25-30.

[6] 李海燕. 基于ActiveX控件的串口通信技術(shù)[J]. 電腦與電信， 2007（12）： 58-60.

[7] Jan Axleson.串行端口大全[M]. 北京：中國電力出版社，2001.

[8] Erich Gamma， etc. Design Patterns： Elements of Reusable Object-Oriented Software[M]. Pearson education， Inc. 2002.

[9] 范逸之. C++ Builder與RS-232串行通信控制[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2002.

[10] 余明興，吳明哲，黃世陽等. Borland C++Builder6程序設(shè)計(jì)經(jīng)典[M] . 北京： 科學(xué)出版社， 2004.