湯佳明，安偉

（江南大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇無錫214122）

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車許多系統(tǒng)使用了大量傳感器和電子控制單元[1]，相應(yīng)的軟件開發(fā)需求也不斷增加。同時，傳感器采集的數(shù)據(jù)不僅是一種巨大的經(jīng)濟資產(chǎn)[2]，也是設(shè)計優(yōu)化與生產(chǎn)改良的重要來源。因此，針對當(dāng)前車輛系統(tǒng)軟件化程度不斷提升的趨勢與項目需求，開發(fā)相應(yīng)的上位機通信界面與數(shù)據(jù)庫管理軟件極為必要。

Delphi是一款可創(chuàng)建應(yīng)用服務(wù)器與客戶端應(yīng)用[3]的商業(yè)軟件。在使用由傳統(tǒng)面向過程的Pascal語言發(fā)展而來的Object Pascal語言[4]與數(shù)據(jù)庫語言的同時，包含面向?qū)ο蟮目梢暬_發(fā)模塊，可在Windows環(huán)境下開發(fā)各類應(yīng)用程序，在用戶界面與數(shù)據(jù)庫設(shè)計方面應(yīng)用廣泛。因此，考慮其簡易高效、成熟度高等特點[5]，本文采用Delphi7.0開發(fā)上位機數(shù)據(jù)通信界面與數(shù)據(jù)庫管理軟件。

1 設(shè)計思路

本文設(shè)計的上位機數(shù)據(jù)通信界面也被稱為用戶界面，主要作用為使用戶能夠根據(jù)需求通過串口發(fā)送涉及汽車尾氣后處理過程的各類專用參數(shù)數(shù)據(jù)，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度壓力、進/排氣壓力等。

在設(shè)計用戶界面的同時，為方便對參數(shù)數(shù)據(jù)進行管理與編輯，將其統(tǒng)一置于數(shù)據(jù)庫文件中，并根據(jù)實際需求設(shè)計了相應(yīng)的簡易數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件。數(shù)據(jù)庫作為一類包含數(shù)據(jù)屬性描述的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集合，具有數(shù)據(jù)采集、編輯、開發(fā)、共享等功能，是當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代最基本的數(shù)據(jù)存儲單元之一，應(yīng)用前景廣闊。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可對數(shù)據(jù)庫實施統(tǒng)一管控，根據(jù)使用的數(shù)據(jù)軟件類型分為大中型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，前者基于Oracle、SQL Server、Sybase等軟件開發(fā)，后者一般使用Access開發(fā)。本文在設(shè)計過程中采用MicrosoftAccess建立數(shù)據(jù)庫文件，這也是目前應(yīng)用最廣泛的桌面數(shù)據(jù)庫編輯系統(tǒng)[6]，屬于小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

2 上位機通信界面設(shè)計

根據(jù)項目開發(fā)要求，上位機數(shù)據(jù)通信工作方式分為按照控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議單點數(shù)據(jù)發(fā)送與Excel表格數(shù)據(jù)發(fā)送兩種。單點數(shù)據(jù)發(fā)送即每次發(fā)送單個參數(shù)數(shù)據(jù)；表格數(shù)據(jù)發(fā)送則是選擇一個或多個以表格形式存在的參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送數(shù)量較多。在明確設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，將界面分為4個功能模塊：通訊設(shè)置模塊、工作方式模塊、單點發(fā)送模塊、表格發(fā)送模塊，前兩者作用為選擇發(fā)送端口和波特率、選擇發(fā)送模式，后兩者實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)發(fā)送模式的切換，上位機用戶界面工作流程如圖1所示。

圖1 用戶界面工作流程

2.1 數(shù)據(jù)讀取實現(xiàn)

實現(xiàn)界面功能的首要環(huán)節(jié)是讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的讀取按照工作方式也分為單點讀取和表格讀取兩類。

在單點數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，每個CAN數(shù)據(jù)前均有信息識別碼，用于區(qū)分特定數(shù)據(jù)，在此也為每個參數(shù)設(shè)置了單獨的兩字節(jié)CAN線識別碼，統(tǒng)一用a[1]、a[2]表示，用于識別并讀取單點參數(shù)，以“發(fā)送機轉(zhuǎn)速”參數(shù)為例，其CAN線識別碼為：a[1]=1，a[2]=0。

在表格數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，由于數(shù)據(jù)以Excel文件形式編輯，故需準(zhǔn)確定位與引用文件，這涉及到了文件資源的分配操作。在Delphi7.0中，通常使用try…finally語句保證文件的讀取和釋放，實現(xiàn)讀取表格文件功能的部分代碼如下：

2.2 數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)

數(shù)據(jù)處理過程分為解析和發(fā)送兩步，即將數(shù)據(jù)解析為規(guī)定格式后發(fā)送。在汽車電子系統(tǒng)的開發(fā)過程中，涉及電控系統(tǒng)—尤其是數(shù)據(jù)傳輸處理模塊—的開發(fā)時，通常根據(jù)CAN總線協(xié)議設(shè)計。作為由德國Bosch公司推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù)，其被廣泛應(yīng)用于車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域[7]，我國也根據(jù)CAN標(biāo)準(zhǔn)制定了適用于國內(nèi)汽車開發(fā)領(lǐng)域的《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）通信協(xié)議》（本文在此簡稱《協(xié)議》），《協(xié)議》規(guī)定了汽車電子系統(tǒng)開發(fā)過程中所涉及參數(shù)的數(shù)據(jù)范圍、分辨率、數(shù)據(jù)長度、類型等屬性，設(shè)計過程中根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)解析數(shù)據(jù)格式。在車輛發(fā)動機測試過程中，也有使用Delphi開發(fā)發(fā)動機電子測試系統(tǒng)的實例[8]，在此可以作為參考。

以“發(fā)動機轉(zhuǎn)速”參數(shù)為例：《協(xié)議》中規(guī)定其數(shù)據(jù)長度為兩個字節(jié)，數(shù)據(jù)范圍為0-8031.875rpm（轉(zhuǎn)/分鐘），分辨率為0.125rpm/位遞增，類型為測量值，故在此將轉(zhuǎn)速分為高位和低位兩個字節(jié)，每個字節(jié)分兩部分發(fā)送，解析代碼如下：

由于轉(zhuǎn)速分辨率為0.125=1/8，所以將緩沖量放大8倍后進行解析運算，解析完成后通過串口端發(fā)送數(shù)據(jù)。a[5]、a[6]組成發(fā)動機轉(zhuǎn)速低位字節(jié)，a[7]、a[8]組成轉(zhuǎn)速高位字節(jié)。同時，由于串口只能發(fā)送字符型變量，故在發(fā)送前需將解析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符型數(shù)據(jù)，在此使用轉(zhuǎn)換字符char（）將解析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符型量后經(jīng)串口發(fā)送，轉(zhuǎn)化語句如下：

MSComm1.Output:=char（a[5]）；

2.3 用戶界面顯示

編譯完成的用戶通信界面如圖2所示。界面分為四個功能區(qū)，通訊設(shè)置完成后指示燈變?yōu)榧t色，選擇工作方式后即可在對應(yīng)模塊區(qū)域進行操作，如當(dāng)前確定單點發(fā)送后在對應(yīng)區(qū)域選擇參數(shù)發(fā)送即可。

圖2 用戶通信界面

3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的編輯與管理功能，典型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通常分為三部分：用戶界面、數(shù)據(jù)訪問鏈路和數(shù)據(jù)庫文件，三者組成一個完整的數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)。在設(shè)計過程中，如何訪問和連接數(shù)據(jù)庫是關(guān)鍵。目前，Delphi提供并支持兩種數(shù)據(jù)庫訪問連接方式：數(shù)據(jù)引擎（Borland Database Engine，BDE）方式和動態(tài)數(shù)據(jù)對象（Active Data Objects，ADO）方式[9]。

BDE方式是Borland公司自身開發(fā)的專用數(shù)據(jù)庫連接方式，通過BDE組件連接。ADO全稱為動態(tài)數(shù)據(jù)對象，是由微軟公司開發(fā)的一種訪問數(shù)據(jù)庫的常用技術(shù)，由一組組件模型構(gòu)成，簡潔易控、功能豐富[10]、占用內(nèi)存少[11]。兩者相比，ADO技術(shù)應(yīng)用廣泛，在工業(yè)生產(chǎn)[12-13]與軌道交通領(lǐng)域[14]均有應(yīng)用實例。Delphi中的ADO技術(shù)是Borland公司基于微軟ADO數(shù)據(jù)庫連接引擎開發(fā)的一種數(shù)據(jù)連接方法，其優(yōu)勢在于當(dāng)使用到該數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)時，不需要對數(shù)據(jù)庫驅(qū)動打包。同時，由于Delphi采用的是本地編譯器直接生成技術(shù)[15]，在設(shè)計數(shù)據(jù)庫管理軟件時執(zhí)行效率較高，因此在此選擇ADO數(shù)據(jù)庫連接方式。

采用ADO組件的數(shù)據(jù)庫連接方式如圖3所示。Access數(shù)據(jù)庫需通過ADO連接方式對數(shù)據(jù)進行訪問[16]，經(jīng)由數(shù)據(jù)控制組件訪問數(shù)據(jù)庫，通過顯示組件進行查詢編輯。

圖3 ADO連接方式

數(shù)據(jù)庫管理軟件包含3個主功能：數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)添加、數(shù)據(jù)刪除，同時，考慮到數(shù)據(jù)庫所含數(shù)據(jù)較多，所以在修改和刪除前添加數(shù)據(jù)查詢功能，以上均為目前項目開發(fā)過程中使用最頻繁的功能。因此，用戶界面也基于這一需求設(shè)計為修改數(shù)據(jù)、添加數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)三大部分，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)工作流程

3.1 數(shù)據(jù)修改與刪除功能設(shè)計

數(shù)據(jù)修改界面用于查詢并修改指定數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)刪除界面用于查詢并刪除用戶指定數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)庫往往包含大量數(shù)據(jù)，故實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢功能是關(guān)鍵，兩者均遵循“先查詢后操作”的原則，界面布局也相同。在本文設(shè)計的數(shù)據(jù)庫中，單個數(shù)據(jù)通常包含編號、名稱、單位、數(shù)值等多個屬性，其中僅編號與名稱具有唯一性，故將二者作為查詢關(guān)鍵詞。以根據(jù)參數(shù)編號查詢參數(shù)為例，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢功能的部分代碼如下：

3.2 數(shù)據(jù)添加功能設(shè)計

數(shù)據(jù)添加界面用于根據(jù)需求增加參數(shù)，拓展數(shù)據(jù)范圍。此處輸入的增添數(shù)據(jù)與修改時有區(qū)別，主要在于編輯組件的不同。此處用到了控制組件中的TDBEdit組件，這是一類單行字段編輯框組件，可編輯修改數(shù)據(jù)集中一個特定字段的值。實現(xiàn)數(shù)據(jù)添加功能的部分代碼如下：

3.3 界面顯示

圖5 系統(tǒng)運行界面

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運行顯示界面如圖5所示。3個功能頁面置于同一窗體中，點擊不同的頁面標(biāo)簽完成功能切換，頁面均包含左側(cè)的表格數(shù)據(jù)顯示與右側(cè)的屬性編輯界面，不同之處在于修改和刪除功能頁面增加了位于左下方的查詢功能。圖中，圖（a）為修改編號為10的參數(shù)數(shù)據(jù)界面，圖（b）增添了編號為157的參數(shù)，圖（c）則通過刪除功能刪除了新增的157號參數(shù)。

4 結(jié)論

本文說明了基于CAN通信標(biāo)準(zhǔn)的上位機用戶數(shù)據(jù)通信界面和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理軟件的設(shè)計過程。使用Delphi開發(fā)用戶界面和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件，解決了汽車后處理系統(tǒng)開發(fā)過程中數(shù)據(jù)的通信與管理問題，在降低軟件成本的同時具有良好的擴展性。其中，用戶界面根據(jù)CAN通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送格式，采用可視化模塊組件進行界面布局，簡潔方便；簡易數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通過ADO方式構(gòu)建訪問鏈路以連接數(shù)據(jù)庫與用戶界面，設(shè)置ADO表格連接組件與數(shù)據(jù)源模塊控制系統(tǒng)界面的數(shù)據(jù)顯示。

總體而言，上位機界面與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)達到了設(shè)計要求，能夠執(zhí)行特定的數(shù)據(jù)通信與編輯任務(wù)，對依托更高級工具平臺的深入開發(fā)過程具有一定參考價值。但其仍存在不足之處，主要在于通信界面與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能較少，無法滿足較復(fù)雜的通信管理任務(wù)，需進一步拓展功能。