【基于v3s的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)11000字（論文）】

II基于v3s的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐目錄TOC\o"1-3"\h\u142841緒論 1181241.1課題的研究背景 1323431.2課題的研究意義 169812課題相關(guān)技術(shù)的基本原理 2261712.1嵌入式微控制器 268602.2串口通信 332462.3MODBUS協(xié)議 3226462.4生物過(guò)濾技術(shù) 4246483監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 4227913.1系統(tǒng)概述 423273.2監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì) 523483.3v3s 6313713.3.1v3s簡(jiǎn)介 6108193.3.2v3s基本系統(tǒng) 6178063.3.3v3s圖形編輯器 747433.4OPC通信. 8134373.4.1OPC概念 8173213.4.2OPC服務(wù)器與客戶機(jī)的概念 9184083.4.3OPC的數(shù)據(jù)訪問(wèn)方法 9130794監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 987614.1硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概述 9147134.2外圍硬件電路設(shè)計(jì) 1086304.2.1電源電路 1028694.2.2JLINK接口電路 1090874.2.3復(fù)位電路 11271314.2.4RS232通信及調(diào)試接口 12326204.2.5SPI驅(qū)動(dòng)LED顯示電路 12326664.3傳感器模塊電路設(shè)計(jì) 1330704.3.1傳感器模塊構(gòu)成 1353054.3.2傳感器特點(diǎn) 13129954.3.3傳感器模塊電路設(shè)計(jì) 14107945系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試 1484035.1v3s報(bào)警界面的測(cè)試 14291635.2v3s變量歸檔界面的測(cè)試 16154515.3串口的測(cè)試 16197295.4傳感器模塊的測(cè)試 1739175.5系統(tǒng)整體測(cè)試 1824115總結(jié)與展望 206309參考文獻(xiàn) 221緒論1.1課題的研究背景隨著人民的生存和環(huán)境保護(hù)日益加強(qiáng)，對(duì)居住的空氣品質(zhì)提出了更高的要求。在化學(xué)過(guò)程中，產(chǎn)生的污染是必然的。產(chǎn)業(yè)尾氣是指在工廠生產(chǎn)和使用過(guò)程中，由各種排放到大氣中的各種污染氣體的統(tǒng)稱。其中，以微粒污染為主；主要成分是SOz;以NO和NO為主要成分的氮化合物，CO和COz主要含碳化合物，碳?xì)浠衔锖秃u化物?？諝馕⒘Ｎ廴疚锸且环N有毒的有機(jī)物質(zhì)，一旦進(jìn)入肺內(nèi)，未分解的沉淀物質(zhì)就會(huì)被人體的細(xì)胞所吸附，對(duì)人體的損害和損害，最后進(jìn)入肺內(nèi)導(dǎo)致肺水腫，沉淀物一旦被溶化，就會(huì)進(jìn)入血液，導(dǎo)致血液中毒。硫磺類物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致支氣管的緊縮和喉嚨的抽搐，從而導(dǎo)致鼻腔出血、呼吸困難等癥狀。氮氧類物質(zhì)與血紅素的粘附性很好，一旦與其發(fā)生反應(yīng)，就會(huì)產(chǎn)生亞硝基血紅素和亞硝基鐵血紅蛋白，從而使血液的氧氣供應(yīng)減少，造成機(jī)體缺氧，造成中樞癱瘓，嚴(yán)重的會(huì)造成窒息致死。氟化物具有極強(qiáng)烈的刺激性和腐蝕性，能被呼吸道粘膜、皮膚和腸道所吸附，從而導(dǎo)致氟骨病、牙齒酸蝕癥、鼻粘膜潰瘍等多種病癥。光化學(xué)氧化對(duì)人體各個(gè)臟腑均有較強(qiáng)的刺激，會(huì)導(dǎo)致呼吸障礙、視力下降、損傷腦部及肺氣腫，長(zhǎng)期毒性還會(huì)導(dǎo)致染色體異常，使機(jī)體老化加快，使肺對(duì)病菌的免疫力下降。為了推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展方式，我國(guó)已建立了各種有害物質(zhì)的排放指標(biāo)，并對(duì)各個(gè)化工企業(yè)的廢氣進(jìn)行治理。1.2課題的研究意義化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)的廢氣（如：氨；如果SO2等）的污染物超過(guò)一定的標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大的危害，并對(duì)人類和動(dòng)物的生命安全構(gòu)成重大的影響。環(huán)境保護(hù)單位要加強(qiáng)對(duì)化工廠的管理，降低有毒氣體的排放量，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這是保證周邊居民身體健康和環(huán)境保護(hù)的重要條件，所以化工廠必須要安裝相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)。以組態(tài)軟件為中心的工業(yè)監(jiān)測(cè)管理是現(xiàn)代化管理與控制的重要工具，它能實(shí)時(shí)、真實(shí)地提供被監(jiān)測(cè)的目標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)等信息，從而為企業(yè)的管理提供實(shí)時(shí)的信息，從而大大地促進(jìn)了企業(yè)的管理和管理。同時(shí)，采用了傳感技術(shù)和數(shù)碼通訊技術(shù)，能夠及時(shí)的將所收集的資料傳送給車間的監(jiān)視者，使監(jiān)視者能夠?qū)崟r(shí)、遠(yuǎn)程的查看和查閱。利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控或存檔的歷史資料，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行直觀的剖析，從而提高生產(chǎn)效率，加強(qiáng)安全生產(chǎn)，提高產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)還可以利用網(wǎng)路，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)和安排，為生產(chǎn)的生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)支撐。特別是在出現(xiàn)安全事故時(shí)，通過(guò)配置軟件數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，能夠迅速查找出事故的成因，并從中汲取經(jīng)驗(yàn)，防止再出現(xiàn)此類事件。2課題相關(guān)技術(shù)的基本原理2.1嵌入式微控制器ARM單片機(jī)是Acorn公司第一款面向低成本的RISC單片機(jī)，更早期被稱作AcornRISC機(jī)器。ARM的三個(gè)主要特征是：16-32-32-指令集，功耗低，但是性能非常強(qiáng)勁，并且有很多的合作伙伴。ARM的架構(gòu)可分成兩類，一類是復(fù)合指令集合電腦（CISC)，一類是簡(jiǎn)化指令集合電腦（RISC）。目前ARM架構(gòu)的擴(kuò)展包含：(1)用于改進(jìn)編碼濃度的Thumb16位的命令集合；(2)一組算術(shù)操作命令，用于DSP;(3)Jazeller支持Java字節(jié)代碼的直接運(yùn)行；本文使用LPC2132作為主電路，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的主電路。圖2.1LPC21322132芯片LPC2132采用ARM7TDMI-S單片機(jī)，該單片機(jī)支持即時(shí)模擬和嵌入式追蹤，內(nèi)置了一種快速閃存。LPC2132以小端字節(jié)次序來(lái)配置ARM7TDMI-S。LPC2132是一個(gè)微型LQFP64芯片組，芯片內(nèi)部Boot加載程序可以在程序中進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，扇區(qū)擦除或全塊清除需要400ms，并且1ms可以對(duì)256個(gè)字節(jié)進(jìn)行編程。LPC2132單片機(jī)包括一個(gè)10位8路A/D變換器，總共16個(gè)模數(shù)信號(hào)，各信道的變換速度為2.44us;2個(gè)32位計(jì)數(shù)/計(jì)時(shí)裝置（4個(gè)比較信道和4個(gè)采集信道）;監(jiān)控犬和PWM（6個(gè)）模塊，多個(gè)串口包含2個(gè)行業(yè)UART;SPI,SSP（具有緩存能力，不固定的資料）和2個(gè)C介面：采用芯片內(nèi)鎖相環(huán)，最大工作頻率60MHz，穩(wěn)定期100us;芯片內(nèi)部的晶體振蕩幅度為1-30兆赫；單一電源為3.3V,VO端口最大可支持5V。這一系列的外部設(shè)備的配置，讓LPC2132芯片在下列情況中發(fā)揮了關(guān)鍵作用：(1)馬達(dá)的傳動(dòng)及應(yīng)用的控制；(2)醫(yī)學(xué)和手機(jī)裝置；(3)PC機(jī)的外部設(shè)備及GPS系統(tǒng)；(4)行業(yè)用途：PLC，打印機(jī)，變頻器，掃描器；(5)警報(bào)系統(tǒng)、暖氣通風(fēng)及視訊系統(tǒng)等。2.2串口通信串口通訊以位方式收發(fā)報(bào)文。盡管與以字節(jié)通信的平行通信相比，串口可以使用兩條線路來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)的接收。IEEE488規(guī)范了在平行通訊情況下，裝置的總線長(zhǎng)度不得超過(guò)20m，兩臺(tái)裝置的間距不得超過(guò)2m9。接地線路用于串口線；傳輸線路；接收機(jī)線路以ASCI編碼的形式傳送文字，而其他線路則是為了進(jìn)行通信。為了使兩個(gè)端口進(jìn)行串行通訊，兩個(gè)串行接口的波特率、數(shù)據(jù)位停止位以及奇偶數(shù)據(jù)的校驗(yàn)值均應(yīng)一致。波特率：這個(gè)指標(biāo)是一個(gè)表示碼元的傳輸速度，也就是單位時(shí)間里傳遞的字元數(shù)目，例如1s能發(fā)出240個(gè)字，而每個(gè)字也包含10位（1開(kāi)始，1個(gè)終止位，8個(gè)數(shù)據(jù)位），這時(shí)的波特率是240Bd，位速率是10位*240/s=2400bps。一般而言，電話線路具有14400,28800和36600的帶寬。波特率與間距呈反比例關(guān)系。資料位：它是通訊中真實(shí)資料位的一個(gè)參考。如果電腦發(fā)送信息分組，那么真正的資料往往不是8位，-通常是6,7或8位11。如何設(shè)定依賴于所傳輸?shù)馁Y訊。例如ASCII代碼（7-127）的標(biāo)準(zhǔn)ASCII代碼。ASCII代碼的擴(kuò)充范圍為0~255（8位）.終止位：代表單一數(shù)據(jù)包的末尾數(shù)字。通常是1,1.5,2位。因?yàn)槊恳慌_(tái)裝置都有其自身的特點(diǎn)，因此在裝置中會(huì)產(chǎn)生不同的步驟。因此，用一個(gè)停止位來(lái)修正總是保持一致。增加的停止位將導(dǎo)致傳送速度降低。奇偶校驗(yàn)位：有四種錯(cuò)誤檢測(cè)方式：偶、奇、高、低。沒(méi)有檢查也行。在對(duì)偶校驗(yàn)和奇檢驗(yàn)時(shí)，串口將會(huì)為確保資料擁有一定數(shù)量的邏輯高階。這樣的檢驗(yàn)并非檢驗(yàn)資料的準(zhǔn)確性，而在于檢驗(yàn)有無(wú)噪音的干擾。這樣，接收機(jī)就能獲得一位的狀況，并能判定是否通信中存在噪音，是否傳輸與接受的資料不能保持一致。2.3MODBUS協(xié)議Modbus是一種用于工業(yè)領(lǐng)域的總線通信。通過(guò)Modbus，在工業(yè)控制系統(tǒng)中，各個(gè)控制器可以通過(guò)聯(lián)網(wǎng)和其它裝置進(jìn)行信息交流，目前Modbus的通信協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中是通用的。通過(guò)Modbus，各個(gè)廠家的工廠生產(chǎn)的各種工廠控制裝置可以連接在一起，形成一個(gè)龐大的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。Modbus通信協(xié)定提供一種可以被所有的控制器所辨識(shí)的數(shù)據(jù)幀格式，而無(wú)需考慮到不同的設(shè)備間的信息交換。該格式說(shuō)明了控制器怎樣要求存取其它裝置，怎樣回饋其它裝置的要求，以及怎樣偵測(cè)故障紀(jì)錄。當(dāng)一個(gè)控制器和多個(gè)裝置進(jìn)行通訊時(shí)，這個(gè)控制器就是一個(gè)Modbus的主機(jī)，而單個(gè)的裝置就是一個(gè)Modbus的從屬。Modbus協(xié)議需要宿主了解每個(gè)從屬服務(wù)器的位置，并根據(jù)從站的位置來(lái)判斷要不要響應(yīng)和響應(yīng)，如果宿主想要響應(yīng)，則會(huì)用Modbus的方式傳送。2.4生物過(guò)濾技術(shù)近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已有不少?gòu)S商接受了采用生化技術(shù)，尤其是其工藝的環(huán)保親和力及設(shè)備建設(shè)運(yùn)作的低費(fèi)用，更符合各大廠商的需要。目前，生物過(guò)濾技術(shù)已成為世界各國(guó)公認(rèn)的環(huán)保技術(shù)。常規(guī)的工業(yè)廢水的治理，存在著化學(xué)清洗、活性炭吸附、高溫氧化等問(wèn)題，而生物濾池則可以解決上述問(wèn)題，利用天然的天然原料，避免了化學(xué)和化學(xué)藥劑和添加劑的污染，因此，生物過(guò)濾技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、能耗小、施工安全、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。與其他的技術(shù)相比，這一技術(shù)的適用范圍和影響范圍更加廣，其使用范圍也更加廣。自然界中的微生物和微生物可以將工業(yè)廢水進(jìn)行氧化、降解，而生物濾池正是通過(guò)這種特性來(lái)達(dá)到煙氣凈化和凈化的作用。生物濾池是利用一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)將被凈化的工業(yè)廢水經(jīng)一條管線送入生物處理站，在入口經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的預(yù)熱，溫度和濕度都會(huì)經(jīng)過(guò)該設(shè)備的底層生物濾池中的固相（填充劑），而這些物質(zhì)則會(huì)被吸附在該反應(yīng)器上的微生物進(jìn)行氧化降解。由于微生物的成長(zhǎng)要求適宜的有機(jī)物，所以必須在生物處理設(shè)備中營(yíng)造適宜的溫度、濕度、氧氣含量和充足的營(yíng)養(yǎng)素。通過(guò)保證微生物的活力，可以使工業(yè)尾氣達(dá)到天然的降解率。3監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)概述該工程來(lái)自貴陽(yáng)某化工企業(yè)的一次尾氣治理工程，其排放的煙氣中含有大量的H2S、CS2、含硫有機(jī)氣體等。廢水的凈化利用生物濾池技術(shù)，將廢水經(jīng)空氣送往生物脫臭箱，入口的增濕裝置可將不符合工藝要求的工業(yè)廢氣進(jìn)行增濕，以達(dá)到比較好的相對(duì)濕度，再由生物濾池中的微生物作為載體，將污染物質(zhì)吸附在填料上，再由微生物進(jìn)行氧化，最終實(shí)現(xiàn)尾氣的消化和降解。由于環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)要加強(qiáng)對(duì)化工企業(yè)的監(jiān)督管理，需要對(duì)化工企業(yè)的尾氣進(jìn)行即時(shí)的分析，因此需要在原有的系統(tǒng)中增設(shè)一個(gè)監(jiān)視裝置，對(duì)裝置運(yùn)行狀況和各項(xiàng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，可以很方便地通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)故障所在，從而達(dá)到有效的自動(dòng)控制。圖3.1和3.2顯示了生化脫臭盒的頂視圖和前視圖。圖3.1廢氣處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)俯視圖圖3.2廢氣處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)正視圖3.2監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于OPC技術(shù)的V3s系統(tǒng)，該系統(tǒng)不能與ARM進(jìn)行通信，因此V3s系統(tǒng)不能與ARM進(jìn)行通信。OPC系統(tǒng)擁有統(tǒng)一和非專用的界面，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的有效傳輸。本文所完成的監(jiān)測(cè)體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)表3.3。圖3.3監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)通過(guò)配置程序V3s來(lái)設(shè)計(jì)監(jiān)視屏幕，使其成為PC的監(jiān)測(cè)軟件。通過(guò)在LOCAL的通道下設(shè)置KepServer作為OPC組的系統(tǒng)參數(shù)，可以與OPCServer（KepServer）進(jìn)行聯(lián)機(jī)。KepServer是Modbus中的主設(shè)備，通過(guò)ARM的控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的連續(xù)數(shù)據(jù)收集。ARM控制器采用串行接口，接收由主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)收集指令，再由主機(jī)進(jìn)行采樣和處理，再由主機(jī)進(jìn)行串口傳輸至主機(jī)，由V3s組成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到PersonalComputer的地區(qū)監(jiān)測(cè)中心的作用。3.3v3s3.3.1v3s簡(jiǎn)介視窗控制中心（WindowsControlCenter）是由SIEMENS和Microsoft共同開(kāi)發(fā)的開(kāi)放過(guò)程視覺(jué)系統(tǒng)。v3s可以用于簡(jiǎn)單的工業(yè)應(yīng)用，也可以用于多個(gè)用戶的復(fù)雜的多用戶，即使在具有多個(gè)伺服器和客戶機(jī)的分布控制中。V3s是基于PC平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)商監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，V3sV7.0是基于WindowsXP+SP2平臺(tái)上的HMI(HumanMachineInterface)，該SCADA級(jí)別的運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能非常強(qiáng)，并且具有很高的性價(jià)比。v3s最大的優(yōu)勢(shì)在于完全向使用者敞開(kāi)，易于整合各種標(biāo)準(zhǔn)化的工程項(xiàng)目，并能創(chuàng)建一個(gè)友好的人機(jī)接口，準(zhǔn)確地符合企業(yè)的實(shí)際需求。在此基礎(chǔ)上，采用了基于V3s技術(shù)的開(kāi)放式界面，實(shí)現(xiàn)了基于V3s技術(shù)的系統(tǒng)擴(kuò)充。在使用v3s的時(shí)候需要考慮下列問(wèn)題：(1)Windows的Home版本無(wú)法使用v3s，而大多數(shù)西門子公司的Windows系統(tǒng)沒(méi)有Home版本；(2)在檔案名稱及儲(chǔ)存通道上不得有中文，以免造成錯(cuò)誤的設(shè)置，此法則適用于大部分的西門子；(3)在進(jìn)行安全程序的時(shí)候，一定要首先關(guān)掉反病毒程序；否則，安裝將會(huì)失敗。比如在瑞星的時(shí)候，就啟動(dòng)了反病毒程序；防火墻可能會(huì)造成無(wú)法正常的設(shè)置。只有極少數(shù)的西門子授權(quán)的反病毒程序，如Symantec反病毒、TrendMicroOfficeScan和麥克菲VirusScan;(4)首次使用v3s未成功，在下一次使用之前，請(qǐng)徹底地將v3s上一次安裝完畢，并且不能保留相關(guān)的檔案，以免造成系統(tǒng)的安裝故障。最壞的結(jié)果，就是用新的系統(tǒng)來(lái)處理。3.3.2v3s基本系統(tǒng)v3s是一個(gè)模塊性的架構(gòu)。該軟件包括基礎(chǔ)v3s體系，并有很多v3s選項(xiàng)和v3s選項(xiàng)?；A(chǔ)V3s系統(tǒng)包括以下幾個(gè)子系統(tǒng)：圖像、警報(bào)、警報(bào)；文件系統(tǒng)，報(bào)告系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，以及使用者的系統(tǒng)，見(jiàn)圖3.4。圖3.4v3s界面在v3s開(kāi)始以后，打開(kāi)v3s專案管理器，然后在專案管理器下面的各種編輯器配置項(xiàng)下面的配置編輯器：(1)可變管理員：在使用者設(shè)定的專案中，用來(lái)管理變數(shù)及與裝置的溝通。(2)繪圖編輯：一個(gè)編輯程序，它可以按照使用者的要求來(lái)生成一個(gè)動(dòng)態(tài)的工廠圖片。V3s專案管理工具能夠在目前專案中展示所有可利用的圖片，并能在屏幕上以可視的方式呈現(xiàn)被監(jiān)視的即時(shí)資料。(3)警報(bào)紀(jì)錄：對(duì)警報(bào)資訊的收集與存檔，也就是對(duì)警報(bào)資訊的配置。(4)可變的紀(jì)錄：處理程序的數(shù)值存檔，并進(jìn)行管理。(5)報(bào)告編輯：一個(gè)報(bào)告的配置元件。報(bào)告編輯程序的設(shè)計(jì)是采用預(yù)設(shè)的架構(gòu)來(lái)滿足用戶的要求，或者建立新的架構(gòu)，以便于開(kāi)始的輸出。(6)全域指令碼：利用ANSI-C和VisualBasic，由程序開(kāi)發(fā)和修改功能，并利用程序代碼配置工程。(7)文檔圖書(shū)館：在系統(tǒng)中對(duì)各個(gè)模塊所用的不同的語(yǔ)言進(jìn)行編輯。(8)文字分發(fā)機(jī)：可以輸出并輸入與文字有關(guān)的文字。它可以導(dǎo)入目標(biāo)語(yǔ)言、獨(dú)立對(duì)象或?qū)ο笕?，輸出的資料經(jīng)過(guò)程序處理、翻譯后導(dǎo)入到工程中。(9)使用者管理員：設(shè)定使用者的刪除監(jiān)視使用者，并依個(gè)別情形指定各作業(yè)系統(tǒng)之存取。(10)跨指：檢索一個(gè)劇本中的圖片；一個(gè)功能；在文件和郵件中創(chuàng)建的變量、函數(shù)、OLE和ActiveX控制項(xiàng)的一些小部件可以通過(guò)交叉檢索來(lái)找到圖片的名字和變量。3.3.3v3s圖形編輯器v3s的圖像編輯器是用來(lái)建立流程圖像和動(dòng)態(tài)圖像的。v3s圖片編輯器的圖片檔案是用.PDL來(lái)進(jìn)行的?？梢栽谶@個(gè)資料庫(kù)中拷貝專案間的圖片。在圖3.5中顯示了v3s的圖像編輯器。圖3.5v3s圖形編輯器v3s的圖像編輯器具有以下特征：(1)操作簡(jiǎn)單，工具、平面和圖形面板簡(jiǎn)單；(2)整合了物體和圖像；(3)OLE2.0的開(kāi)源GUI和OLE2.0界面；(4)可配置的動(dòng)態(tài)，其帶有輔助支撐的屏幕物體；(5)可以使用該腳本語(yǔ)言將額外的庫(kù)功能包括在內(nèi)；(6)能夠與所建立的圖像物體相連接；(7)32比特的應(yīng)用程序，可以在視窗95和視窗NT上工作。3.4OPC通信.3.4.1OPC概念OPC是基于OLE/DCOM技術(shù)的一種嵌入式工藝控制標(biāo)準(zhǔn)，它是面向服務(wù)端和客戶端的統(tǒng)一開(kāi)放和開(kāi)放的技術(shù)規(guī)范。OLE(ObjectLinkingandEmbedding）是微軟為Windows系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間進(jìn)行信息交流而設(shè)計(jì)的一種技術(shù)。OPC是一種從資料源中獲取資料，并以一種標(biāo)準(zhǔn)的方法向所有的客戶端應(yīng)用程式傳送資料?，F(xiàn)在，制造商們可以開(kāi)發(fā)一款可重復(fù)使用的、深度優(yōu)化的伺服器，與資料供應(yīng)商進(jìn)行資料交換，維持資料儲(chǔ)存的效率，以及為伺服器的OPC介面，讓所有的顧客都能訪問(wèn)這些裝置。OPC是一個(gè)面向廣泛的、面向?qū)ο蟮拈_(kāi)放的嵌入式系統(tǒng)界面，可以使企業(yè)與PC端的軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交流。OPC在底層運(yùn)行，定義了在工作控制中的各個(gè)應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)互動(dòng)。3.4.2OPC服務(wù)器與客戶機(jī)的概念OPC和Client被界定為與超市相似的概念。OPC伺服器儲(chǔ)存各種可供選擇的商品，而這些商品則是伺服器讀取和寫(xiě)入整個(gè)過(guò)程的資訊地點(diǎn)，而顧客則如同一輛購(gòu)物車，在伺服器中穿梭，從中選取所需要的商品。OPC的資料項(xiàng)目是OPC與OPC服務(wù)器之間的互動(dòng)平臺(tái)。OPC群的目標(biāo)包括OPC項(xiàng)目，它可以讀取和寫(xiě)入全部OPC的數(shù)據(jù)，并且可以在多個(gè)構(gòu)建的組中使用相同的OPC工程。OPC伺服器在讀入特定的組別時(shí)，會(huì)從最近的處理序中讀出并進(jìn)行升級(jí)，包括由感應(yīng)器采集的資料、工業(yè)設(shè)備的參量與狀況資訊、網(wǎng)路聯(lián)機(jī)狀況等。OPC的體系結(jié)構(gòu)包括三種類型：服務(wù)器、組和數(shù)據(jù)項(xiàng)目。OPC客戶端以O(shè)PC服務(wù)器為主要的資料源，而OPC客戶端則是OPC服務(wù)器。OPC端采用串行方式向下位機(jī)的終端發(fā)出數(shù)據(jù)收集命令，再將其與OPC客戶端進(jìn)行信息交流。在此項(xiàng)目中，KepServer是OPC的一種OPC，它是由一個(gè)串行接口來(lái)接受ARM所收集到的資料，而v3s是OPC的客戶端，它可以從OPC的對(duì)應(yīng)信道上讀出OPC的資料，然后在監(jiān)視屏幕上進(jìn)行顯示。3.4.3OPC的數(shù)據(jù)訪問(wèn)方法OPC的讀取和寫(xiě)入分為兩類：同步讀取/寫(xiě)入與非同步讀取/寫(xiě)入。SynchronicReading:OPC的客戶端發(fā)送一個(gè)讀取和寫(xiě)入的要求，在接收到來(lái)自該客戶端的返回的數(shù)值之前停止運(yùn)行。異步讀?。篛PC的客戶端發(fā)送一個(gè)讀取和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)給一個(gè)服務(wù)器，當(dāng)它在等待一個(gè)返回的數(shù)值時(shí)，可以繼續(xù)進(jìn)行以下操作，直至它的資料被發(fā)送給客戶端。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和寫(xiě)入的同步方式，這種方式訪問(wèn)快速且不需要回調(diào)；該項(xiàng)目使用了非同步讀取和寫(xiě)入的方法，無(wú)需等待回收量，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢。4監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)4.1硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概述LPC2132控制器是底層計(jì)算機(jī)的主要組成部分。LPC2132利用RS232接口，從PC端接受主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并用傳感器模塊對(duì)氣體進(jìn)行采樣，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在LED數(shù)字管內(nèi)進(jìn)行顯示。在4中顯示了該硬件的整體架構(gòu)。圖4.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2外圍硬件電路設(shè)計(jì)4.2.1電源電路LPC2132的單片機(jī)與輸入/輸出端口共享3.3V的單一供電。LPC2132的供電線路見(jiàn)圖4.2,5VDC供電從USB端口CZ1輸出，二極管D2控制供電的ON，經(jīng)過(guò)C16和C20濾波，再將供電電壓穩(wěn)定到3.3V。LPC2132包括一個(gè)單獨(dú)的模擬功率插針V3A和VssA，為了減少噪音和錯(cuò)誤的可能性，應(yīng)當(dāng)將其與數(shù)字功率源相分離，L1、L2是功率絕緣單元（將數(shù)字功率的高頻率噪音隔絕）。圖4.2電源電路4.2.2JLINK接口電路采用ARM公司推薦的20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)JLINK標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)試，給出了JLINK插頭和LPC2132的連接。圖4.3LINK接口電路LPC2132中的JLINK在重置后允許使用，要想進(jìn)行JLINK模擬，需要在RTCK插頭上附加--個(gè)4.7K2的下拉電阻。若有必要將P1.26-P1.31作為/O端口，而不進(jìn)行JLINK模擬的錯(cuò)誤，那么LPC2132的JLINK界面可以被設(shè)定為PINSEL2的暫存器。4.2.3復(fù)位電路ARM處理器具有相對(duì)低的噪音容忍能力，因?yàn)樗哂泻芸斓乃俣群秃苄〉墓β氏?；同時(shí)由于電源的工作特性，如低壓等原因，對(duì)電源的紋波、順態(tài)響應(yīng)、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性以及電源監(jiān)控的效率都有很大的影響。該復(fù)位線路采用具有RC內(nèi)存的功率監(jiān)測(cè)晶片CAT1025JI-30，其電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4.4。圖4.4復(fù)位電路:在該圖中，該訊號(hào)針nRST連接到LPC2132晶片的重置插頭RESET上，在該重置按鍵RST被壓下后，CAT102511-30的RESET插針就會(huì)立刻發(fā)出重置訊號(hào)，以重置LPC2132晶片重置。說(shuō)明：當(dāng)采用CAT1025JI-30晶片時(shí)，REST管腳的下拉電阻、RESET管腳的.向上拉電阻等均不可忽略。4.2.4RS232通信及調(diào)試接口采用DB-9型插頭和MAX3232串口變換片來(lái)完成RS232的通訊，該插頭通常用作多個(gè)I0卡或主板上的串口，適用于0-20Kb/s的傳輸速度。在圖4.5中顯示了RS232的界面的基本原理。圖4.5RS232通信調(diào)試接口在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，PC下載程序?qū)⑴卸ü苣_3的電壓，在沒(méi)有準(zhǔn)備好的情況下，管腳3處于低電位，在數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒時(shí)，由微處理器將管腳3設(shè)為高。C7和C8等電容器具有同樣的功能，其主要的作用是預(yù)防靜電和防EMI。4.2.5SPI驅(qū)動(dòng)LED顯示電路LPC2132使用一個(gè)74HC595晶片來(lái)驅(qū)動(dòng)一-比特靜止共電極LED數(shù)字管，并將其與LPC2132的SPI界面的SCLK0和MOSIO連接，從而能夠向74HC595傳輸數(shù)據(jù)；將片選擇（RCK，也就是74HC595的輸出觸點(diǎn)）連接到P0.29端口，并通過(guò)P0.29的控制器74HC595進(jìn)行鎖存和輸出；而MISOO則與LPC2132的SPI界面相連，用于讀取資料。該系統(tǒng)能夠進(jìn)行SPI接口的檢測(cè)，并且能夠從MISO0中讀出74HC595的移位輸出信號(hào)。這一段線路是由JP10的接線開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行的。當(dāng)采用SPI接口的硬件主控模式時(shí)，將SPI0/1的4個(gè)I/O端口都設(shè)定成SPI函數(shù)，P0.4;P0.5;P0.6,P0.7，并且SSEL0/1管腳不能是低電位，通常要有10K歐姆的上拉阻。圖4.6SPI驅(qū)動(dòng)顯示電路4.3傳感器模塊電路設(shè)計(jì)4.3.1傳感器模塊構(gòu)成該系統(tǒng)采用LM393，可調(diào)電位計(jì)，MQ135型氣敏探測(cè)器構(gòu)成。LM393是一個(gè)雙相比較的電路.在所述容許供電范圍中，所述輸出負(fù)載電阻器可以連接于所述容許供電電壓范圍之內(nèi)的任何供電電壓，而不需由VCC端子的電壓來(lái)限制所述輸入的陷流。如果輸出晶體管停止工作，而輸出的電壓迅速升高，則表示已到達(dá)一個(gè)上限（16毫安），而輸出的飽和電壓則由一個(gè)約60歐姆的YSAT所限定。在較小的負(fù)荷電流下，在大約1.0mV的輸出晶體管上，使該輸出鉗制為零電平。MQ135氣體傳感器被安裝在一個(gè)塑料或不銹鋼的空腔中，它是一種小型的二氧化硅陶瓷管，一層二氧化硅敏感層，測(cè)量電極和加熱裝置，以保證MQ135的工作條件。該氣體傳感器4個(gè)插針，用來(lái)輸出信號(hào)，另外2個(gè)則用來(lái)供電。同時(shí)，由于大氣中的污染物含量增加，其導(dǎo)電性能也相應(yīng)提高。通過(guò)簡(jiǎn)單的線路，可以把導(dǎo)電系數(shù)的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)于氣體的輸出。4.3.2傳感器特點(diǎn)MQ135型氣敏元件是一種對(duì)氨的半導(dǎo)體感測(cè)器；對(duì)煙氣及其他危險(xiǎn)物質(zhì)的探測(cè)具有良好的敏感性。目前，半導(dǎo)體氣體傳感器已經(jīng)得到了最多的使用，這種傳感器具有良好的經(jīng)濟(jì)性能；該工藝具有工藝簡(jiǎn)潔，靈敏度高，對(duì)環(huán)境的敏感性較小，并且線路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在半導(dǎo)體氣敏元件之外，也出現(xiàn)一些常用的氣敏元件。例如，催化燃燒型的氣敏元件，其可供選用的氣體種類更少；熱導(dǎo)池型氣敏元件，屬于一種傳統(tǒng)的、適用面廣、受諸多制約的新型氣敏元件：另一種是剛剛開(kāi)始生產(chǎn)的、技術(shù)不成熟的、市面上很少見(jiàn)的紅外氣敏元件，生產(chǎn)費(fèi)用也相對(duì)昂貴。事實(shí)上，由于氣體傳感器自身存在著諸如交叉靈敏度等方面的缺點(diǎn)，單純依靠一個(gè)氣體傳感器無(wú)法對(duì)其進(jìn)行定性和定量的分析。若采用不同的傳感器組成一套氣敏元件，可大大改善對(duì)氣敏的探測(cè)效率。4.3.3傳感器模塊電路設(shè)計(jì)傳感器模塊電路如圖4.7所示。圖4.7數(shù)據(jù)采集電路在應(yīng)用之前，感應(yīng)器的溫度大約為20S，提供5V的DC電流。若DoUT終端（TTL高電平端子），則該輸出信號(hào)可以與LPC2132普通I0端口相連接，也可以與NPN型三極管（NPN）解控繼相連接，后者的工作是調(diào)整電壓跳躍的門限。從上述的線路可以看出，在探測(cè)器探測(cè)到煤氣時(shí)，LM393倒相端2點(diǎn)處的電壓與探測(cè)器探測(cè)到的氣體的密度呈比例關(guān)系。在該密度超出該電壓計(jì)RP所設(shè)置的一個(gè)闞值時(shí)，也就是該比較器倒相末端2個(gè)引腳的電壓大于該同相端子3個(gè)引腳的電壓。這時(shí)，對(duì)比器LM393的輸出是低壓，LED是開(kāi)著的，R3是LED的電流限制，c1是一個(gè)過(guò)濾電容器，而在沒(méi)有氣體被探測(cè)到的情況下，它就是一個(gè)高電平，它與供電電壓相等。若要進(jìn)行特定的氣體密度測(cè)量，則需要采用AOUT（AOUT）端子，而無(wú)需考慮電壓計(jì)，只需將AOUT引線與LPC2132AD的變換輸入端子進(jìn)行連接。在未探測(cè)到被測(cè)試的氣體時(shí)，AOUT的末端的電壓約為0V。在測(cè)量氣體時(shí)，每增加0.1V，測(cè)量的氣體的密度就提高20ppm(1ppm=1mg/kg=1mg/L=1x10-6）。通過(guò)該方程，可以將測(cè)量到的模擬電壓的數(shù)值轉(zhuǎn)換成LPC2132中的密度。輸出濃度與電壓之間的比率并非呈非線性，而呈現(xiàn)線性趨勢(shì)。5系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試5.1v3s報(bào)警界面的測(cè)試該系統(tǒng)的主要作用是：當(dāng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息超出警告編輯程序所設(shè)置的上限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告，經(jīng)及時(shí)的處置可以防止突發(fā)事件。在ResourceManager的接口中，創(chuàng)建一個(gè)“H2S”和一個(gè)“temp”的內(nèi)變量，一個(gè)16比特的非正負(fù)號(hào)的整型。在警報(bào)編輯程序中，設(shè)置消息塊、消息類別、修改“消息文本”的文字長(zhǎng)度以及“錯(cuò)誤點(diǎn)”的文字，配置H2S設(shè)置為100,temp為40,temp為21。將兩個(gè)輸入/輸出字段拉入到圖形編輯器，配置輸入/輸出字段與“H2S”、“temp”相關(guān)，選擇“計(jì)算機(jī)”并選擇“啟動(dòng)”標(biāo)簽上的“警報(bào)-記錄操作”和“圖像操作”。第一次試驗(yàn)，110被輸入到密度輸入?yún)^(qū)，45被注入到溫度輸入?yún)^(qū)，120被排出，20被送到密度輸入?yún)^(qū)，20被送到了圖5.1中。(a)(b)圖5.1報(bào)警界面測(cè)試兩個(gè)檢測(cè)的數(shù)值都超出了警報(bào)編輯器的極限，最后全部都是警報(bào)，檢測(cè)的結(jié)果是對(duì)的。5.2v3s變量歸檔界面的測(cè)試在“H2S”和“temperature”的兩個(gè)變量中，一個(gè)16比特的非正負(fù)號(hào)的整型。在一個(gè)可變的記錄儀中，配置計(jì)時(shí)器，建立程序的數(shù)值存檔。將“v3sOnlineTrendControl”和“v3sOnlineTableControl”控制項(xiàng)，將趨勢(shì)圖控制項(xiàng)的傾向和聯(lián)機(jī)表單控制項(xiàng)的數(shù)字欄與所創(chuàng)建的存檔變量進(jìn)行對(duì)應(yīng)，并將其設(shè)定為“5X1分鐘”。在系統(tǒng)開(kāi)始工作前，請(qǐng)?jiān)凇皢?dòng)”標(biāo)簽上打上“可變的紀(jì)錄操作”和“圖表操作”。開(kāi)始模擬，創(chuàng)建模擬變量，并將該模擬與“H2S"和“temperature”的變量聯(lián)系起來(lái)，即，模擬程序?qū)⑸傻臄?shù)據(jù)值分配到一個(gè)變量上。在模擬器中點(diǎn)選一個(gè)特性標(biāo)簽，把“H2S”作為一個(gè)從0到200的轉(zhuǎn)換曲線（上面的圖表），把一個(gè)變量“temperature”設(shè)為一個(gè)從0到45的轉(zhuǎn)換（下面的圖表），存檔接口的試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)圖5.2。圖5.2歸檔界面測(cè)試結(jié)果從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看到，存檔接口將模擬器所生成的資料準(zhǔn)確地記載下來(lái)。5.3串口的測(cè)試首先，在內(nèi)核控制器LPC2132上安裝了串口通訊測(cè)試軟件，并用串口線路將其與PC機(jī)相連。使用串行調(diào)試器做為Modbus的主機(jī)，向串行端口發(fā)出010300010001D5CA指令。-該框架總共8個(gè)字節(jié)，第1字節(jié)01代表Modbus從站（也就是，主機(jī)將指令傳送給哪一個(gè)從站）,03代表Modbus函數(shù)代碼，03代表讀保存寄存器的數(shù)字，01代表要讀的首位，0001代表要讀的資料號(hào)，D5CA代表CRC檢查代碼。若有，首先從第一六個(gè)字節(jié)中提取CRC檢查代碼來(lái)判定是否為真，如果確定為真，那么就會(huì)將該CRC檢查代碼返回到主控制器LPC2132,01代表原生地址，03代表功能性代碼，02代表讀入的存儲(chǔ)寄存器的兩倍數(shù)量，0000代表保存寄存器內(nèi)的信息，B844代表CRC檢查代碼。串口通訊的測(cè)試顯示在圖5.3中。圖5.3串口通信測(cè)試經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通信雙方采用Modbus協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸。5.4傳感器模塊的測(cè)試該傳感器模組VCC為+5V電壓，GND為穩(wěn)定電源，該傳感器AOUT連接至LPC2132P0.28引線，該控制器GND與該傳感器GND和該穩(wěn)壓電源負(fù)電極連接。將該數(shù)據(jù)獲取和處理軟件下載到LPC2132的核心控制器LPC2132中，將其置于大氣中，這時(shí)，該電壓被轉(zhuǎn)化成88ppm的密度，并由數(shù)字管來(lái)表示，見(jiàn)圖5.4。圖5.4傳感器模塊空氣測(cè)試接著把感測(cè)器放在瀘州特曲瓶口，按動(dòng)開(kāi)關(guān)，數(shù)字管內(nèi)的液相密度數(shù)值是559ppm，而感應(yīng)到的LED燈會(huì)發(fā)光，表示在這個(gè)時(shí)候，所測(cè)量的氣體密度實(shí)際數(shù)值所代表的電壓，已超出了電位計(jì)的設(shè)置。見(jiàn)圖5.5。圖5.5傳感器模塊酒精測(cè)試從上述兩個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，該系統(tǒng)能很好地工作。5.5系統(tǒng)整體測(cè)試在對(duì)所有的模塊進(jìn)行了性能檢測(cè)之后，就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行性能的檢測(cè)。在將所有的組件都安裝完畢之后，就可以進(jìn)行試驗(yàn)了。首先，利用傳感模組對(duì)氣體的密度進(jìn)行測(cè)量，然后將其傳輸?shù)街醒肟刂破鱈PC2132，再進(jìn)行處理后，將其輸出到數(shù)字管內(nèi)；在V3s和OPCServer之間建立了聯(lián)系，并在KepServer中設(shè)置了相應(yīng)的監(jiān)視變量，并將其與V3s監(jiān)視屏幕上的輸入和輸出區(qū)域進(jìn)行了聯(lián)系；在KepServer信道1中，創(chuàng)建了一個(gè)變量H2S，一個(gè)地址400002，占據(jù)了一個(gè)串行COM1，在信道2中建立了另外5個(gè)被監(jiān)控，該信道2的地址是400003到400007，信道2是使用一個(gè)虛擬的串行接口的COM2和COM3，信道1中的H2S變量的數(shù)值被LPC2132經(jīng)由一個(gè)串行端口傳送到KepServer，并且使用Modbus_testV109調(diào)試程序做為Modbus的從站，在信道2中設(shè)定5個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)值，見(jiàn)圖5.6。圖5.6Modbus調(diào)試工具在試驗(yàn)中，要從6個(gè)相繼的保存寄存器中讀出資料。應(yīng)該指出，如果讀保存寄存器的頭地址是400002，那么它在Modbus除錯(cuò)程序中的相應(yīng)的存儲(chǔ)器地址是400001。在該表中選取的資料范圍是設(shè)定的試驗(yàn)資料，而在v3s監(jiān)視屏幕上所收到的資料則顯示在圖5.7。圖5.7系統(tǒng)整體功能測(cè)試從整個(gè)系統(tǒng)的性能試驗(yàn)中可以看到，收到的數(shù)據(jù)為16ppm,2ppm;在Modbus的調(diào)試程序中，25Hz,20°C,124KPa都能正常地呈現(xiàn)，而在599ppm處，則是由底層LPC2132向OPCServer傳輸?shù)馁Y料。通過(guò)多次的測(cè)試，各功能組件能夠穩(wěn)定協(xié)調(diào)地進(jìn)行通訊、操作，使整個(gè)測(cè)試工作順利完成?？偨Y(jié)與展望介紹了以組態(tài)軟件v3s