生產用環境參數自動監測系統軟件的設計與實現
0 引言
在實際生產中各個工藝的溫濕度都有相應的標準，要對生產過程的環境溫濕度進行嚴格控制，必須首先要精確測試。作者參加的一個實際項目主要是根據生產的實際情況和要求，研制生產用環境參數自動監測系統。該系統投入運行后，極大地提高了產房溫濕度測試精度和自動化程度，大大減輕了工人的勞動強度，為提高產品質量提供了保證。
1 系統概述
1．1 系統的技術指標及功能
本文介紹的生產用環境參數自動監測系統的主要技術指標及功能如下：
(1)溫濕度測試點數：4個車間，每個車間6～10點；
(2)測試范圍及精度：溫度：0～80℃，精度：+0 5℃；濕度：0％～100％，精度：+5％RH；
(3)顯示方式：各車間內和主機房內分別循環顯示；
(4)通訊距離：車間和主機房之間的通訊距離不超過700 m；
(5)數據記錄：每過20分鐘主機房內計算機記錄一次，一晝夜存盤一次；
(6)測量方式：各車間參數巡回監測，主機每過20分鐘向各車間采集數據一次；
(7)報警處理：對昕監測參數進行超限判斷，如超限，給出聲關報警；
(8)打印功能：可隨時打印，也可整日打印。
1．2 系統結構與工作原理
系統采用分散式三級系統方案，即下位機、中位機以及上位機。下位機主要是每個車間內的數據采集單元，用于本車間內參數采集及顯示，同時還將測量結果傳輸到主機房；中位機則土要負責從各下位機獲取數據，進行綜合顯示，數據超限判斷，報警，最近24小時數據保存等；上位機由普通x86微機承擔，主要用于查詢數據或對測量數據定時存盤以及打印等。
整個系統由傳感器、下位機、中位機和上位機組成，系統結構框圖如圖1所示，整個系統的工作原理框圖如圖2所示。由圖可見，各車間的溫濕度參數經各自的傳感器變換成電流傳送給各自的下位機，每臺下位機對本車間內的溫濕度參數進行循環采集、處理、顯示，當中位機尋址到該下位機時，該下位機通過電流環串行通訊方式傳輸給中位機。中位機與下位機是主從關系，中位機采用主動尋址方式收集各個下位機采集到的數據。上位機與中位機也是主從關系，當上位機需要中位機的數據時，上位機將通過并行口得到中位機匯總好的測試數據。
2 系統上位機軟件設計
2．1 軟件功能
系統上位機軟件主要用于實現5項功能[FS:PAGE]。
(1)查詢功能
查詢當前時刻前24小時內溫濕度的測量數據和報警數據，以及當前時刻的溫濕度測量數據和報警數據；
(2)存盤功能
將24小時內的測量數據和報警信息存盤，以備將來查詢；
(3)顯示和打印功能
通過系統隨時顯示和打印歷史測量數據；
(4)修改功能
可修改上位機系統時間和中位機內的時間、傳感器好壞標志、報警上下限，以及下位機重新設置信息；
(5)曲線和報表生成功能
系統可將24小時的數據自動生成曲線和報表。
2. 2 軟件組成
上位機軟件用C語言編寫，由三個源程序模塊y-high.c，y-common．c，y-menu．c組成。其中y-high．c為主程序模塊，y-common．c是大量子函數的集合，y-menu．c是人機界面函數的集合。它們三者之間的相互關系如圖3所示。
2．3 上位機軟件主程序流程圖
上位機軟件采用子上而下的模塊設計思想，從功能模塊的劃分開始，逐級細化。其主程序流程圖如圖4所示。
3 中位機軟件設計
3．1 軟件功能
系統中位機軟件主要應實現的功能如下：
(1)定時讀取各下位機的測試數據(20分鐘一次)；
(2)監測按鍵，當有鍵按下時，CPU做出相應處理；
(3)循環顯示各車間的溫濕度測試數據；
(4)定時顯示報警信息；
(5)及時響應上位機的通訊信號。
根據用戶要求，設計時可選擇功能3作為主程序部分：功能4、5由系統中斷服務子程序完成；功能1、2由主程序的兩個子程序完成。
3．2 主程序
系統中位機的主程序流程圖如圖5所示。中位機每過20分鐘讀取各下位機數據一次，中位機巡回顯示四個車間的溫濕度，每個車間有6個溫度傳感器。
3．3 通訊程序
3．3．1 中位機與上位機的通訊程序
中位機和上位機的通訊協議是上位機與中位機的并行通訊采取主從關系的通訊方式，當上位機向中位機傳輸數據時，上位機采用查詢方式，中位機采用中斷方式；當中位機向上位機傳輸數據時，中位機和上位機均采用查詢方式。
在中位機與上位機的通訊服務程序中，中位機的并行通訊中斷子程序如圖6所示。
3．3．2 中位機與下位機的通訊程序
[FS:PAGE] 系統中的中位機與下位機的串行多機通訊協議約定如下：
系統中下位機容量為8臺，地址分配為01H～08H；地址FFH是對所有下位都起作用的控制命令，命令各下位機恢復SM2=1的狀態；制定中位機的控制命令代碼，代碼按00H，01H，02H，03H順序設置，其它均為非法代碼。
通訊服務程序中的中位機串行通訊程序流程如圖7所示。
其中的中位機工作寄存器設定為：
R5：從機地址；R6：命令
4 下位機軟件設計
4．1 軟件功能
系統下位機軟件所要實現的功能有：①循環采集最多24路環境溫濕度參數；②進行軟件濾波；③實現本車間數據的循環顯示；④實時響應中位機的通訊要求。
4．2 軟件設計
系統下位機的主程序流程圖如圖8所示。
系統下位機的功能主要是循環采集和顯示車間內的各點溫濕度參數值。一般情況下，下位機采用中斷方式與中位機進行數據傳輸。
5 結語
本文從系統架構方面綜合考慮了生產用環境參數自動檢測系統的適用性、可靠性、可維護性、擴充性、操作簡便性，深入分析了生產用環境參數自動監測系統上、中、下位機的軟件設計與實現過程。系統使用證明，該系統在實際運行中效益良好。