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Delphi與多個(gè)AI儀表串口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
摘要：利用Delphi開發(fā)工業(yè)上位機(jī)控制系統(tǒng)軟件已成為越來越多工控開發(fā)人員的選擇，而怎么方便快速實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的采集成為問題的關(guān)鍵，本文著重討論了Delphi6與Comport通信組件所實(shí)現(xiàn)的與多個(gè)AI儀表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，同時(shí)對采集到的數(shù)據(jù)作相應(yīng)的處理。
關(guān)鍵詞：串口通信；Delphi6.0；Comport控件
1 引言
日前，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)串口通信技術(shù)已日趨成熟。由于微機(jī)處理速度快、分析能力強(qiáng)、使用靈活等特點(diǎn)，而單獨(dú)的二次儀表僅僅作為顯示控制功能也不能滿足生產(chǎn)的需要，更多是要采集和記錄現(xiàn)場有用的數(shù)據(jù)，作為生產(chǎn)分析和存檔，利用PC作為儀表功能拓展的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已在工業(yè)控制領(lǐng)域中被廣泛采用。
PC機(jī)與儀表的串口通信可以采用語言編程實(shí)現(xiàn)，如Delphi、VC、VB等。Delphi是新一代面向?qū)ο蟮目梢暰幊坦ぞ?，它具有功能?qiáng)大、簡單易用、執(zhí)行速度快和有豐富的第三方控件支持，使得開發(fā)過程變得如搭積木般簡單易用，特別是對我們一些搞工控沒有特別深厚編程基礎(chǔ)的人使用。下位機(jī)儀表采用的是帶485通信功能的宇電AI系列儀表，因?yàn)橛铍姷腁I儀表所用的是AIBUS通訊協(xié)議，具有通信指令簡單、通信速度快等特點(diǎn)，允許上位機(jī)指令讀寫儀表的數(shù)據(jù),利用RS485總線功能可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)儀表數(shù)據(jù)的串口通信。
用DelphiI實(shí)現(xiàn)串口通信，常用的方法有：使用控件，如Mscomm和Comport控件等；使用API函數(shù)對串口讀寫。使用API方法比較適合編寫較為復(fù)雜的低層次通信程序，但缺點(diǎn)是編寫串口通信程序較為復(fù)雜，需要掌握大量的通信和編程知識。而用串口控件，我們可以不理會它的內(nèi)部機(jī)能，主要調(diào)用它的相關(guān)的屬性和事件，就可以對串口實(shí)現(xiàn)各種操作，且編程簡單、通常性強(qiáng)、可移植性好。在Delphi串口通信中我們選擇用Comport控件，它直接編譯在開發(fā)的工程文件里，不需要在運(yùn)行的PC上另外安裝控件。將Comport組件安裝到DELPHI后可以看到多了一個(gè)Cportlib的組件頁，Cportlib下面有多個(gè)組件，我們在這里主要應(yīng)用的是Comport組件，對Comport控件的操作主要有：端口設(shè)置、打開端口、往端口寫指令、讀接收數(shù)據(jù)、關(guān)閉端口。
3 宇電AIBUS通訊協(xié)議說明
AIBUS是廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司為AI系列顯示控制儀表開發(fā)的通訊協(xié)議，能用簡單的指令實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，AIBUS采用了16位的求和校正碼，通訊可靠，支持4800、9600、19200等多種波特率，儀表允許連續(xù)寫參數(shù)，寫給定值或輸出值，AI系列儀表使用異步串行通訊接口，接口電平符合RS232C或RS485標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。數(shù)據(jù)格式為1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，1個(gè)或2個(gè)停止位。AI儀表采用多機(jī)通訊協(xié)議，采用RS485通訊接口，則可將32臺的儀表同時(shí)連接在一個(gè)通訊接口上。AI儀表采用16進(jìn)制數(shù)據(jù)格式來表示各種指令代碼及數(shù)據(jù)。AI儀表軟件通訊指令經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的通訊指令只有兩條，一條為讀指令，一條為寫指令，兩條指令使得上位機(jī)軟件編寫容易，不過卻能100%完整地對儀表進(jìn)行操作；標(biāo)準(zhǔn)讀和寫指令分別如下：
讀： 地址代號+52H（82）+要讀的參數(shù)代號+0+0+校驗(yàn)碼
寫： 地址代號+43H（67）+要寫的參數(shù)代號+寫入數(shù)低字節(jié)+寫入數(shù)高字節(jié)+校驗(yàn)碼
地址代號：為了在一個(gè)通訊接口上連接多臺AI儀表，需要給每臺AI儀表編一個(gè)互不相同的通訊地址。AI儀表通訊協(xié)議規(guī)定，地址代號為兩個(gè)相同的字節(jié)，數(shù)值為（儀表地址+80H）。例如：儀表參數(shù)Addr=10（16進(jìn)制數(shù)為0AH，0A+80H=8AH），則該儀表的地址代號為：8AH 8AH
校驗(yàn)碼：校驗(yàn)碼采用16位求和校驗(yàn)方式，其中讀指令的校驗(yàn)碼計(jì)算方法為：要讀參數(shù)的代號×256+82+ADDR
比如要讀地址1的參數(shù)0的數(shù)據(jù)，就是0*256+82+1=83;轉(zhuǎn)成十六制就是53 00；
如果是讀OC的數(shù)據(jù)，就是十進(jìn)制（C）*256+82+1= （十六制的）C53，校驗(yàn)碼為53 0C；
寫指令的校驗(yàn)碼計(jì)算方法為以下公式做16位二進(jìn)制加法計(jì)算得出的余數(shù)（溢出部分不處理）：要寫的參數(shù)代號×256+67+要寫的參數(shù)值+ADDR
返回?cái)?shù)據(jù)：無論是讀還是寫，儀表都返回以下10個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，測量值PV+給定值SV+輸出值MV及報(bào)警狀態(tài)+所讀/寫參數(shù)值+校驗(yàn)碼；其中PV、SV及所讀參數(shù)值均各占2個(gè)字節(jié)，代表一個(gè)16位二進(jìn)制有符號補(bǔ)碼整數(shù)，低位字節(jié)在前，高位字節(jié)在后，整數(shù)無法表示小數(shù)點(diǎn)，要求用戶在上位機(jī)處理；MV占一個(gè)字節(jié)，按8位有符號二進(jìn)制數(shù)格式，數(shù)值范圍-110~＋110，狀態(tài)位占一個(gè)字節(jié)，校驗(yàn)碼占2個(gè)字節(jié)，共10個(gè)字節(jié)。
4 Comport控件與多個(gè)AI儀表通信的實(shí)現(xiàn)
4．1 硬件的組態(tài)
硬件組態(tài)主要由帶串口的上位機(jī)PC、485轉(zhuǎn)232轉(zhuǎn)換器和AI儀表組成的485總線系統(tǒng)，AI儀表設(shè)置不同的通信地址,波特率設(shè)為9600。如下圖：
| 總線結(jié)構(gòu) |
 |
4．2 軟件通信程序的實(shí)現(xiàn)
通過Comport控件與AI儀表實(shí)現(xiàn)通信是采用問答的方式進(jìn)行的，所行我們在與多個(gè)儀表同時(shí)通信時(shí)應(yīng)該采用輪詢的通信方式。首先我們要在DELPHI里初始化串口，然后再用讀寫命令與每一個(gè)儀表輪詢通信。通信結(jié)束后要關(guān)閉串口，釋放串口資源。主要實(shí)現(xiàn)過程如下：
4．2．1 初始化串口并打開串口
選擇好本次與AI通信的串口，該串口不能同時(shí)被其它程序引用，確定通信協(xié)議，如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)方式等屬性，打開該串口。初始化可以在Comport的屬性頁里定義，也可以在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)設(shè)置。屬性頁里的靜態(tài)定義為：
BaudRate: br9600//定義波特率
DataBits:dbEight//8位數(shù)據(jù)位
Port: COM1//本例用串口1
StopBits:sbOneStopBit//1位停止位
…
其它屬性可以參閱Comport的在線幫助文件。如果要在程序動(dòng)態(tài)運(yùn)行中修改設(shè)置串口參數(shù)，可以直接在程序中調(diào)用Comport的串口設(shè)置窗口函數(shù):Comport. ShowSetupDialog。在彈出的設(shè)置窗口中設(shè)置串口屬性。完成串口初始設(shè)置后就可心打開串口與AI通信，打開串口用如下命令：
Comport.open；//打開串口
4．2．2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)
根據(jù)AI儀表的通信協(xié)議，上位機(jī)與AI通信時(shí)都是以十六進(jìn)制的方式進(jìn)行的，所以我們在程序里要做十六進(jìn)制的格式轉(zhuǎn)換，主要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)如下：
function HexStrToStr（const S:string）:string;
//16進(jìn)制字符轉(zhuǎn)換成字符串。 將要發(fā)送的十六進(jìn)制格式字符轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制格式發(fā)送
var
t:Integer;
ts:string;
M,Code:Integer;
begin
t:=1;
Result:='';
while t<=Length（S） do
begin
while not （S[t] in ['0'..'9','A'..'F','a'..'f']） do
inc（t）;
if （t+1>Length（S））or（not （S[t+1] in ['0'..'9','A'..'F','a'..'f']）） then
ts:='$'+S[t]
else
ts:='$'+S[t]+S[t+1];
Val（ts,M,Code）;
if Code=0 then
Result:=Result+Chr（M）;
inc（t,2）;
end;
end;
function StrToHexStr（const S:string）:string;
//字符串轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制字符串，，將接收到的字符數(shù)轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制數(shù)。
var
I:Integer;
begin
for I:=1 to Length（S） do
begin
if I=1 then
Result:=IntToHex（Ord（S[1]）,2）
else Result:=Result+' '+IntToHex（Ord（S[I]）,2）;
end;
end;
function Hex2Dec（Hexs: string）: string; //十六制轉(zhuǎn)十制數(shù)
var
i,j: integer;
res,base: LongWord;
begin
res := 0;
for i:=1 to Length（Hexs） do
begin
base := 1;
for j:=1 to Length（Hexs）-i do
base := base * 16;
case Hexs[i] of
'0'..'9': res := res + （Ord（Hexs[i]） - Ord（'0'）） * base;
'a'..'f': res := res + （Ord（Hexs[i]） - Ord（'a'） + 10） * base;
'A'..'F': res := res + （Ord（Hexs[i]） - Ord（'A'） + 10） * base;
end;
end;
result := inttostr（res）;
end;
4．2．3 送接收數(shù)據(jù)
上位機(jī)與多個(gè)AI通信，遵循一問一答的輪詢方式進(jìn)行，所讀取到的數(shù)據(jù)是不含小數(shù)位的，所以我們要發(fā)送讀取小數(shù)位的命令，同時(shí)也可以返回測量值。我們假定與四個(gè)AI儀表通過485總線通信的主程序?qū)崿F(xiàn)如下：
procedure RXdata;
var
i:integer;
dot,dot2,dot3,dot4 :double;
obj:PAsync;
str,str2,a1,a2,a7,b1,b2,b7,c1,c2,c7,d1,d2,d7:string;
begin
InitAsync（obj）;
try ///////////讀*通道地址1的小數(shù)位和測量值
ComPort.WriteStrAsync（HexStrToStr（'81 81 52 0C 0 0 53 0C'）,obj）;
ComPort.WaitForAsync（obj）;
sleep（100）;//發(fā)送命令后等待100MS，保證數(shù)據(jù)的完整性；
ComPort.ReadStr（Str, 20）;//讀取接收緩存區(qū)20個(gè)字節(jié)數(shù)；
comport.ClearBuffer（true,true）;//清除發(fā)送區(qū)和接收區(qū)，準(zhǔn)備下一個(gè)通道通信；
for I:=1 to Length（str） do//將接收到的數(shù)據(jù)作處理
begin
str2:=IntToHex（Ord（Str[i]）,2） ;
if i= 1 then a1:= str2;//測量值的低位字節(jié)
if i= 2 then a2 :=str2;//測量值的高位字節(jié)
if i=7 then a7 := str2;//小數(shù)點(diǎn)的位數(shù)
end;
dot := Exp（ln（10）*（strtoint（hex2dec（a7））））;
dot :=strtofloat（hex2dec（a2+a1））/dot;//高低位字節(jié)合并后轉(zhuǎn)換成帶小數(shù)點(diǎn)的十進(jìn)制數(shù)；
//開始讀第二通道地址二的數(shù)據(jù)，其它通道的方法以此一致。
ComPort.WriteStrAsync（HexStrToStr（'82 82 52 0C 0 0 54 0C'）,obj）; //讀地址0C的小數(shù)點(diǎn)；
ComPort.WaitForAsync（obj）;
Sleep（100）;
ComPort.ReadStr（Str, 20）;
comport.ClearBuffer（true,true）;
``````
//四通道全部讀完，如果要讀取更多地址的數(shù)據(jù)，也如此類推；
finally
DoneAsync（obj）;
end;
end;
到此為止，對AI儀表的數(shù)據(jù)采集基本完成，把上面的過程放在delphi的一個(gè)定器時(shí)控件TIMMER里就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集了。如要在上位機(jī)操作AI儀表的其它參數(shù)，也可以參考AI儀表的通信協(xié)議對程序進(jìn)行編寫實(shí)現(xiàn)。
4．2．4 關(guān)閉串口
在系統(tǒng)開發(fā)中，應(yīng)注意在不使用串口時(shí)及時(shí)關(guān)閉串口，釋放系統(tǒng)資源，否則可能會影響系統(tǒng)的其它應(yīng)用。關(guān)閉串口的代碼如下：
Comport.close;
5 結(jié)論
實(shí)踐證明，利用Comport控件在DELPHI中開發(fā)串口與下位機(jī)通信程序，具有靈活、方便、的特點(diǎn)。同時(shí)利用DELPHI中圖表曲線和數(shù)據(jù)庫的功能，可以采集實(shí)時(shí)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)生成實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線，方便對生產(chǎn)過程的分析存檔。把相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存入數(shù)據(jù)庫可以與企業(yè)的MIS系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
參考文獻(xiàn)：
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2．林楓，王月忠．2005．智能化鋰離子電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．微計(jì)算機(jī)信息．（3）：78-79。
3．范逸之，陳立元．2002．VB與RS-232串行通信控制．中國青年出版社，327-334。
