基于Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ的礦井監控系統的設計

摘 要：介紹了礦井環境監控系統的結構，構建了基于Visual Basic平臺的虛擬儀器系統，系統由數據采集卡采集從各種傳感器來的信號，通過PCI總線傳給計算機，計算機中的軟件系統對數據進行分析與處理。介紹了數據采集卡的功能和使用方法，詳細分析了VB程序控制的數據采集卡對數據進行采集的過程。用VB 開發監控程序，效率高、成本低、運行可靠。

關鍵詞：VB；數據采集卡；OCX；虛擬儀器

中圖分類號：TP274+.2 文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0307803

Design of Mine Monitoring System Based on Visual Basic

YU Yue，LV Zhen，WANG Shuxian

(College of Electrical and Control，Liaoning Technical University，Huludao，125105，China)

Abstract：This paper introduces structure about a monitor system which will be used on the environment on mine，constructes a virtual instrument system on Visual Basic language.The system uses DAQ card to acquire physical signal coming from various sensors ，then transmittes the signal to computer by PCI BUS.The data is analyzed and processed by the software system.And introduces function about the data collecting system and how to use it，analys particularly data acquisition and control of signal with VB program design a monitoring program with Visual Basic language will get high efficiency，low cost and reliable operation.

Keywords：VB；data acquisition card；OCX；virtual instrument system

1 引 言

煤炭工業是國民經濟和社會發展的重要基礎，煤礦生產環境惡劣，瓦斯災害事故多發，設計出好的礦井監控系統對于國家的經濟發展和礦工的生命安全都有著舉足輕重的作用。

可視化語言Visual Basic簡單易學，可以實現各種監控的要求。本系統采用Visual Basic語言建立虛擬儀器平臺，用VB語言控制數據采集卡實時接收現場監測數據，再發送到監控計算機，由計算機直接參與被監控對象的檢測、監督和控制，從而設計出一種結構簡單、擴展方便、傳輸速率高、抗干擾性強的礦井計算機監控系統。

2 礦井監控系統的結構

礦井監控系統主要包括：井下傳感器、井下分站、地面中心站及信息傳輸通道等。井下監測傳感器用于實現對井下的環境參數(監測煤礦井下各種有毒有害氣體及工作面的作業條件)和對生產的監控(監控井上、下主要生產環節的各種生產參數和重要設備的運行狀態參數)參數的測量。將測量參數值轉換為電信號，井下分站位于井下監測傳感器較集中的地方，負責匯集井下各個傳感器傳來的電信號，轉換處理后以適當的形式向地面中心站傳輸，同時接收地面中心站的控制命令執行報警、斷電等功能，同時負責向井下傳感器供電，井下分站有備用電源，在電網停電時不響應系統正常運行。也可以不設置井下分站，將傳感器通過總線直接與地面中心站連接。地面監測中心是井上工作人員了解井下情況的主要通道，負責把井下各個分站采集的數據及時準確地反映給監測人員并對井下的工作環境進行評估和決策，實現對整個系統的管理和控制。

3 利用Visual Basic實現虛擬技術在礦井監控中的應用

該監控系統具有數據采集、監視、控制功能的計算機系統，是以工業監控計算機為主體，加上檢測裝置(傳感器)、執行機構與被監測控制的對象(生產過程)共同構成的有機整體。

圖1 監控系統的數據結構

3.1 硬件部分

主要是由監測傳感器和數據采集卡，配以工業計算機組成的。硬件部分通過與計算機的PCI插槽與Visual Basic軟件建立聯系的。

3.2 監控系統的軟件結構和功能

由Visual Basic開發平臺提供了豐富的控件，用戶可以根據需要自行設計，以圖形、曲線、報表或文件等各種形式對所需數據或信息進行顯示，在用戶界面上盡量做到直觀、友好、可視化強、圖文并貌。利用其強大的數據處理能力可以對采集來的數據進行濾波、擬合等一系列的處理。此外，他還能和數據庫進行連接，通過對數據庫各函數的操作，以備以后查詢、統計、分析，為以后的安全管理所利用，充分發揮計算機存儲量大、速度快、精度高、范圍廣及人工智能的特點，使安全監測信息的系統性、完整性、準確性和時效性得到較好的保障。

圖2 軟件結構與功能的框圖

4 數據采集卡的介紹

4.1 數據采集卡的功能

目前推出的PCI總線的多功能數據采集卡完全可以滿足數據采集和數據控制方面的全部需要，將最常用的數字量和模擬量測量和控制功能集中在一塊板上，具有即插即用、單端或差分混合的模擬量輸入、FIFO存儲器和可編程計數器等功能，并且具有A/D轉換、D/A轉換、數字量輸入、輸出和計數器/定時器等作用，使用簡單、方便。

4.2 數據采集卡的使用

(1) 安裝驅動程序與控制工具(DLL或是OCX)。我們用的NI公司的數據采集卡包裝中含有兩光盤[1]，第一張是NI—DAQ，第二張專門的試用軟件MAX。在安裝NI—DAQ時，MAX軟件會一同安裝到計算機操作系統中。啟動MAX程序后，程序會詢問新硬件的檢測方式，新采集卡檢測后，通常會進行兩個步驟，首先將必要的I/O設置妥當，不同的采集卡功能會出現為數不等的選項卡供設置。Device Number 指的是設備號碼，也就是在這一臺計算機中所有的NI適配卡的編號。在確定了設備的號碼后，編寫程序控制DAQ卡時就必須給定設備的編號，NI—DAQ會根據設備編號將信息送至正確的采集卡。通過設備號碼的方式來實現控制，NI適配卡所使用的資源(包括地址、中斷，直接內存訪問)就被隱藏起來。完成設置后，就可以對DAQ卡做不同的測試，以備使用。

(2) 將NI—DAQ數據采集卡插入計算機的PCI擴展槽中，驅動程序就可以自動識別采集卡，對用戶來說，程序的控制更為簡單了。然后除了安裝驅動程序，也必須安裝將來程序中要使用到的控制工具(DLL或是OCX)。

(3) 軟件與硬件的通信:每個儀器模塊都有自己的儀器驅動程序，儀器驅動程序是完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序集。Visual Basic 本身的程序無法直接控制DAQ卡，必須借助DLL或是額外的OCX控件的協助[2]。廠商會提供DLL或是OCX方便用戶快速達到控制的目的。通過QCX或DLL控制DAQ卡時，其流程如圖3所示。

圖3 硬件數據輸入、輸出流程

我們所編寫的控制程序代碼經過層層的轉譯，一直到DAQ卡的緩存器，而檢驗程序代碼則通過相反的管道將狀態返回到我們所寫的程序里。用戶不必對數據采集卡有專門的了解，就可以通過儀器驅動程序來使用這些儀器硬件。Visual Basic軟件能夠很容易調用這些驅動函數，通過調用這些函數來對接口進行操作，從而實現數據采集、通信和控制功能。

5 OCX方式對數據采集卡進行控制

監測井下的瓦斯濃度、溫度、風速、一氧化碳、粉塵、負壓等環境參數，需要實現6條通道同時進行信號采集，屬于多通道采集，每條通道代表1種信號，通過掃描的方式來取得各通道的數值。本文詳細介紹用Visual Basic程序控制數據采集卡來實現模擬信號的采集與控制。圖4為使用OCX控制方式進行模擬量多點采集的取樣流程。

圖4 多點采集的取樣流程

采集程序如下：

Private Sub Form _Load ()

Dim i%，j%

CWAII.Device = 1′指定設備號碼

′顯示通道的選項

For j = 0 To 5

cmbChannel (j).Clear

For i = 0 To 7

cmbChannel (j).AddItem CStr (i)

Next i

cmbChannel(j).ListIndex = j′設置默認通道

Next j

′ 設備及通道的控制。首先設置設備號碼，瓦斯濃度、溫度、風速、一氧化碳、粉塵、負壓6個通道，在Combo控件中建立通道選擇內容，并設置默認通道。[ZK)]

′ 用來設置采集數據的相關參數

Private Sub cmdGetData_Click ()

Dim Value，ChBufCWAIl.Channels.RmoveAll

′ 取得完整的通道字符串

ChBuf=cmbChannel(0).List(cmbChannel(0).L—istIndex)

For i = 1 To 5

ChBuf=ChBuf\"，\"cmbChannel(i).List(cmb—Channel(i).ListIndex)

Next i

CWAIl.Channels.Add ChBuf′增加通道號碼

CWAIl.NScans = 100′指定取樣數

CWAIl.ScanClock.Drequency=1000′指定取樣頻率

′ 指定開始信號為數字觸發，當DAQ卡檢測到數字信號后便會開始取樣[ZK)]

CWAIl.StartCondition.type= cwaiHWDigital

′ 選用信號上升沿

CWAIl.StartCondition.Mode=cawiRising

′ 用PFI0作為觸發來源

CWAIl.StopCondition.Source= \"0\"

CWAIl.StartCondition.type= cwaiContinuous

CWAIl.Configure ′DAQ卡組態設置

CWAIl.Start′開始取樣

End sub

Private Sub CWAIl_AcquiredData (Scaled

—Data As Variant，BinaryCodes As Variant)

For j = 0 To 5

txtADValue (j).text=” ”

For i=0 To UBound (ScaledData，2)

txtADValue(j).Text=txtADValue(j).TextForm—at( ScaledData(j，i)，”0.00000”)vbCrLf

Next i

Next j ′數據顯示

End Sub

6 結 語

VB語言簡單易學，可以實現各種控制要求，用VB開發監控程序，方便可靠。利用Visual Basic程序控制數據采集卡實現信號的采集與控制，提高了工作效率，在實際中得到了廣泛的應用。

參考文獻

[1]白樹森.基于VB的數據采集系統.山西電子技術，2006(1)：74—75.

[2]范逸之.VB硬件設計與開發[M].北京：清華大學出版社，2004.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。