基于Windows XP平臺的航測軟件簡介

摘 要：通過引進消化吸收開發的方式，研建了AGRSS航測系統。ADASNT系統控制及數據采集軟件是其配套開發的航測軟件。在WindowsXP操作環境下，以C++Builder為開發工具，很好地解決了系統訪問硬件的一些關鍵技術，實現了計算機與外設之間的串口通信、CPU訪問I/O端口，以及模擬信號的輸出等，并實現了基于WindowsXP平臺的航空物探數據的采集、記錄、顯示等有關功能。

關鍵詞：航測軟件 Windows XP平臺 數據收錄 系統控制

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0051-02

在原進口設備逐步進入退役的過程中，核工業航測遙感中心通過進口探測器主要部件、市場采購通用部件、委托加工專用部件、自主開發系統控制、數據收錄平臺的方式，研建了AGRSS航測系統。實現了具有自主知識產權的、高集成度小型化、智能化的航測系統。該系統以工業PC機為基礎，附加GPS定位儀、航空多道能譜儀、航空磁力儀、雷達高度計、氣壓高度計、機外溫度計等探測器借口插板，在Windows XP操作環境下，用C++ BuilderXE語言開發了包括系統控制、數據初步分析、數據收錄等功能的航空物探測量軟件，簡稱ADASNT航測軟件。

1 軟件設計

航測系統包含放射性伽瑪能譜、磁力、GPS等多種探測系統，并且是動態測量，航測軟件必須具備如下功能：

——同步，以系統時鐘為標識，確保記錄數據的空間位置吻合；

——系統控制，如能譜儀穩譜，確保各個外設工作正常；

——數據初步分析，確保采集數據可信；

——實時顯示，為操作員實時提供測量結果及系統和各個外設工作狀態的模擬和/或數字顯示；

——記錄數據，對采集數據進行完整記錄；

——記錄結果校驗，確保記錄結果可信；

——數據備份，采用雙硬盤或存儲卡對記錄數據實時備份，以防數據滅失。

1.1 系統分析

在PC機上以WindowsXP操作系統為基礎，以Borland C++ BuilderXE為軟件開發工具，采用高精度多媒體定時器進行精確定時，用WinIO提供的端口操作函數進行硬件I/O編程，用PComm Pro提供的函數進行串行通信編程，采用多線程編程技術來實現GPIB（General Purpose Interface Bus通用接口總線）數據的采集及穩譜處理，實現了以下功能：

GPIB數據接收及穩譜功能

分辨率計算及譜線顯示功能

串口數據接收功能

AD＼DA轉換功能

數據顯示：測線號、基點號、GPS定位坐標，系統時間、磁盤剩余時間。

數據模擬曲線顯示：屏幕顯示不同變量曲線，每屏顯示選定8條變量曲線。同時顯示變量名稱、實時測量數據。

數據模擬曲線滾動：由于測量時間長，記錄曲線要像紙帶卷動一樣滾動顯示。

數據記錄：將數據保存到數據文件。

幫助。

1.2 系統控制的關鍵技術

在Windows XP環境下，處于Windows用戶狀態的應用程序不能直接對硬件設備進行操作，必須通過處于核心態的設備驅動程序間接與硬件交互。因此，編制相應的設備驅動程序是進行計算機硬件設備開發必須面臨的問題。在整個系統的設計過程中，數據的接收和記錄是最為重要的部分，其關鍵技術是如何實現在Windows XP環境下利用C++Builder編程技術實現I/O端口的訪問、串口通信的實現、多線程及多媒體定時器等編程技術。

用WinIO函數實現C++Builder在WindowsXP下的端口訪問技術。

C++builder在Win95/98的OS可以直接調用inport和outport等函數，但到Win2000以后，因為這些函數不能直接進入ring0層，所以inport這些端口操作函數是不能在Win2000以后的OS上直接調用的。Winio驅動程序通過使用內核模式下設備驅動程序和其它一些底層編程技巧繞過Windows安全保護機制，這樣應用層對IO端口的訪問就不會導致異常了，允許32位Windows程序直接對I/O口進行操作。

用PCommPro動態連接庫開發C++Builder在Windows下的串行通信技術。

PCommPro通訊動態鏈接庫建立在Win32的通訊API的基礎之上，將Win32的通訊API進行包裝，為用戶提供較為高級的接口。PCommPro提供專為串口通信而設計的50多個API函數，支持VB、C/C++和Delphi等多種編程語言，在功能和應用上都不會像MicrosoftWin32COMMAPI那樣讓開發者感到困擾。因此，在C++Builder中利用PCommPro通訊動態鏈接庫開發串行程序時變得非常輕松，大大節省了開發時間和成本。

采用多媒體定時器（MultimediaTimer）技術。

雖然C++BuilderXE有專用的定時器控件Timer，而且使用很方便，可以實現一定的定時功能，但最小計時精度僅為55ms，且定時器消息在多任務操作系統中的優先級很低，不能得到及時響應，往往不能滿足實時控制環境下的應用。采用Windows下提供的多媒體定時器，優先級別高，其定時分辨率（Resolution）最高為1ms，遠遠高于C++BuilderXE默認的Timer定時器的性能（55ms）。

多線程技術。

Win32是一種搶占式多任務操作系統，他為每一個線程輪流分配時間段，讓線程在分配的時間段里運行。每個進程除了系統自動生成的主線程外，還可以創建多個線程來協同完成指定的操作。利用多線程可以大大提高CPU的利用率。對于該應用程序，由于要處理的數據量非常大，只有利用多線程才能滿足要求，才能保證數據不丟失。

1.3 系統結構設計

綜合考慮本系統的功能，系統應該以數據采集為中心。系統主要處理的是一個數據的交互問題，即保障PC機與硬件設備的通信正常。在通信正常的情況下，PC機將采集到的數據進行處理，并通過對Windows窗體的設計，實現對數據進行接收、處理、顯示、保存及控制的功能。

1.4 程序結構設計

根據系統要實現的功能，本著該程序軟件模塊化、可視化、菜單式功能的設計理念，整個系統的程序框架設計可分為六個部分來完成，即GPIB數據接收功能、分辨率計算及譜線顯示功能、串口數據接收功能、模擬輸入/輸出轉換功能、測量數據記錄及模擬曲線顯示功能、幫助等。其中每個部分的模塊再根據要求詳細設計。

由于整個設計的功能實現是基于C++BuilderXE環境下制作的窗體的，因此每個部分模塊都是以窗體的形式實現。系統模塊框圖見圖2.1。

1.4.1 主界面設計

在一個應用程序中必須對界面進行友好的設計，使其既能完成程序的功能，又能方便用戶操作。本系統主界面采用通用的MID窗體模式，實現了實時顯示，初步分析處理，記錄及計算分辨率、參數設置、調用幫助等功能。

該界面中添加了主菜單、快捷欄、狀態欄、圖形顯示控件，主菜單中囊括了主要功能，快捷欄可方便用戶快速進行操作，狀態欄可用于顯示系統時間、磁盤剩余空間、程序工作狀態等。圖形控件用于繪制選定變量的曲線、顯示變量名稱、實時測量數值。

1.4.2 參數設置界面

該界面主要實現對串口參數及曲線通道參數的設置，保存等功能。依次在每個復合框中填入數據，根據硬件設備的串口配置參數，選定合適的串口參數進行操作，通過下拉復合框可對參數進行設置修改，保證串口通信的正常。

1.4.3 分辨率界面

該界面用于將采集到的溫度、濕度、露點存儲在數據庫中，用DataGridview對數據進行綁定顯示。然后對該數據庫進行各種操作。點擊”退出”按鈕即可退出數據輸入界面。分辨率測試計算界面如圖2所示。

1.4.4 幫助界面

幫助用戶了解航測軟件的功能、操作以及簡單故障排除的方法。

聯機幫助系統是應用軟件的重要組成部分，為應用軟件的使用提供了極大的方便和幫助。本幫助文件使用HtmlHelp幫助系統采用的統一窗口，其左側包括目錄、主題索引、查詢等可相互切換的窗格；右側顯示主題文檔的內容。這種布局可使用戶隨意選擇目錄主題進行瀏覽，而且隨時可以知道正在閱讀文檔的哪一部分，就象看書一樣方便。

2 結語

高度集成化的AGRSS航測系統自2011年研制成功后，經過4年的實踐改進，目前已有4套投入生產，并完成了近60萬測線公里的航測生產；在2013年“基于無人機的航空物探（電、磁、放）綜合站測量技術研發與應用示范”項目的進一步推廣應用，數據通訊功能得到完善和提升。ADASNT航測軟件具有運行速度快，用戶界面友好，信息豐富，操作簡單，系統移植性、擴充性能良好等優點；同時數據記錄真實可靠，可以永久保存。它不但能夠滿足航空綜合找礦、航空環境監測的需要，而且還適用于地面汽車能譜測量。

參考文獻

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[3]雷麗文，朱曉華.微機原理與接口技術[M].北京：電子工業出版社，2001.