基于Windows XP平臺(tái)的航測(cè)軟件簡介

摘 要：通過引進(jìn)消化吸收開發(fā)的方式，研建了AGRSS航測(cè)系統(tǒng)。ADASNT系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集軟件是其配套開發(fā)的航測(cè)軟件。在WindowsXP操作環(huán)境下，以C++Builder為開發(fā)工具，很好地解決了系統(tǒng)訪問硬件的一些關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的串口通信、CPU訪問I/O端口，以及模擬信號(hào)的輸出等，并實(shí)現(xiàn)了基于WindowsXP平臺(tái)的航空物探數(shù)據(jù)的采集、記錄、顯示等有關(guān)功能。

關(guān)鍵詞：航測(cè)軟件 Windows XP平臺(tái) 數(shù)據(jù)收錄 系統(tǒng)控制

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（b）-0051-02

在原進(jìn)口設(shè)備逐步進(jìn)入退役的過程中，核工業(yè)航測(cè)遙感中心通過進(jìn)口探測(cè)器主要部件、市場采購?fù)ㄓ貌考⑽屑庸Ｓ貌考⒆灾鏖_發(fā)系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)收錄平臺(tái)的方式，研建了AGRSS航測(cè)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、高集成度小型化、智能化的航測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以工業(yè)PC機(jī)為基礎(chǔ)，附加GPS定位儀、航空多道能譜儀、航空磁力儀、雷達(dá)高度計(jì)、氣壓高度計(jì)、機(jī)外溫度計(jì)等探測(cè)器借口插板，在Windows XP操作環(huán)境下，用C++ BuilderXE語言開發(fā)了包括系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)初步分析、數(shù)據(jù)收錄等功能的航空物探測(cè)量軟件，簡稱ADASNT航測(cè)軟件。

1 軟件設(shè)計(jì)

航測(cè)系統(tǒng)包含放射性伽瑪能譜、磁力、GPS等多種探測(cè)系統(tǒng)，并且是動(dòng)態(tài)測(cè)量，航測(cè)軟件必須具備如下功能：

——同步，以系統(tǒng)時(shí)鐘為標(biāo)識(shí)，確保記錄數(shù)據(jù)的空間位置吻合；

——系統(tǒng)控制，如能譜儀穩(wěn)譜，確保各個(gè)外設(shè)工作正常；

——數(shù)據(jù)初步分析，確保采集數(shù)據(jù)可信；

——實(shí)時(shí)顯示，為操作員實(shí)時(shí)提供測(cè)量結(jié)果及系統(tǒng)和各個(gè)外設(shè)工作狀態(tài)的模擬和/或數(shù)字顯示；

——記錄數(shù)據(jù)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行完整記錄；

——記錄結(jié)果校驗(yàn)，確保記錄結(jié)果可信；

——數(shù)據(jù)備份，采用雙硬盤或存儲(chǔ)卡對(duì)記錄數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)備份，以防數(shù)據(jù)滅失。

1.1 系統(tǒng)分析

在PC機(jī)上以WindowsXP操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以Borland C++ BuilderXE為軟件開發(fā)工具，采用高精度多媒體定時(shí)器進(jìn)行精確定時(shí)，用WinIO提供的端口操作函數(shù)進(jìn)行硬件I/O編程，用PComm Pro提供的函數(shù)進(jìn)行串行通信編程，采用多線程編程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)GPIB（General Purpose Interface Bus通用接口總線）數(shù)據(jù)的采集及穩(wěn)譜處理，實(shí)現(xiàn)了以下功能：

GPIB數(shù)據(jù)接收及穩(wěn)譜功能

分辨率計(jì)算及譜線顯示功能

串口數(shù)據(jù)接收功能

AD＼DA轉(zhuǎn)換功能

數(shù)據(jù)顯示：測(cè)線號(hào)、基點(diǎn)號(hào)、GPS定位坐標(biāo)，系統(tǒng)時(shí)間、磁盤剩余時(shí)間。

數(shù)據(jù)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(shí)顯示變量名稱、實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)模擬曲線滾動(dòng)：由于測(cè)量時(shí)間長，記錄曲線要像紙帶卷動(dòng)一樣滾動(dòng)顯示。

數(shù)據(jù)記錄：將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)文件。

幫助。

1.2 系統(tǒng)控制的關(guān)鍵技術(shù)

在Windows XP環(huán)境下，處于Windows用戶狀態(tài)的應(yīng)用程序不能直接對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作，必須通過處于核心態(tài)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序間接與硬件交互。因此，編制相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是進(jìn)行計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備開發(fā)必須面臨的問題。在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，數(shù)據(jù)的接收和記錄是最為重要的部分，其關(guān)鍵技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)在Windows XP環(huán)境下利用C++Builder編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)I/O端口的訪問、串口通信的實(shí)現(xiàn)、多線程及多媒體定時(shí)器等編程技術(shù)。

用WinIO函數(shù)實(shí)現(xiàn)C++Builder在WindowsXP下的端口訪問技術(shù)。

C++builder在Win95/98的OS可以直接調(diào)用inport和outport等函數(shù)，但到Win2000以后，因?yàn)檫@些函數(shù)不能直接進(jìn)入ring0層，所以inport這些端口操作函數(shù)是不能在Win2000以后的OS上直接調(diào)用的。Winio驅(qū)動(dòng)程序通過使用內(nèi)核模式下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和其它一些底層編程技巧繞過Windows安全保護(hù)機(jī)制，這樣應(yīng)用層對(duì)IO端口的訪問就不會(huì)導(dǎo)致異常了，允許32位Windows程序直接對(duì)I/O口進(jìn)行操作。

用PCommPro動(dòng)態(tài)連接庫開發(fā)C++Builder在Windows下的串行通信技術(shù)。

PCommPro通訊動(dòng)態(tài)鏈接庫建立在Win32的通訊API的基礎(chǔ)之上，將Win32的通訊API進(jìn)行包裝，為用戶提供較為高級(jí)的接口。PCommPro提供專為串口通信而設(shè)計(jì)的50多個(gè)API函數(shù)，支持VB、C/C++和Delphi等多種編程語言，在功能和應(yīng)用上都不會(huì)像MicrosoftWin32COMMAPI那樣讓開發(fā)者感到困擾。因此，在C++Builder中利用PCommPro通訊動(dòng)態(tài)鏈接庫開發(fā)串行程序時(shí)變得非常輕松，大大節(jié)省了開發(fā)時(shí)間和成本。

采用多媒體定時(shí)器（MultimediaTimer）技術(shù)。

雖然C++BuilderXE有專用的定時(shí)器控件Timer，而且使用很方便，可以實(shí)現(xiàn)一定的定時(shí)功能，但最小計(jì)時(shí)精度僅為55ms，且定時(shí)器消息在多任務(wù)操作系統(tǒng)中的優(yōu)先級(jí)很低，不能得到及時(shí)響應(yīng)，往往不能滿足實(shí)時(shí)控制環(huán)境下的應(yīng)用。采用Windows下提供的多媒體定時(shí)器，優(yōu)先級(jí)別高，其定時(shí)分辨率（Resolution）最高為1ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于C++BuilderXE默認(rèn)的Timer定時(shí)器的性能（55ms）。

多線程技術(shù)。

Win32是一種搶占式多任務(wù)操作系統(tǒng)，他為每一個(gè)線程輪流分配時(shí)間段，讓線程在分配的時(shí)間段里運(yùn)行。每個(gè)進(jìn)程除了系統(tǒng)自動(dòng)生成的主線程外，還可以創(chuàng)建多個(gè)線程來協(xié)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(duì)于該應(yīng)用程序，由于要處理的數(shù)據(jù)量非常大，只有利用多線程才能滿足要求，才能保證數(shù)據(jù)不丟失。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合考慮本系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)應(yīng)該以數(shù)據(jù)采集為中心。系統(tǒng)主要處理的是一個(gè)數(shù)據(jù)的交互問題，即保障PC機(jī)與硬件設(shè)備的通信正常。在通信正常的情況下，PC機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過對(duì)Windows窗體的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理、顯示、保存及控制的功能。

1.4 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，本著該程序軟件模塊化、可視化、菜單式功能的設(shè)計(jì)理念，整個(gè)系統(tǒng)的程序框架設(shè)計(jì)可分為六個(gè)部分來完成，即GPIB數(shù)據(jù)接收功能、分辨率計(jì)算及譜線顯示功能、串口數(shù)據(jù)接收功能、模擬輸入/輸出轉(zhuǎn)換功能、測(cè)量數(shù)據(jù)記錄及模擬曲線顯示功能、幫助等。其中每個(gè)部分的模塊再根據(jù)要求詳細(xì)設(shè)計(jì)。

由于整個(gè)設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)是基于C++BuilderXE環(huán)境下制作的窗體的，因此每個(gè)部分模塊都是以窗體的形式實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)模塊框圖見圖2.1。

1.4.1 主界面設(shè)計(jì)

在一個(gè)應(yīng)用程序中必須對(duì)界面進(jìn)行友好的設(shè)計(jì)，使其既能完成程序的功能，又能方便用戶操作。本系統(tǒng)主界面采用通用的MID窗體模式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示，初步分析處理，記錄及計(jì)算分辨率、參數(shù)設(shè)置、調(diào)用幫助等功能。

該界面中添加了主菜單、快捷欄、狀態(tài)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(jìn)行操作，狀態(tài)欄可用于顯示系統(tǒng)時(shí)間、磁盤剩余空間、程序工作狀態(tài)等。圖形控件用于繪制選定變量的曲線、顯示變量名稱、實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)值。

1.4.2 參數(shù)設(shè)置界面

該界面主要實(shí)現(xiàn)對(duì)串口參數(shù)及曲線通道參數(shù)的設(shè)置，保存等功能。依次在每個(gè)復(fù)合框中填入數(shù)據(jù)，根據(jù)硬件設(shè)備的串口配置參數(shù)，選定合適的串口參數(shù)進(jìn)行操作，通過下拉復(fù)合框可對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)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(diǎn)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，用DataGridview對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定顯示。然后對(duì)該數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各種操作。點(diǎn)擊”退出”按鈕即可退出數(shù)據(jù)輸入界面。分辨率測(cè)試計(jì)算界面如圖2所示。

1.4.4 幫助界面

幫助用戶了解航測(cè)軟件的功能、操作以及簡單故障排除的方法。

聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)是應(yīng)用軟件的重要組成部分，為應(yīng)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(tǒng)采用的統(tǒng)一窗口，其左側(cè)包括目錄、主題索引、查詢等可相互切換的窗格；右側(cè)顯示主題文檔的內(nèi)容。這種布局可使用戶隨意選擇目錄主題進(jìn)行瀏覽，而且隨時(shí)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(jié)語

高度集成化的AGRSS航測(cè)系統(tǒng)自2011年研制成功后，經(jīng)過4年的實(shí)踐改進(jìn)，目前已有4套投入生產(chǎn)，并完成了近60萬測(cè)線公里的航測(cè)生產(chǎn)；在2013年“基于無人機(jī)的航空物探（電、磁、放）綜合站測(cè)量技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用示范”項(xiàng)目的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，數(shù)據(jù)通訊功能得到完善和提升。ADASNT航測(cè)軟件具有運(yùn)行速度快，用戶界面友好，信息豐富，操作簡單，系統(tǒng)移植性、擴(kuò)充性能良好等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)數(shù)據(jù)記錄真實(shí)可靠，可以永久保存。它不但能夠滿足航空綜合找礦、航空環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要，而且還適用于地面汽車能譜測(cè)量。

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