基于VB6.0的開放式計算機數據采集實驗系統

劉 恩，楊 紅，蔡國齊，雷 鵬，張 威

（武漢工程大學機電工程學院，武漢 430205）

0 引言

針對《工程測試技術》、《過程裝備控制技術及應用》和《先進測試技術》等相關課程實驗課程較少的情況，為了加深學生對相關理論的理解而開發一套實驗系統。該系統以北京阿爾泰公司的系列數據采集產品為例，以VB6.0為軟件開發平臺，構建了開放式的計算機數據采集實驗系統。系統以時鐘驅動的單通道周期采樣為例，開發了數據采集軟件程序，可實現實時曲線動態顯示、采樣頻率動態調整、采樣數據文件保存等功能。實驗時學生自己動手搭建線路并完成測試，具有操作方便、結構簡單、開發周期短等特點。通過實驗加強了學生的實踐能力，培養了相關專業學生的學科興趣，深化對課程知識的理解[1]。

1 總體設計方案

系統平臺采用模塊化[2]、開放式[3]結構設計，配開放式安裝底板，采用工業標準的安裝導軌、接線端子排，電氣接口與工業現場接口一致。實驗系統硬件由變送器、二線制電路、采集模塊、通訊接口以及上位機組成。系統軟件分別對不同的采集模塊進行程序設計，實現其主要功能。變送器將被測信號轉換標準電流信號[4]，在二線制線路中將電流信號轉換為標準電壓信號。數據采集模塊通過各種總線接口將數字信號傳輸給上位機，上位機中的驅動程序可以實現軟件對硬件的調用，開發者在VB6.0開發平臺進行程序的編寫。最后，開發好的程序在上位機中實現數據采集、實時顯示、數據存儲等功能。系統總體架構如圖1所示。

圖1 系統總體框架

圖2 檢測變送模塊

2 系統硬件設計

2.1 檢測變送模塊

檢測變送模塊由24 V（D.C.）電源、傳感變送器、250 Ω負載電阻串聯而成的二線制回路組成，如圖2所示。其中傳感變送器選取武漢松野智能儀表有限公司的SY-DFW-DB100PM20*6*25型號的Pt100[5]溫度變送器。溫度作為被測量可以在實驗中方便控制，變化明顯。變送器輸出標準電流信號在250 Ω電阻兩端形成標準電壓信號，輸出到采集模塊。

2.2 采集模塊

本實驗系統采用的是北京阿爾泰公司生產的型號為USB3100的數據采集卡和型號為DAM-3058R的遠程I/O模塊，如圖3所示。USB3100數據采集卡主要由ADC模塊、PFI復用功能控制模塊、USB設備控制器組成，可對8路單端信號進行采集，輸入量程為±10 V。DAM-3058R模塊可輸入6路差分、2路單端信號或8路差分信號，輸入量程為0～10 V，采用RS-485通訊協議。USB3100使用USB（通用串行總線）與上位機通訊，USB采用4芯線纜，其中信號線與電源線各2條。其主要特點是：允許連接外設多，傳輸速度快，不需外接電源，數據傳輸類型多、支持熱插拔、良好的容錯性能。本實驗系統中，USB主機在上位機主板中，起到了管理上位機與USB3100數據采集模塊之間的控制流和數據流、向USB設備提供小功率電源和收集系統狀態等作用。DAM-3058R的遠程I/O模塊使用的RS-485通訊協議是一種遵循ISO7498標準的OSI模型物理層的協議標準的電氣標準。RS-485采用一對平衡差分信號線，便于高速、遠端傳送。RS-485一般采用半雙工方式，即同一時刻只能由某一端發送，另一端接收。RS-485的信號的串行傳送必須依靠必要的接口來實現。PC機上提供國際通用的RS-232C標準的串行接口實現串行傳送，因此需要將RS-485接口的輸出轉換成RS-232C的輸出。這里就需要轉換器實現RS-232/RS-485的電平轉換。RS-232C標準是美國電子工程學會推薦的一種串行通信標準，它被廣泛應用于計算機串行接口外設連接。本實驗系統使用的為北京阿爾泰公司生產的型號為DAM-3210A的光電隔離轉換器，兼容EIA/TIA的RS-232C和RS-485標準，可實現自動發送/接收數據，無須外部流量控制信號（RTS），三線（TXD、RXD、GND）制通信。

圖3 USB3100系統框圖

2.3 上位機模塊

上位機為運行Windows 7系統的PC機，系統安裝Vi?sual Basic 6.0進行開發。上位機對數據采集工作進行管理和控制，并對采集到的數據做必要的處理，如數據的動態顯示與保存。

2.4 實驗平臺

為了方便實驗，系統所用硬件應在實驗平臺上進行。因此，實驗平臺的設計也是必不可少的。實驗平臺的主體為一塊約1 000 mm×500 mm的圓孔板。采用圓孔板是為了方便在孔板上安裝導軌，可以將實驗所用裝置安裝在導軌上。為了方便學生接線，需要為其配置一定的附件。比如導線、接線端子、平口起子等。

3 系統軟件設計

以VB6.0為開發平臺，分別對2種不同的數據采集硬件進行軟件開發。在產品硬件的驅動文件中提供了函數接口頭文件：USB3100.bas、DAM3000M.bas。驅動程序采用面向對象編程技術[6]，通過調用函數實現創建設備對象、初始化串口、獲取設備信息和對AD數據的采樣讀取。在采樣結束之后，還需調用函數釋放設備，以釋放被占用系統的軟硬件資源。只有這樣，再次創建設備對象時，資源才可以被再次使用。其部分函數如表1所示，整個程序流程如圖4所示。

表1 部分接口函數

圖4 程序運行流程圖

在軟件開發中，最重要的就是讀取AD數據。這一功能由ReadDeviceAD函數完成。讀取成功后獲取的數據Lsb為原碼值，需要與電壓進行換算，換算關系如下：

式中：Value為電壓，V；Lsb為采集的原碼值；0xFFFF轉換為十進制數為65535；URV、LRV分別代表量程上下限。

以0～10 V為例，若原碼值為13412，則：

經計算電壓值約2.05 V，結合溫度變送器量程輸入（0～100℃）可計算出溫度約26℃。

4 實驗測試

系統搭建完成后進入運行，圖5所示為利用DAM-3058R模塊進行數據采集的硬件系統搭建，圖6所示為相應軟件運行界面。點擊“創建設備”按鈕進行設備初始化，在“輸入設置”區域可對輸入通道、顯示類型進行選擇。右邊的Picture控件將顯示實時的溫度值。按下“停止采集”按鈕即可停止數據采集。“保存數據”按鈕可自動將數據以Excel文件的形式進行保存?！皵祿殚啞笨梢圆榭匆酝臍v史數據。表2所示為采集到的溫度值。利用USB3100數據采集卡進行數據采集的軟件與此類似，不再列出。

圖5 實驗平臺

圖6 程序運行界面

表2 采集數據

5 結束語

采用標準二線制線路，通過不同的采集模塊實現對溫度數據的采集，上位機中以VB6.0為開發平臺實現對數據的實時顯示與保存。系統采用模塊化設計，系統搭建快速簡單，軟件部分具有良好的擴展性，學生可進行二次開發。實驗結果表明，溫度數據傳輸平穩，可靠性高，彌補了相關課程實驗內容較少的不足，為學生營造了更寬松和更有利于個性發展的學習氛圍。