基于VC的多功能电力仪表上位机管理软件

　　随着科学技术的发展，对单一现场数据的采集与显示已不能满足人们的需求，特别是当网络结点变多的时候，逐个对每个结点进行单一管理显得十分困难，因此，数据的集中采集和智能管理已成为现代控制领域必然的发展方向。
　　现代化集中管理需要对现场数据进行统计、分析、制表、打印、绘图等，同时，又要求对现场装置进行实时控制，完成各种规定操作，达到集中管理的目的。加之单片机的计算能力有限，难以进行复杂的数据处理。因此在功能比较复杂的控制系统中，通常以PC机为上位机，单片机为下位机，由单片机完成数据的采集及对装置的控制，而由上位机完成各种复杂的数据处理及对单片机的控制。
　　1整体设计方案
　　本系统涉及上位机和下位机之间的通信，因此系统共包含三个部分：下位机-ATmega32单片机、总线和协议-485总线和Modbus通讯协议、上位机-MFC应用程序。系统设计框图如下：
　　2下位机简介
　　下位机是ATmega32单片机，单片机接收上位机发来的指令，并根据要求向上位机传送数据或者更改参数设置。
　　下位机设备有独立的通信模块，通过B0505与外部电路隔离，通信模块留有RXD、TXD、A、B四个接口，RXD、TXD与单片机串行口连接，A、B与485总线连接，中间是独立的转换电路。
　　不同的下位机地址不同，全部挂在485总线上，上位机发送一条指令后，下位机首先判断该指令的地址是否与本机相同，从而决定是否响应该指令；地址判断通过后，下位机通过识别功能码进行不同的操作。
　　2.1通信模块硬件电路
　　单片机通过串口发送数据，数据经过MAX485进行必要的电平转换，之后进入485总线传送，即上图中的A、B端口。图中的6N137和B0505分别起稳压和隔离的作用，保证数据在转换和发送的过程中不受其他模块的干扰。
　　2.2通信模块程序流程图
　　单片机预先将电压、电流、功率、电能、电压电流变比等数据存到自定义的缓冲区中，并定时刷新。每个下位机都有个特定的从机地址，当单片机接收到数据时，首先判断从机地址，如果不相同不作任何响应，如果相同，下位机根据功能码作出相应的响应。
　　3485总线和Modbus协议简介
　　主机和从机之间采用RS-485工业总线通信，RS-485电平传输更稳定，传送距离更远，主机与从机通过标准Modbus通信协议在RS-485总线上进行稳定的数据传输，在整个总线上最多可以接入255台从机。
　　Modbus协议按主-从方式进行网络通信，仅一个主设备查询，其他从设备根据主设备查询时提供的数据信息作出相应反应，。主设备可以单独和每个从设备通信，也能以广播方式与所有从设备通信。在Modbus协议中，主机查询和从机回复的消息结构如图3.1所示。查询消息中的功能代码告知被选中的从设备要执行何种功能，数据段包含了从设备执行该功能需要的附加信息。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。
　　在从设备的回应消息中，功能码是对查询消息中功能代码的回应，数据段包含从设备收集的数据。如果有错误发生，功能码将指出是错误回应消息，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域用于主设备确认消息内容是否可用。
　　4VC上位机软件
　　该软件是基于对话框的MFC应用程序。对话框机制的应用程序，界面简洁明了，用户操作更为方便。上位机软件程序流程图如下：
　　软件采用MSComm类，通过串口与单片机进行通信。MSComm是封装好的串口通讯专用类，应用时，只需对相应的端口进行配置，便可灵活运用。
　　在此通信系统中，接收数据长度是不固定的，一帧数据最短7个字节，最长69个字节，当数据长度小于8字节时，数据接收正常，当数据长度大于8字节时，一帧数据被自动截为两端，数据处理出错。程序中，在Oncomm（）中断服务程序的开头部分加入了sleep（100），让主程序在进入串口中断后休眠100ms，等待所有数据接收完成再统一处理，解决了以上问题。
　　软件主界面如下图4.4所示：
　　如果软件没检测到下位机设备或设备与当前选择地址不相同，所有数据显示0，同时参数设置键为不可操作状态。
　　软件正常工作时，如下图4.5所示：
　　当检测到设备时，参数设置键变为可操作状态，同时下面的窗口中显示各项电压、电流，以及合相有功功率、合相有功电能，上图中合相有功功率为2322.00w，如果功率大于9999w，该项自动调整为Kw为单位。
　　下图4.6为参数设置窗口，通过该窗口可对设备进行电压电流变比设定，电能清零等操作。
　　通过该窗口可对下位机配置参数进行修改，电能清零键会清除下位机累积电能，为防止误操作，该键设置了"确定清零"弹出对话框，对操作进行二次确认。信号网络是设置输入设备的信号为三相四线或三相三线，电压电流变比是设置采样值与显示值之间的变比。点确定键后，上位机将所有设置命令打包发送给下位机，下位机对响应的寄存器进行配置。
　　5总结
　　本文介绍的多功能仪表上位机管理软件，具有简洁的人机对话窗口，同时在传输速度以及稳定性方面有明显优势，节省了大量的人力成本，实用性较强，目前该产品已被多家公司使用，与多功能仪表设备配套出售。当前，国家大力倡导节能减排，工业上对电量的检测和管理必然会被更多人重视，多功能仪表的应用会越来越广泛，因此该设计具有良好的市场前景。
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