04在线监测系统的软件设计与实现

4 动态监测系统的软件设计与实现

4.1 开发环境的选择及简介

4.1.1 操作系统简介

本软件的开发环境采用Windows 98操作系统，是因为Windows环境下的应用软件比DOS下的应用软件具有更多的性能优势。

1、图形窗口操作界面

Windows系统为我们提供了最友好的图形操作界面，几乎所有的功能都能通过图形化的工具条和图形按钮方便的实现，这样不仅使用户易学易用，而且大大的减少了编程人员的工作量。

2、各种资源的有效利用

对开发者来说，可以利用操作系统的界面资源（如菜单、对话框、窗口等）和动态数据链接库，缩短了开发周期。

对使用者来说，突破了DOS对内存使用上的限制，内存得到了充分的扩充，并且采用了32位的数据传递方式，使解题的速度加快，解题容量的限制减少，因此在建立模型时更容易。

3、多任务下的并行处理

在Windows操作系统上，用户可以同时执行多种任务，方便了用户的使用。

4、各种外设的普遍支持

Windows能够支持绘图仪、打印机和标准串口等外部设备，而应用软件与设备无关，因此便于移植。

4.1.2 开发方法和工具的选择和介绍

4.1.2.1 软件开发工具Visual Basic 6.0

随着计算机技术的飞速发展，计算机过程控制对工农业生产发挥着愈来愈重要的作用，由于测控现场的分散性，一般采用分布式系统结构方式，这使得多机通讯的实施方案及其可靠性成为分布式测控系统的首要问题之一。采取何种语言进行上位机通讯软件的开发：C语言、8086

还是其他语言又成为其首当其冲要考虑的问题。该动态监测系统的软件利用Visual Basic 6.0编写。

Microsoft 公司推出的Visual Basic 是一种完全支持结构化编程的高级语言，它具有可视化和面向对象的特性，特别适用于在Windows 环境下图形界面和应用程序的编制。它以其新型的图形用户界面、卓越的多任务处理性能而风靡全球。VB是将Windows 图形工作环境与Basic 语言编程简便性的美妙结合。它提供了方便的数据库工具和功能强大的各种控件，简明易用，编程效率高。在Windows 环境下，用VB 编制图形界面较C语言简单、效果美观、操作简便。

Visual Basic采用的是事件驱动模型。在传统的或“过程化”的应用程序中，应用程序自身控制了执行哪一部分代码和按何种顺序执行代码。通常是从第一行代码执行程序并按应用程序中预定的路径执行，必要时调用过程。而在事件驱动的应用程序中，程序无法给出一个预定的执行顺序，程序代码也不会按照预定的路径执行，因为程序在影响不同的事件时会执行不同的代码片段。事件可以用操作触发，也可以由来自操作系统或其他应用程序的消息触发，甚至由应用程序本身的消息触发。事件发生的顺序决定了代码执行的顺序。

Visual Basic 是一种十分理想的开发工具，具体讲有如下特点：

1、用户可在短时间内成为Windows程序员

用C语言或窗口软件开发工具包（Windows Software Development Kit，SDK）开发应用程序，将会发现程序过于冗长而且繁杂，主要是因为用户界面设计就占用80%——90%的程序长度，而真正的主体部分只占10%——20%。VB所提供的界面设计工具，将很容易的创造所需的图形界面，因此可以将精力花费在程序本身，增加软件程序的效率。

2、它是一个面向对象的程序设计软件

Visual Basic 是一个面向对象和事件驱动的程序语言。它是90年代软件程序设计的趋势。依据这种程式，程序员不需要再跟着程序的流程循序开发，而是依据不同的时间运行不同的过程。

3、动态链接程序库（Dynamic Link Libraries，DLL）技术

为了节省内存的空间，将链接的步骤往后移，知道程序运行时才链接。某个函数被调用时，将这个函数放入内存链接。当然，也允许好几个程序使用这个函数，减少内存的浪费。这种在需要的时候才将函数放

入内存中进行链接的方式称为动态链接。

4、使用动态数据交换（Dynamic Data Exchange，DDE）技术

动态数据交换就是同时运行不同的应用程序，各程序之间互相交换数据。

5、使用对象链接与嵌入（Object Linking and Embedding，OLE）技术

对象链接与嵌入就是程序可以将其它应用程序产生的对象以链接或嵌入的方式，放入自己的文件内，达到对象共享的目的。

4.1.2.2基层支持数据库选用Microsoft Access 97

Microsoft Access 97是一个使用方便，功能强大的数据库开发工具。它可以用三个简单的词来概括，是一个“关系型桌面数据库”。

首先，Access是一个数据库应用程序。它允许用户收集存储任何类型的信息，然后再对它们进行搜索和检索。

其次，Access是被用来应用于桌面计算机上的，用户可以将Access 数据库文件放置在网络文件服务器上，与网络中的前端用户共享数据库。但是，它并非真正的C／S数据库，因为Access只是一个存储在硬盘中的文件。虽然Access不是客户／服务器数据库的事实可能是一个缺点，但是由于它没有许多复杂的环境设置或者网络安全性问题需要处理，所以它非常容易管理。这一点对本系统非常适合，因为在本系统要建立的知识库在一个时刻仅会有很少的几个人进行访问。

最后，Access是一个关系型数据库。关系型数据库是至今为止用途最为广泛的一种数据库类型。在关系型数据库中，可以定义包含在数据库中的不同数据库表之间的关系。然后，这些关系可以被用于执行符合搜索以及生成详细的报表。

4.2 载荷监测系统软件

4.2.1 载荷监测系统需求分析和软件设计

本软件系统是完全按照Microsoft Windows 98的风格进行开发、设计的，属于标准的Microsoft Windows程序。系统不但具有Microsoft Office 2000的工具条、状态条和对话框，而且系统中的一些操作都支持键盘快捷键和鼠标，使用十分简洁、方便。整个载荷监测系统通过上位

机运行的载荷动态监测系统软件来实现。

本软件基于模块化设计的思想，采用了分层、分块的软件结构。这样模块化设计的程序，使程序编写容易、易于扩展、易于维护和调试方便，本课题的上位机软件的软件结构如图4.1所示。

图4.1 载荷监测软件的结构图

Fig.4.1 The frame of load inspecting software

4.2.2 功能模块介绍

4.2.2.1 数据采集和处理模块

数据采集和处理模块周期性地向RTU（Remote Terminal Unit—远程终端设备）读取数据并对数据进行分析、处理。它是前台程序所用到数据的来源。

本软件中，所需数据就是所监测的各根钢丝绳的载荷。前台程序每

隔一段时间对RTU读取一次数据，按照RTU的地址和数据的分类放到实时数据库中。同时，查询数据是否在权限范围之内，如果超过限定值，则发出提示或报警。图4.2为数据采集和处理模块一个周期的流程图。

图4.2 数据采集和处理模块流程简图

Fig.4.2 The flow of data collection and disposing module

4.2.2.2 载荷曲线模块

为了让用户对实时数据有形象、直观、图形化的认识和了解，本软件使用了几种方式显示数据。为用户进行载荷预测等提供了形象的依据。该模块的流程简图如图 4.3所示。流程图显示了数据显示过程中一个周期的情况。

显示的数据主要有各根钢丝绳的载荷数据和钢丝绳间的载荷差。用户可以选择图的类型，有单侧、双侧载荷曲线图和柱状图两类。

(1)“单曲”：即单侧钢丝绳载荷曲线显示。随着时间的推移，动态的显示每一时刻某一侧（这里是左侧）各根钢丝绳上载荷的变化。其中，横坐标轴表示为时间，纵坐标轴表示为载荷。绿、红、黄、白四条曲线分别演示了四根钢丝绳载荷的变化过程，FL1、FL2、FL3、FL4则给出了对应左侧各钢丝绳具体的数值。δFL表示各钢丝绳之间载荷差的最大值。如图4.4(a)所示。

图4.3 载荷曲线显示模块流程简图

Fig.4.3 The flow of load curve-showing module

(2)“双曲”：同时显示左右两侧钢丝绳载荷的曲线图。其中δL表示左侧各钢丝绳之间载荷差的最大值，δR表示右侧各钢丝绳之间载荷差的最大值，δF表示左右两侧钢丝绳载荷和的最大差值。同样，FL1、FL2、FL3、FL4表示左侧的四根钢丝绳，而FR1、FR2、FR3、FR4则对应着右侧的四根钢丝绳。如图4.4(b)所示。

(3)“双柱”：以柱状图的形式显示左右两侧钢丝绳载荷的变化情况。各参数的含义同“双曲”。如图4.4(c)所示。利用“双曲”可以使操作员用肉眼很直观的观察出钢丝绳之间的载荷差。

这三个载荷曲线图显示的是理想情况下的载荷数据，实际的曲线显示及分析参见第五章的实验。

Fig.4.4 (a) Load curve of single side cable

Fig.4.4 (b) Load curve of double sides cable

图4.4(c) 双侧钢丝绳载荷柱状曲线

Fig.4.4 (c) Load columnar curve of double sides cable

4.2.2.3 参数设置模块

为使监控程序正常运行，必须根据用户的实际情况对参数进行初始

Fig.4.5 Interface of parameter setting

图4.6 参数设置模块流程简图

Fig.4.6 The flow of parameter setting module

化设置。本软件中的参数设置分为三部分：传感器参数设置、静态载荷差最大值和蓄电池电压值。传感器的参数设置包括传感器零点和传感器系数。运行参数设置的界面如图4.5。参数设置模块流程图见图4.6。4.2.2.4 报警模块

在提升设备运行过程中，会发生一些时间需要工作人员注意。这些事件包括某一钢丝绳的载荷值超过限定值，钢丝绳之间的载荷差超过限定值等。当系统方法发生了这些情况是，发出报警信息，以便引起工作人员的注意。系统产生的报警都记录在历史库中，用户可以按照报警产生的时间进行查询。

4.2.2.5 报表打印模块

在矿井提升设备的日常运行中，需要对数据进行查询生成多种报表，本软件实现了让用户根据数据类型和日期进行查询。这可以让用户对设备的运行状况有更加直观的了解，同时形成相应的报表，并能进行打印操作。报表模块的界面如图4.7所示：

图4.7 报表图

Fig.4.7 Report forms

4.2.2.6 联机帮助模块

联机帮助中提供了一定的帮助信息，当用户在使用软件的过程中遇到疑难问题时，可联机获得帮助信息。

本软件基本上实现了参数设置、数据采集与处理、查询和报表打印、报警、载荷曲线的功能，达到了先进适用、操作简单、控制方便、人机界面友好、灵活性通用性好的要求。

4.3 系统的运行环境

本系统所需的硬件条件为：

●IBM PC及其兼容机，最好是奔腾100MHz以上；

●32MB内存或更多；

●彩色显示器，分辨率800×600，256色；

●安装硬盘空间为2G或以上；

●高密度3吋软驱驱动器；

软件环境为：

●中文Microsoft Windows95/98/2000及其更高版本；或者英文Microsoft Windows95/98/2000及其更高版本外挂中文平台。