生产用环境参数自动监测系统软件的设计与实现

摘要：分析了一个基于C8051单片机的生产用环境参数自动监测系统软件的设计原理和实现过程，同时给出了系统的结构、工作原理以及上、中、下位机软件的详细设计方法。
关键词：环境参数；自动检测；C8051；软件设计

0 引言
    在实际生产中各个工艺的温湿度都有相应的标准，要对生产过程的环境温湿度进行严格控制，必须首先要精确测试。作者参加的一个实际项目主要是根据生产的实际情况和要求，研制生产用环境参数自动监测系统。该系统投入运行后，极大地提高了产房温湿度测试精度和自动化程度，大大减轻了工人的劳动强度，为提高产品质量提供了保证。

1 系统概述
1．1 系统的技术指标及功能
    本文介绍的生产用环境参数自动监测系统的主要技术指标及功能如下：
    (1)温湿度测试点数：4个车间，每个车间6～10点；
    (2)测试范围及精度：温度：0～80℃，精度：+0 5℃；湿度：0％～100％，精度：+5％RH；
    (3)显示方式：各车间内和主机房内分别循环显示；
    (4)通讯距离：车间和主机房之间的通讯距离不超过700 m；
    (5)数据记录：每过20分钟主机房内计算机记录一次，一昼夜存盘一次；
    (6)测量方式：各车间参数巡回监测，主机每过20分钟向各车间采集数据一次；
    (7)报警处理：对昕监测参数进行超限判断，如超限，给出声关报警；
    (8)打印功能：可随时打印，也可整日打印。
1．2 系统结构与工作原理
    系统采用分散式三级系统方案，即下位机、中位机以及上位机。下位机主要是每个车间内的数据采集单元，用于本车间内参数采集及显示，同时还将测量结果传输到主机房；中位机则土要负责从各下位机获取数据，进行综合显示，数据超限判断，报警，最近24小时数据保存等；上位机由普通x86微机承担，主要用于查询数据或对测量数据定时存盘以及打印等。

    整个系统由传感器、下位机、中位机和上位机组成，系统结构框图如图1所示，整个系统的工作原理框图如图2所示。由图可见，各车间的温湿度参数经各自的传感器变换成电流传送给各自的下位机，每台下位机对本车间内的温湿度参数进行循环采集、处理、显示，当中位机寻址到该下位机时，该下位机通过电流环串行通讯方式传输给中位机。中位机与下位机是主从关系，中位机采用主动寻址方式收集各个下位机采集到的数据。上位机与中位机也是主从关系，当上位机需要中位机的数据时，上位机将通过并行口得到中位机汇总好的测试数据。

2 系统上位机软件设计
2．1 软件功能
    系统上位机软件主要用于实现5项功能。
    (1)查询功能
    查询当前时刻前24小时内温湿度的测量数据和报警数据，以及当前时刻的温湿度测量数据和报警数据；
    (2)存盘功能
    将24小时内的测量数据和报警信息存盘，以备将来查询；
    (3)显示和打印功能
    通过系统随时显示和打印历史测量数据；
    (4)修改功能
    可修改上位机系统时间和中位机内的时间、传感器好坏标志、报警上下限，以及下位机重新设置信息；
    (5)曲线和报表生成功能
    系统可将24小时的数据自动生成曲线和报表。
2. 2 软件组成
    上位机软件用C语言编写，由三个源程序模块y-high.c，y-common．c，y-menu．c组成。其中y-high．c为主程序模块，y-common．c是大量子函数的集合，y-menu．c是人机界面函数的集合。它们三者之间的相互关系如图3所示。

2．3 上位机软件主程序流程图
    上位机软件采用子上而下的模块设计思想，从功能模块的划分开始，逐级细化。其主程序流程图如图4所示。

3 中位机软件设计
3．1 软件功能
    系统中位机软件主要应实现的功能如下：
    (1)定时读取各下位机的测试数据(20分钟一次)；
    (2)监测按键，当有键按下时，CPU做出相应处理；
    (3)循环显示各车间的温湿度测试数据；
    (4)定时显示报警信息；
    (5)及时响应上位机的通讯信号。
    根据用户要求，设计时可选择功能3作为主程序部分：功能4、5由系统中断服务子程序完成；功能1、2由主程序的两个子程序完成。
3．2 主程序
    系统中位机的主程序流程图如图5所示。中位机每过20分钟读取各下位机数据一次，中位机巡回显示四个车间的温湿度，每个车间有6个温度传感器。

3．3 通讯程序
3．3．1 中位机与上位机的通讯程序
    中位机和上位机的通讯协议是上位机与中位机的并行通讯采取主从关系的通讯方式，当上位机向中位机传输数据时，上位机采用查询方式，中位机采用中断方式；当中位机向上位机传输数据时，中位机和上位机均采用查询方式。
    在中位机与上位机的通讯服务程序中，中位机的并行通讯中断子程序如图6所示。

3．3．2 中位机与下位机的通讯程序
    系统中的中位机与下位机的串行多机通讯协议约定如下：
    系统中下位机容量为8台，地址分配为01H～08H；地址FFH是对所有下位都起作用的控制命令，命令各下位机恢复SM2=1的状态；制定中位机的控制命令代码，代码按00H，01H，02H，03H顺序设置，其它均为非法代码。
    通讯服务程序中的中位机串行通讯程序流程如图7所示。
    其中的中位机工作寄存器设定为：
    R5：从机地址；R6：命令
 
4 下位机软件设计
4．1 软件功能
    系统下位机软件所要实现的功能有：①循环采集最多24路环境温湿度参数；②进行软件滤波；③实现本车间数据的循环显示；④实时响应中位机的通讯要求。
4．2 软件设计
    系统下位机的主程序流程图如图8所示。

    系统下位机的功能主要是循环采集和显示车间内的各点温湿度参数值。一般情况下，下位机采用中断方式与中位机进行数据传输。

5 结语
    本文从系统架构方面综合考虑了生产用环境参数自动检测系统的适用性、可靠性、可维护性、扩充性、操作简便性，深入分析了生产用环境参数自动监测系统上、中、下位机的软件设计与实现过程。系统使用证明，该系统在实际运行中效益良好。