聶 斐，殷興輝

（河海大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100）

在工業(yè)控制和測量探測等領(lǐng)域中，對于一些時(shí)刻變化的物理量（如：溫度，壓力，速度等），我們常常要進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測。這就需要在測量測試的儀器儀表或控制系統(tǒng)的界面上，畫出實(shí)時(shí)曲線圖，供使用人員觀測。本文基于太陽爆發(fā)活動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，對太陽溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。而通常的軟件界面上，只是實(shí)時(shí)顯示根據(jù)數(shù)據(jù)繪制的曲線，但是坐標(biāo)幅度（縱坐標(biāo)）上往往是恒定的[1]。當(dāng)太陽出現(xiàn)爆發(fā)活動(dòng)時(shí)，實(shí)測溫度達(dá)到幾萬度，而爆發(fā)活動(dòng)結(jié)束時(shí)，實(shí)測溫度又回到幾百度，因此，被監(jiān)測的數(shù)據(jù)在不斷變化，幅度的變化范圍很大。當(dāng)被監(jiān)測數(shù)據(jù)從一個(gè)很大的波動(dòng)幅度（幾萬度）突降到一個(gè)很小的波動(dòng)幅度（幾百度）時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致繪制出的曲線縮在一起，在幅值較小的地方。這種曲線極不便于觀測者實(shí)時(shí)觀看與監(jiān)測。本文在界面設(shè)計(jì)時(shí)，不僅實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制曲線，而且坐標(biāo)幅度也根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)在動(dòng)態(tài)變化，非常利于觀測者觀測，使得人機(jī)交互界面更加友好便捷。

1 MFC簡介

MFC（Microsoft Foundation Class，微軟基礎(chǔ)類庫）是微軟公司為了簡化程序員的開發(fā)工作所開發(fā)的一套C++類的集合，是一套面向?qū)ο蟮暮瘮?shù)庫，以類的方式提供給用戶使用?？梢杂盟鼇砭帉慦indows應(yīng)用程序，該類的集合是按層次結(jié)構(gòu)組織起來的，其中封裝了大部分Windows API（Application Programming Interface）函數(shù)和Windows控件，它所包含的功能涉及到整個(gè)Windows操作系統(tǒng)。MFC不僅為用戶提供了Windows圖形環(huán)境下應(yīng)用程序的框架，而且還提供了創(chuàng)建應(yīng)用程序的組件。使用MFC類庫和Visual C++提供的高度可視的應(yīng)用程序開發(fā)工具，可使應(yīng)用程序開發(fā)變得更簡單，極大地縮短開發(fā)周期，提高代碼的可靠性和可重用性[2-4]。

2 界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 總體目標(biāo)

軟件界面的開發(fā)依托微軟公司推出的Visual C++6.0為開發(fā)平臺(tái)，使用MFC的單文檔視圖框架來設(shè)計(jì)整個(gè)應(yīng)用程序。為了監(jiān)測太陽溫度，軟件界面上需要顯示太陽溫度的實(shí)時(shí)窗口。在觀測太陽溫度的實(shí)時(shí)窗口中，需要實(shí)時(shí)繪制太陽溫度曲線圖?；诿嫦?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)理念，我們可以用一個(gè)類來完成這樣的工作。MFC中沒有直接提供這樣的類[5]，JanVidar Berger編寫的clPlot類可以畫實(shí)時(shí)曲線，派生于CWnd類。但是并不能滿足本系統(tǒng)的要求，本文進(jìn)行了修改，加以改進(jìn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。

2.2 實(shí)現(xiàn)步驟與方法

不同于Jan Vidar Berger所寫的clPlot類，本文在serie類的成員變量中構(gòu)建了一個(gè)CList類的對象m_valuelist。CList類支持可訪問順序或按值排列的非獨(dú)一對象的有序鏈表[6]。用這樣一個(gè)鏈表，來存放實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)為一個(gè)結(jié)構(gòu)體。定義如下：

以X軸（橫坐標(biāo)）為時(shí)間軸，Y軸（縱坐標(biāo)）為太陽溫度。在界面上，我們顯示的是一分鐘內(nèi)的溫度曲線。由于下位機(jī)設(shè)定的采樣速率為一秒鐘采集一個(gè)數(shù)據(jù)，傳到上位機(jī)上，一分鐘內(nèi)為60個(gè)數(shù)據(jù)。那么，我們就將鏈表元素的個(gè)數(shù)設(shè)定為60個(gè)。每接收到一個(gè)新的數(shù)據(jù)，則添加在鏈表的尾部。如果接收到的數(shù)據(jù)超過60個(gè)了，則將鏈表的頭元素去掉。這樣，就使得鏈表的元素個(gè)數(shù)始終為60個(gè)，并且是最新的60個(gè)數(shù)據(jù)。這樣即可以保證觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。另外，在添加新數(shù)據(jù)之后，我們還要判斷其幅值的大小，即value結(jié)構(gòu)體中的成員變量dValue。我們要把鏈表中所有數(shù)據(jù)的幅值的最大值和最小值，作為設(shè)定Y軸（縱坐標(biāo)）標(biāo)尺的依據(jù)。這樣，坐標(biāo)幅度就會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)幅值的變化而變化，繪制出的曲線圖總是會(huì)占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)平面，即使數(shù)據(jù)幅值突降至某個(gè)小的幅度波動(dòng)，曲線圖也不會(huì)“擠”在一起，極大方便了使用人員的觀測。

添加新數(shù)據(jù)使用的是clPlot類的AddPoint（）函數(shù)，該函數(shù)調(diào)用serie類的成員函數(shù)AddPoint（）。在serie：：AddPoint（）中，將新接收的數(shù)據(jù)添加入鏈表中。本文定義了兩個(gè)全局變量m_max和m_min，用來存放Y軸坐標(biāo)標(biāo)尺的最大值和最小值。這兩個(gè)值如何得到呢？先找出鏈表中數(shù)據(jù)幅值的最大值和最小值，將它們作差，得到一個(gè)差值。m_max即為鏈表中數(shù)據(jù)幅值的最大值加上差值的1%；m_min即為鏈表中數(shù)據(jù)幅值的最小值減去差值的1%。那么將m_max和m_min作為參數(shù)，在clPlot：：AddPoint（）調(diào) 用 函 數(shù)SetLYRange（）時(shí)，傳 遞 進(jìn)去，來設(shè)定Y軸的坐標(biāo)標(biāo)尺。根據(jù)新數(shù)據(jù)添加的時(shí)間，調(diào)用函數(shù)SetBXRange（），設(shè)定X軸標(biāo)尺。最后調(diào)用函數(shù)Invalidate（），該函數(shù)的作用是讓窗口的整個(gè)客戶區(qū)無效，當(dāng)下一個(gè)WM_PAINT消息發(fā)生時(shí)，窗口就會(huì)重繪[7]。這樣，每添加一個(gè)新的數(shù)據(jù)，就重新畫一次曲線圖，即達(dá)到實(shí)時(shí)顯示的效果。

設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖Fig.1 Flow chart of design

關(guān)鍵代碼如下：

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2為非動(dòng)態(tài)顯示。由圖2（a）可以看到，太陽處于爆發(fā)時(shí)期，太陽溫度在大約45 000度左右波動(dòng)。但是由于浮動(dòng)相對較小，看不出具體的范圍。等到爆發(fā)活動(dòng)結(jié)束，太陽溫度大幅下降?？墒怯捎诜莿?dòng)態(tài)顯示的局限性，在圖2（b）上幾乎看不出太陽溫度值，更看不清楚波動(dòng)范圍。

圖2 非動(dòng)態(tài)顯示Fig.2 Non-dynamic displaying

圖3 為動(dòng)態(tài)顯示。由圖3（a）可以清晰的反映出太陽溫度浮動(dòng)在45 000－45 500度。在14點(diǎn)13分的時(shí)候，太陽爆發(fā)活動(dòng)結(jié)束，如圖3（b），太陽溫度突降至較小的幅值范圍（300～800度）波動(dòng)，坐標(biāo)標(biāo)尺幅值也跟隨變化，如圖3（c），曲線圖也跟隨動(dòng)態(tài)變化，不似圖2那樣壓縮在一起，無法看清波動(dòng)的范圍。非常便于使用者觀測。

圖3 動(dòng)態(tài)顯示Fig.3 Dynamic displaying

3 結(jié)束語

文中在Visual C++6.0開發(fā)平臺(tái)上，利用MFC類庫，設(shè)計(jì)了太陽爆發(fā)活動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測的軟件界面，不僅實(shí)現(xiàn)了對太陽溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，而且實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖的動(dòng)態(tài)顯示。極大地方便了用戶的使用與觀測。該方法已經(jīng)應(yīng)用于太陽爆發(fā)活動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)項(xiàng)目中，效果顯著，因而，也可以應(yīng)用在其他工程控制或探測測量等領(lǐng)域。

[1]趙融冰，艾力·玉蘇甫，張晉，等.采用VC++的射電望遠(yuǎn)鏡控制軟件在Windows XP下的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].天文研究與技術(shù)，2007，4（1）：64－71.ZHAO Rong-bing，Aili Yu，ZHANG Jin，et al.Design and realization of radio telescope control software in windows XP system with VC++[J].Astronomical Research&Technology，2007，4（1）：64－71.

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[3]劉雄鷹.MFC中顯示數(shù)據(jù)控件手工編程綁定數(shù)據(jù)控件[J].電腦與信息技術(shù)，2012，20（4）：49－51.LIU Xiong-ying.Displaying data control binding data control with manual programming in MFC[J].Computer and Information Technology，2012，20（4）：49－51.

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[5]申閆春.Visual C++案例教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2010.

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