王玉霞，趙鳳霞，張琳娜，鄭鵬

(鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州450001)

在工件的磨削加工中，砂輪會產(chǎn)生磨損，因此依靠磨床本身來控制工件的加工精度是很難實現(xiàn)的。采用主動量儀對磨削過程進(jìn)行主動實時測量，是磨床加工過程中的重要環(huán)節(jié)［1］。但是目前國產(chǎn)的磨加工主動量儀基本上還是停留在以單片機(jī)為核心的微機(jī)化儀表水平上，甚至有的還處于指針式儀表階段，具有測量精度不穩(wěn)定、顯示不夠直觀、測量范圍及控制點調(diào)整不方便等缺點［2］。徐金虎等［3］針對工控式磨加工主動量儀采用組態(tài)王技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)有的主動量儀顯示不夠直觀、設(shè)置調(diào)整不方便等問題。組態(tài)軟件擁有豐富的工具箱、圖庫和操作向?qū)?，但是組態(tài)王軟件在數(shù)據(jù)采集速率方面無法滿足磨加工過程中高速數(shù)據(jù)采集的要求，在實際應(yīng)用中需要與其他編程技術(shù)聯(lián)合開發(fā)主動量儀的控制程序。祁繼超等［4］針對嵌入式磨加工主動量儀利用WinCE 系統(tǒng)的多線程技術(shù)實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)處理。但是，WinCE 系統(tǒng)下的控件庫不夠完善，缺少比如儀表顯示、進(jìn)程條、實時曲線、歷史曲線等一些常用控件，這些控件圖形的開發(fā)繪制過程費時費力，并且不具有配置化使用以及一次組建多次應(yīng)用的功能。因此有必要開發(fā)WinCE 系統(tǒng)下的磨加工主動量儀所需的常用控件，以彌補(bǔ)WinCE 系統(tǒng)的不足，且縮短系列磨加工主動量儀產(chǎn)品的研發(fā)周期。

作者在Microsoft Visual Studio 2008 編程環(huán)境下，應(yīng)用C#開發(fā)語言，在. NET Compact Framework 平臺下開發(fā)了磨加工主動量儀測量控制實時顯示所需的儀表、進(jìn)程條、實時曲線、歷史曲線等常用控件，并給出這些控件的應(yīng)用方法。

1 磨加工主動量儀的主要控件及其功能

磨加工主動量儀工作過程中需要實時進(jìn)行人機(jī)交互，將工件的測量結(jié)果、所處的加工狀態(tài)、加工過程中所設(shè)定的基本參數(shù)呈現(xiàn)給操作者，所需的主要控件有:儀表顯示(見圖1)、進(jìn)程條、實時曲線、歷史曲線(見圖2)等。

圖1 儀表

圖2 歷史曲線

(1)儀表顯示

儀表顯示控件動態(tài)直觀地顯示主動量儀在工作過程中所采集的數(shù)據(jù)。在Z 系列磨加工主動量儀中，儀表直觀顯示所加工機(jī)械零件的加工余量。加工工件外徑時，指針顯示數(shù)值隨著加工進(jìn)程，從正值趨近于0;加工工件內(nèi)徑時，指針顯示數(shù)值隨著加工進(jìn)程，從負(fù)值趨近于0。

(2)進(jìn)程條

進(jìn)程條控件監(jiān)控機(jī)床加工零件時的工作進(jìn)程。在Z 系列磨加工主動量儀中，進(jìn)程條控件與儀表顯示控件作用基本一致，只是在表達(dá)方式上有所不同。

(3)實時曲線

實時曲線可顯示主動量儀采集數(shù)據(jù)的當(dāng)前趨勢，以監(jiān)控該數(shù)據(jù)在現(xiàn)場工況變化的情況下的控制穩(wěn)定性。

(4)歷史曲線

歷史曲線可觀察過去一段時間內(nèi)某一點的變化趨勢，并供工藝人員分析工藝流程的穩(wěn)定性和故障原因。

2 磨加工主動量儀控件的開發(fā)

2.1 開發(fā)平臺介紹

WinCE 中應(yīng)用程序的圖形輸出是依靠圖形設(shè)備接口GDI (Graphic Device Interface)來實現(xiàn)的。GDI+是GDI 版本的繼承者，在其基礎(chǔ)上新增了許多功能。C#語言基于GDI+技術(shù)繪制圖形時，使用Graphics 類封裝圖形繪制方法，如DrawLine()(繪制直線)、DrawDllipse()(繪制橢圓)、DrawArc()(繪制圓弧)、FillPolygon()(多邊形填充)等，為圖形界面程序的編輯提供全方位的支持，最大程度上減少了對底層API 的直接調(diào)用，提高了編程效率。

嵌入式軟件的開發(fā)平臺為. NET Compact Framework(NCF)，它繼承了公共語言運行時的完整. NET Framework(NF)結(jié)構(gòu)。NCF 是NF 的一個子集，在NCF平臺下，缺少很多常用控件繪圖函數(shù)，所以必須利用其他的方法來實現(xiàn)在NF 平臺下可以輕松實現(xiàn)的繪圖命令［5］。例如，在NF 平臺下，繪制圓弧可以直接使用DrawArc(Pen，Rectangle，startAngle，sweepAngle)命令。但是，NCF 平臺不支持DrawArc 命令，需要運用數(shù)學(xué)的方法來實現(xiàn)，可以在每段弧上取很多點，連接起來即可，取的點越多，畫弧越像。

2.2 儀表顯示控件的開發(fā)

在Microsoft Visual Studio 2008 編程環(huán)境下，控件的開發(fā)技術(shù)是一致的，只是在控件的屬性和事件方面有所區(qū)別，因此，文中以儀表顯示控件的開發(fā)為例詳述主動量儀常用控件開發(fā)技術(shù)。

在儀表顯示控件中，最多的操作其實是繪制出刻度線，并將實際采集的數(shù)據(jù)映射到儀表指針上。該控件完全使用了. NET Compact Framework 中的基礎(chǔ)類庫，未使用其他第三方庫。控件基于NCF 的User-Control，用戶自定義設(shè)計控件，這樣生成的dll 文件，可以被引用到toolbox 設(shè)計框中，實現(xiàn)拖拽式調(diào)用。

(1)新建項目

打開Microsoft Visual Studio 2008，選擇新建項目后在打開的對話框中選擇項目類型以及模板，創(chuàng)建新建項目的名稱“BIAOTOU”、解決方案名稱“biaotouDLL”及選擇項目存儲位置，點擊“確定”后，在新彈出的對話框里選擇目標(biāo)平臺為“Windows Mobile 5.0 Pocket PC SDK”，NCF 版本為3.5 版，模板為“控件庫”，點擊“確定”。這樣就生成了一個空的控件項目。

(2)為控件添加屬性和事件

以圖3 所示控件為例。

圖3 儀表示例

①首先聲明變量。分析圖3 儀表的變量，對圓心位置、圓心大小、指針顏色、指針長度以及長短刻度的各個參數(shù)進(jìn)行變量聲明。

②屬性封裝

封裝是一種信息隱藏機(jī)制，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中得到了極其廣泛的應(yīng)用，其目的在于將程序的使用者與程序的設(shè)計者進(jìn)行分離，讓使用者不必了解具體功能的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，而只需根據(jù)設(shè)計者提供的方法來使用不同的功能，同時使得設(shè)計者在進(jìn)行設(shè)計更新時，不會影響到使用者的正常使用［6］。

C#中采用get (訪問方法)、set (修改方法)對變量進(jìn)行封裝。當(dāng)使用get、set 將變量封裝為屬性以后，可以控制它們的可見性(能否被讀取、能否被修改、能被誰操作等)，修改的時候可以對將要修改的值進(jìn)行驗證是否合法，防止被其他類意外修改。

將儀表顯示控件的刻度值顏色變量封裝成屬性的代碼如下所示:

其他變量也用“get/set”方法封裝成屬性，代碼不再一一寫出。

愛情就是愛情吧！她想，女人對男人千般好，并非充氣娃娃的特權(quán)。再說這世上哪個女人不是男人的充氣娃娃呢？哪個女人在某一些特殊的時間里不是男人的充氣娃娃呢？身體上的充氣娃娃，或者，靈魂里的充氣娃娃。低到塵埃里，張愛玲說的吧？女人既然可以心甘情愿地低至一粒塵埃，為什么不能心甘情愿地變成一個玩偶呢？

如上述代碼所示，“get/set”方法可使得“Color刻度值顏色”屬性以及其他屬性均在toolbox 屬性框中出現(xiàn)，如圖4 所示。

圖4 屬性框截圖

(3)圖形繪制

圖形繪制時使用GDI+技術(shù)。調(diào)用的名稱空間包括Systerm．Drawing 和Systerm．Drawing．Text 等。

圖3 中儀表刻度線及刻度值的繪制。首先聲明刻度線所在的圓弧半徑、起始與終止弧度、刻度值所在圓弧半徑值、指針半徑以及每一刻度的弧度值等，然后利用for 循環(huán)語句以及各個變量之間的函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)刻度線、刻度值的正確繪制以及指針的正確指示。主要代碼如下所示:

在這里值得一提的是，由于儀表和進(jìn)度條繪制過程較為復(fù)雜，圖形刷新較快，容易造成屏幕閃爍，雙緩沖繪圖技術(shù)的運用很好地解決了以上問題。NCF GDI+中特有的雙緩沖功能，只要重寫OnPaintBackground 方法即可。

(4)控件生成

代碼編寫完成后，即可生成DLL 文件，這樣就完成控件的生成。生成后的DLL 文件放于Bin 目錄下，在需要時可通過引用DLL 文件來使用，也可以在VS 工具箱里以添加組件的形式加載到工具箱中，和其他系統(tǒng)控件一樣作為工具使用，同時也可以將整個項目添加到一個新的項目中使用。

3 控件的調(diào)用

所開發(fā)的控件可以作為一個相對獨立的程序單位被其他應(yīng)用程序重復(fù)調(diào)用。在應(yīng)用時，開發(fā)人員通過拖拽式調(diào)用把控件放在Form 窗口中，然后配置控件的屬性進(jìn)行相應(yīng)的函數(shù)連接，控件就能完成其復(fù)雜的功能。下面以儀表顯示控件為例進(jìn)行說明。

(2)在解決方案資源管理器中，右擊解決方案，單擊“添加現(xiàn)有項目”，顯示“現(xiàn)有項目”對話框。單擊“biaotouDLL”項目，將該項目添加到解決方案里，這樣就可以看到在工具箱里出現(xiàn)自定義控件。

(3)從工具箱中選擇自定義控件，添加到Form窗口，可以更改圓心位置、控件大小、背景顏色等屬性等。儀表顯示控件如圖5 所示。

圖5 儀表控件

(4)在解決方案資源管理器中，右擊“Testmybiaotou”項目，然后單擊“生成”。并將該項目設(shè)為啟動項目。

(5)單擊“Debug”調(diào)試按鈕或“Crtl +F5”執(zhí)行程序。在SDK 模擬器中測試控件的可用性。見圖6。

圖6 SDK 模擬器中儀表控件

將儀表顯示控件應(yīng)用到磨加工主動量儀軟件系統(tǒng)中，更改控件背景顏色、刻度間隔、刻度顏色等控件屬性，并將主動量儀瞬時采集、處理的最終結(jié)果通過消息傳遞方式傳遞到主線程中，在測量結(jié)果上以儀表形式顯示出來。在磨加工主動量儀上的應(yīng)用結(jié)果如圖7 所示，進(jìn)程條控件在磨加工主動量儀上的應(yīng)用如圖8 所示。

圖7 儀表顯示

圖8 進(jìn)度條顯示

4 結(jié)束語

針對基于WinCE 系統(tǒng)的磨加工主動量儀產(chǎn)品開發(fā)的需要，應(yīng)用C#開發(fā)語言，在. NET Compact Framework 平臺下開發(fā)了磨加工主動量儀測量控制實時顯示所需的儀表、進(jìn)程條、實時曲線、歷史曲線等常用控件。所開發(fā)的控件不依賴任何第三方插件，在Visual Studio 2008 開發(fā)環(huán)境中，通過編譯生成. dll 文件，可以在多種語言環(huán)境下添加引用，顯示直觀，調(diào)整方便，提高了代碼的重用性和擴(kuò)展性，滿足了磨加工主動量儀的測量控制顯示需求，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。

［1］王鴻偉．可在線測量圓度的新型主動測量儀［J］．工具技術(shù)，2004，38(10):76－77．

［2］鄭鵬，張琳娜，劉武發(fā)，等．新型磨加工主動測量控制儀的研究［J］．儀器儀表學(xué)報，2013，10(34):2365－2372．

［3］徐金虎，張琳娜，鄭鵬，等．基于組態(tài)王的磨加工主動測量儀的數(shù)據(jù)處理［J］．機(jī)床與液壓，2013，41(13):75－80．

［4］祁繼超，張琳娜，鄭鵬，等．嵌入式主動量儀數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究與實現(xiàn)［J］．機(jī)床與液壓，2013，41(23):101－103

［5］曹宏濤，顧振．基于WinCE 機(jī)艙延伸報警系統(tǒng)的設(shè)計［J］．船舶機(jī)電設(shè)備，2012(1):48－52．

［6］劉云根，李洋．Delphi 封裝機(jī)制實現(xiàn)方法的研究［J］．計算機(jī)與現(xiàn)代化，2004(4):3－5．