白明松 李雨晴 銀亮亮 劉小峰 曹 煜

(吉林建筑大學(xué),吉林 長春130118)

隨著社會(huì)發(fā)展的不斷進(jìn)步，人們對(duì)照明設(shè)備的質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格，社會(huì)對(duì)光照度的標(biāo)定、對(duì)比和檢測的方法也更加完善。目前光照監(jiān)測系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，其對(duì)光照強(qiáng)度檢測系統(tǒng)的要求極高。同時(shí)在林業(yè)、農(nóng)業(yè)以及日常生活領(lǐng)域中也發(fā)揮著巨大的作用，比如實(shí)時(shí)監(jiān)測光照對(duì)農(nóng)作物光合作用的影響，對(duì)在醫(yī)院里手術(shù)室的光源嚴(yán)格限制頻閃與光照強(qiáng)度，避免對(duì)病人與醫(yī)生帶來不適。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，監(jiān)測系統(tǒng)的精度也在不斷提高，硬件設(shè)備在不斷更新，之前存在基于單片機(jī)或PLC的光照強(qiáng)度監(jiān)測系統(tǒng)，本文提出一種基于組態(tài)軟件的光照強(qiáng)度檢測裝置的設(shè)計(jì)。

1 光照傳感器簡介

本設(shè)計(jì)選用的光照傳感器為建大仁科RS-GZ-N01-2型光照傳感器，該變送器是一款光精度感光變送器，計(jì)量單位為Lux,設(shè)備采用壁掛式安裝，外殼防水等級(jí)高。采用RS485總線通信，使用ModbusRTU總線通信協(xié)議，可自行調(diào)節(jié)波特率以及需檢測各種設(shè)備的地址，最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)兩千米，產(chǎn)品使用24V直流電源進(jìn)行供電，應(yīng)用于種植業(yè)、園藝業(yè)、設(shè)備生產(chǎn)線等需要光照度監(jiān)測的場合。信息傳遞方式采用異步通訊方式，上位機(jī)與下位機(jī)采用一主多從的方式，波特率為9600b/s，發(fā)送報(bào)文格式為起始位1位，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無奇偶校驗(yàn)位。（表1）

表1 光照傳感器部分參數(shù)

2 平臺(tái)介紹

2.1 系統(tǒng)硬件平臺(tái)介紹

本方案采用MCGS（昆侖通泰）組態(tài)軟件。利用Modbus-RTU協(xié)議，觸摸屏組態(tài)軟件同時(shí)加入了網(wǎng)絡(luò)功能，支持RS485串口通信，可直接檢測所有生產(chǎn)信息。

以TPC1061Ti型顯示器為上位機(jī)，光照度傳感器為下位機(jī)，觸摸屏通過RS-232總線經(jīng)RS-485轉(zhuǎn)換器讀取傳感器中的數(shù)據(jù)。

2.2 MCGS組態(tài)軟件介紹

MCGS組態(tài)軟件由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、運(yùn)行策略和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫五個(gè)部分組成。首先在設(shè)備窗口中選擇所需要測量的硬件設(shè)備，但并不是所有的設(shè)備原始軟件中都有其驅(qū)動(dòng)程序。沒有驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備將其對(duì)應(yīng)的文件拷貝至特定文件夾下，之后在設(shè)備工具箱中選取即可，形成對(duì)該設(shè)備的組態(tài)。下一步則開始編輯各類用戶窗口，窗口中可以編輯各類動(dòng)畫組態(tài)。雙擊各個(gè)構(gòu)件可以進(jìn)入屬性設(shè)置，調(diào)節(jié)構(gòu)件的外觀、刻度、標(biāo)注以及可見度。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中則包含工程中需要用到的所有數(shù)據(jù)量。運(yùn)行策略為人機(jī)交互界面下每個(gè)按鈕按下時(shí)運(yùn)行的程序。最后在主控窗口中對(duì)主界面進(jìn)行設(shè)定以及對(duì)不同用戶設(shè)定其權(quán)限。

3 光照強(qiáng)度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件連接

先將電腦連接一個(gè)RS-232轉(zhuǎn)RS-485接口，將232電平轉(zhuǎn)換為485電平，將多個(gè)建大仁科的RS型光照傳感器并聯(lián)，所有傳感器的電源線接在24V直流電源的V-和V+上。

3.2 設(shè)定設(shè)備窗口

在設(shè)備窗口的設(shè)備工具箱中添加通用串口父設(shè)備以及莫迪康ModbusRTU。

具體設(shè)置如下：

（1）設(shè)定串口端口號(hào)為COMX(此由電腦端口決定)。

（2）一幀報(bào)文波特率設(shè)置為9600b/s，數(shù)據(jù)位位數(shù)為8位，停止位位數(shù)為1，無奇偶校驗(yàn)位。

（3）在ModbusRTU設(shè)備中設(shè)定好需要采用的數(shù)據(jù)通道。

3.3 設(shè)計(jì)用戶窗口和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫

用戶設(shè)計(jì)窗口中允許用戶自行調(diào)節(jié)串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位以及校驗(yàn)位，按下發(fā)送指令按鈕來采集當(dāng)前環(huán)境下的光照強(qiáng)度。由此數(shù)據(jù)庫中需要設(shè)定的變量有串口波特率、串口號(hào)、串口數(shù)據(jù)位、串口奇偶校驗(yàn)位、串口停止位，中間臨時(shí)存儲(chǔ)變量，光照強(qiáng)度高位字節(jié)與低位字節(jié)，以及對(duì)發(fā)送字節(jié)指令時(shí)出錯(cuò)標(biāo)志進(jìn)行計(jì)數(shù)。

3.4 編寫運(yùn)行策略

除了系統(tǒng)中默認(rèn)的啟動(dòng)、退出和循環(huán)策略，還需編寫設(shè)定串口參數(shù)策略以及向光照傳感器發(fā)送指令讀取示數(shù)的策略。

設(shè)定串口參數(shù)策略包括SetBaudRate(設(shè)定波特率),SetDatabit(設(shè)定數(shù)據(jù)位),SetStopbit(設(shè)定停止位),SetParitybit(設(shè)定校驗(yàn)位),這些數(shù)據(jù)直接從面板上由用戶輸入。發(fā)送策略中主要函數(shù)為!WriteSerial(Parameter1,Parameter2)，函數(shù)意義為向串口寫入一個(gè)字節(jié)，例如!WriteSerial(1,1)，則需要向地址1寫入一個(gè)16進(jìn)制的字節(jié)01。由于ModbusRTU的發(fā)送報(bào)文為8個(gè)字節(jié)組成，則需要向串口連續(xù)發(fā)送8個(gè)字節(jié)，校驗(yàn)碼策略可自行創(chuàng)建，通過計(jì)算將高低CRC校驗(yàn)碼字直接導(dǎo)入需要發(fā)送的最后2個(gè)字節(jié)。之后延時(shí)一段時(shí)間，等待下位機(jī)處理完數(shù)據(jù)后，參考本光照傳感器說明書，第3和第4位為光照強(qiáng)度的高低字節(jié)數(shù)據(jù)，先對(duì)讀取的字節(jié)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，之后利用!ReadSerial(Address)函數(shù)將當(dāng)前字節(jié)讀取出來。當(dāng)讀到光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)時(shí)將其提取出，由于讀取的是十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)，還需編寫計(jì)算公式將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。

3.5 主控窗口設(shè)計(jì)

主控窗口中可進(jìn)行用戶窗口管理。

整個(gè)系統(tǒng)的測試流程為：首先進(jìn)行串口初始化設(shè)定，之后按下設(shè)置串口參數(shù)按鈕，根據(jù)用戶界面所設(shè)定的條件來讀取光照傳感器數(shù)值，最后將光照度數(shù)據(jù)反饋到人機(jī)交互界面。

4 實(shí)驗(yàn)流程

利用方形USB接口將電腦與觸摸屏連接，將編寫好的工程通過MCGS軟件下載到觸摸屏中，串口編號(hào)固定為1，通過觸摸屏輸入波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位位數(shù)，之后點(diǎn)擊設(shè)置串口參數(shù)按鈕，便可讀取當(dāng)前環(huán)境下光照強(qiáng)度。各設(shè)備連接框圖如圖1所示。

圖1 各設(shè)備連接框圖

將光照傳感器放在完全黑暗、夜晚實(shí)驗(yàn)室正常光照與手電筒直接照射以上三種環(huán)境中，光照強(qiáng)度如表2所示。

表2 觸摸屏用戶操作界面

5 結(jié)論

本文針對(duì)實(shí)際需求設(shè)計(jì)了一款基于組態(tài)軟件的光照強(qiáng)度遠(yuǎn)程檢測裝置。運(yùn)用MCGS嵌入版組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)備設(shè)置、用戶操作界面設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的建立以及編寫運(yùn)行策略程序，實(shí)現(xiàn)用戶在遠(yuǎn)程操控屏幕的情況下來進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的讀寫。此系統(tǒng)將明顯提高當(dāng)下的工作效率，在人機(jī)交互界面中，管理人員在屏幕操作中便可知道整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分的工作狀態(tài)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)字工業(yè)化程度的加深，有望實(shí)現(xiàn)在更多領(lǐng)域中得到發(fā)展和推廣。