對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法
2023-05-03 05:53:11 3
對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法
【專利摘要】本發明屬於一種工業測控領域，尤其涉及對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法，採用DLL的節省內存和硬碟空間以及使軟體模塊化的優點，尤其是總結了根據串口儀表通訊協議的共同特點後定義了一種特殊的DLL規範，這個規範就是XHDLL規範，其中包括標準的XHDLL規範通用要求，標準的XHDLL規範接口函數，XHDLL開發方法，XHDLL調試以及XHDLL使用方法。本發明的有益效果在於：本發明能夠兼容不同廠家的儀器產品，兼容性好，開發維護方便，對硬體平臺的要求比較低，這也減少了開發、實施、維護的成本；對開發者的知識經驗要求不高，這也降低了這個規範的開發技術門檻。
【專利說明】對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種工業測控領域，尤其涉及對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法。
【背景技術】
[0002]對於環境監控等應用領域，一般使用數據採集傳輸儀通過串口連接到不同的監測儀表，然後採用該儀表專用的通訊協議採集其數據，最後匯總上傳給監控中心的架構模式，如圖1所示，圖上顯示的為遠程數據採集架構圖。通常採用資源比較充足的工控機來做採集數據採集傳輸儀的硬體平臺，選擇WINDOWS或LINUX作業系統，然後開發運行在該作業系統上的專用軟體來實現數據採集。這個專用軟體，即測控軟體必須能對儀器設備的數據進行採集。因為受監控企業可以自行選擇採用何種符合環保要求的儀器，這就要求軟體必須能適應這種情況，所以就導致一些問題的產生:(I)不同的人選用不同廠家的監測儀表，而現實中不同廠家的監測儀表的通訊協議大都是自編協議，幾乎沒有相同的；(2)有些儀表的通訊協議儘管相同但又各有特殊性。比如對於MODBUS協議而言，參數所在的寄存器位置不同或參數值所佔用的寄存器數目不同或者參數的解碼方法不同；(3)監測儀表輸出的數據種類增加或精度提高；(4)使用的監測儀表的升級換代情況。因此，設計開發一種對串口儀表進行數據採集的通用的軟體模塊是非常有必要的。
【發明內容】
[0003]本發明為克服上述的不足之處，目的在於提供對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法，該方法採用一種專門定義的DLL規範，能夠節省內存和硬碟空間以及使軟體模塊化和對串口儀表的採集接口通用化。
[0004]本發明是通過以下技術方案達到上述目的:對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法，其特徵在於:
[0005]採用DLL作為實現對串口儀表進行數據採集的軟體模塊，規定了該類DLL的特殊要求，這種規定為XHDLL規範。
[0006]每一種儀表根據其通訊協議及XHDLL規範要求編寫開發一個XHDLL ；
[0007]利用測控軟體對XHDLL進行調試；
[0008]將XHDLL通過網際網路傳遞給用戶操作員，用戶操作員把測控系統使用的儀表對應的XHDLL複製到測控軟體工作目錄中；
[0009]測控軟體採用作業系統的API函數顯式載入XHDLL ；
[0010]測控軟體調用XHDLL採集數據；
[0011 ] 測控軟體卸載XHDLL，釋放空間。
[0012]作為優選，XHDLL的開發方法步驟如下:
[0013]I)使用開發工具的DLL開發功能，生成一個以儀表名稱拼音或英文為名字的空DLL項目，並產生相應的頭文件與源文件；[0014]2)在空DLL項目的頭文件中添加XHDLL規範接口函數原型，並且按照開發工具的導出函數聲明句法聲明為導出函數；
[0015]XHDLL規範接口函數原型包括:
[0016]儀表米集命令生產函數:intEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength)；
[0017]儀表響應解析函數:BOOLDecode (int Code, BYTE*buf, intbufLength, float氺pfData)；
[0018]儀表啟動命令生成函數:intStartEncode (int Code, BYTE*buf, intbufLength)；
[0019]儀錶停止命令生成函數:intStopEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength)；
[0020]獲得儀表超時值函數:int GetTimeOut (void)；
[0021]獲得參數索引函數:B00LGetParameterIndex (TCHAR*ParaBuf, intbufLength, int*pnlndex)；
[0022]3)根據XHDLL規範對接口函數要求，在DLL的源文件中，參考儀表規格書或使用說明書，以C語言分別實現接口函數；
[0023]4)編譯連接，生成XHDLL。
[0024]作為優選，XHDLL通過測控軟體調試，具體包括以下步驟:
[0025]I)根據儀表說明書，選擇一條或幾條真實的儀表的採集命令、該命令的響應以及該響應提供的參數數值，作為樣例命令、樣例響應及樣例參數值；
[0026]2)啟動測控軟體並以調試模式運行；
[0027]3)添加儀表參數；
[0028]4)測控軟體載入並調用DLL中的函數進行數據採集，在讀取串口數據後添加斷點，把樣例響應寫入臨時緩衝區當做讀到的數據；
[0029]5)繼續運行測控軟體，得到對樣例響應解析後獲得的參數值；
[0030]6)若獲得的參數值同樣例參數值不一致，則修改XHDLL原始碼，重新調試，直到參數值與樣例參數值一致。
[0031]本發明的有益效果在於:(I)當監測儀表新增加或改變時，只需要對每一種儀表編寫一個XHDLL，然後通過網際網路傳遞給用戶操作員，操作員把該XHDLL複製到測控軟體工作目錄即可，不必要去現場進行開發。(2)方便用戶增購監測儀表，適應用戶升級儀表，升級後的監測儀表的XHDLL取同未升級監測儀表XHDLL不同的名字，這樣兩個不同硬體版本的同一廠家的監測儀表可以在同一系統和諧地工作。(3)開發者可使用自己熟悉的開發工具開發XHDLL，節約了好多時間，也為開發者開發此DLL提供了方便，對開發者的知識經驗，計算機知識，編程能力要求也比較低；XHDLL只處理協議編解碼，不涉及硬體，由於與硬體無關，編寫、調試、測試都簡單容易；開發者熟悉了儀表的通訊協議相關採集的幾個命令，就可以迅速開發完成並提交用戶符合要求的XHDLL ； (4)細化對採集參數的採集控制，增強了軟體的適應性。參數指監測儀表測量獲得的一種數據，監測儀表可以測量多種物理量因而獲得多種數據。以參數為最小採集單位，就可以針對每個參數設定採集間隔和採集參數；(5)XHDLL與測控軟體或應用軟體開發完全分離，其使用顯式載入的方法。當測控軟體開發成功後，不會因為儀表的增減而改變，也不必重新建構測控軟體即可使用和測試XHDLL ； (6)佔用的用戶存儲空間小、兼容型性好，運用的範圍廣。XHDLL採用C標準庫編寫，完全可以被其他測控軟體直接使用，不限於用於監測領域，用途廣闊；只需要重新建構一下，不需要修改原始碼，就可以把XHDLL用在不同的作業系統上；(7)降低了硬體平臺的資源要求，也使得開發的應用軟體因模塊化而易於維護。XHDLL本質是一種DLL，因此對內存和硬碟容量的要求低，模塊化了測控軟體；(8)解決了用戶監測系統的變動問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1是遠程數據採集架構圖；
[0033]圖2是本發明方法的步驟流程圖；
[0034]圖3是測控軟體添加XHDLL儀表參數界面；
[0035]圖4是測控軟體使用XHDLL採集數據流程圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護範圍並不僅限於此:
[0037]實施例1:本發明的對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法，如圖2所示包括:
[0038]根據儀表說明書及通訊協議確定串口配置參數、採集相關命令及響應解析方法；
[0039]每一種儀表根據XHDLL規範編寫開發一個XHDLL ；
[0040]利用測控軟體對XHDLL進行調試；
[0041]將XHDLL通過網際網路傳遞給用戶操作員，用戶操作員把添加儀表對應的XHDLL複製到測控軟體工作目錄中；
[0042]測控軟體調用XHDLL採集數據；
[0043]測控軟體卸載XHDLL，釋放空間。
[0044]XHDLL規範通用要求包括以下幾點:
[0045]1、每種不同的監測儀表都必須有一個與之對應的XHDLL。
[0046]2、調用XHDLL的測控軟體或應用軟體應該滿足如下條件:
[0047](2.1)必須提供一個對話框，可參考圖3。該對話框至少需要包括允許用戶輸入或修改XHDLL名字、採集參數、設備地址的編輯控制項，包括輸入或修改串口及其參數的控制項；
[0048](2.2)測控軟體應該能夠允許用戶存儲、刪除、增加、修改、顯示通過上述對話框提供的用戶輸入；
[0049]3、一種監測儀表產生多種參數，這些參數的採集命令是不同的，XHDLL必須支持根據參數的不同生成不同的命令。
[0050]4、使用零基整數索引來對一個監測儀表的參數進行編碼，比如一個監測儀表有3個參數，則編碼為0，1，2。調用者使用這個編碼作為索引來生成不同的參數的採集命令
[0051]5、不同監測儀表對命令的處理時間不同，因此必須根據監測儀表規格提供命令響應的最大超時時間。
[0052]6、對於MODBUS協議的儀表，硬編碼進不同監測儀表的寄存器地址以及數目，實現對獲得寄存器內容的解析方法，協議發送和響應字節流通過調用實現標準MODBUS協議的DLL或者外部庫的相應函數來完成，XHDLL本身不提供。[0053]7、由於對串口的訪問對於所有的設備都是相同的，XHDLL不可以涉及訪問串口的代碼(與硬體無關)。
[0054]8、為支持多線程應用軟體使用XHDLL，XHDLL編寫時不允許使用全局可寫變量，
[0055]9、所有XHDLL必須採用相同原型的接口函數。這些接口函數為對儀表進行採集所必不可少的函數，其內部實現根據儀表的通訊協議不同而不同，XHDLL不必要提供對儀表通訊協議的完全支持。
[0056]10、XHDLL必須由測控軟體採用作業系統的API函數顯式載入，不可以使用隱式載入的方法使用。
[0057]11、XHDLL編寫時只可以使用多線程C標準庫函數。
[0058]XHDLL的開發方法步驟如下:
[0059]I)使用開發工具的DLL開發功能，生成一個以儀表名稱拼音或英文為名字的空DLL項目，並產生相應的頭文件與源文件；
[0060]2)在空DLL項目的頭文件中添加XHDLL規範接口函數原型，並且按照開發工具的導出函數聲明句法聲明為導出函數；
[0061]3)根據XHDLL規範接口函數要求，DLL的源文件中，參考儀表規格書或使用說明書，以C語言分別實現接口函數；
[0062]4)編譯連接，生成XHDLL。
[0063]其中，XHDLL規範接口函數原型包括6種，分別為儀表採集命令生產函數:int Encode (int Code, BYTE*buf, int bufLength);儀表響應解析函數:BOOLDecode (int Code, BYTE*buf, int bufLength, f loat*pfData);儀表啟動命令生成函數:int StartEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength);儀錶停止命令生成函數:int StopEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength);獲得儀表超時值函數:intGetTimeOut (void);獲得參數索引函數:B00L GetParameterIndex (TCHAR*ParaBuf, intbufLength, int*pnlndex)。
[0064](I)儀表採集命令生成函數:
[0065]採集儀表數據必須發送命令，因此所有XHDLL都有一個函數用於根據儀表的通訊協議生成命令。
[0066]函數原型為:intEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength)
[0067]說明:Code為參數索引，buf及bufLength分別為採集線程分配的緩衝區及其長度。此函數根據儀表通訊協議對對應的參數生成採集命令字節流，然後返回字節流的長度。如果無法對參數生成採集命令(不支持或命令字符串大於緩衝區長度)則返回長度為O。
[0068](2)儀表響應解析函數:
[0069]儀器設備對命令的響應必須解析才能得到數據，所以必須提供一個響應解析函數。
[0070]函數原型為:B00LDecode (int Code, BYTE*buf, int bufLength, f loat*pfData)
[0071]說明:Code為參數索引，buf及bufLength分別為從儀表讀到的數據所在緩衝區指針及數據字節數，PfData為採集線程分配的用於存放採集結果的4位元組浮點數緩衝區指針。此函數根據儀表的通訊協議，對從儀表讀到的字節流進行解析，得到參數索引對應的參數的測量數據並存放到浮點緩衝區並返回真。如果返回命令格式、校驗等出錯，則返回假。[0072](3)儀表啟動命令生成函數:
[0073]有些監測儀表在採集數據之前要執行特定的啟動命令，這個函數用來生成此命令。這個函數根據儀表的規範來確定是否需要實現，可以簡單的返回0，則調用者可以安全地忽略對此函數的調用；也可以不實現，那麼調用者應該因為得到的函數指針為NULL而不調用此函數並且不以為有錯地繼續執行下去。
[0074]函數原型為:intStartEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength)
[0075]說明:Code為參數索引，buf及bufLength分別為採集線程分配的緩衝區及其長度。此函數根據儀表通訊協議對相應的參數生成啟動命令字節序列，然後返回其長度。如果無法對參數生成啟動命令(不支持或命令字符串大於緩衝區長度)則返回長度為O。如果儀表無啟動要求，此函數可以不實現。
[0076](4)儀錶停止命令生成函數:
[0077]有些監測儀表在採集數據結束之後要執行特定的停止分析命令，這個函數用來生成此命令。這個函數根據儀表的規範來確定是否需要實現，可以簡單的返回0，則調用者可以安全地忽略對此函數的調用；也可以不實現，那麼調用者應該因得到的函數指針為NULL而不調用此函數並且不以為有錯地繼續執行下去。
[0078]函數原型為:intStopEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength)
[0079]說明:Code為參數索引，buf及bufLength分別為採集線程分配的緩衝區及其長度。此函數根據儀表通訊協議對相應的參數生成停止命令字節序列，然後返回其長度。如果無法對參數生成停止命令(不支持或命令字符串大於緩衝區長度)則返回長度為O。如果儀表無停止要求，此函數可以不實現。
[0080](5)獲得儀表超時值函數:
[0081 ] 監測儀表對命令的響應時間通常是不同的，不同的儀表有不同的響應時間，因而應該針對不同的儀表設定不同的超時常數。XHDLL提供一個函數以提供最大命令響應時間，這個時間應該由儀表規格書或者由儀表開發者提供，響應時間單位為毫秒。
[0082]函數原型為:intGetTimeOut (void)
[0083]說明:此函數返回一個預先設定的以毫秒為單位的超時值。
[0084](6)獲得參數索引函數:
[0085]在XHDLL中實現一個查詢函數,這個函數可以通過參數名稱字符串作為參數獲得該參數的索引。這樣在配置的時候用戶根據參數名稱配置，而開發人員編寫軟體時內部使用索引來調用函數。
[0086]函數原型為:B00LGetParameterIndex (TCHAR*ParaBuf, intbufLength, int*pnlndex)
[0087]說明:ParaBuf為參數名字字符串緩衝區指針，參數名字為UNICODE編碼。bufLength為參數緩衝區長度。PfData為採集線程分配的用於存放參數索引的整數緩衝區指針。此函數把參數名字同DLL中預先設定的參數名字進行字符串比較，如果有一個匹配，就返回其索引，返回真；如果沒有匹配，則返回假。
[0088]完成XHDLL的開發後，需要對其進行測試和調試，以確保其正確性。調試時並不需要實際監測儀表，只要已經開發成功的測控軟體即可。具體包括以下步驟:
[0089]I)根據儀表說明書，選擇一條真實的儀表的的採集命令、該命令的響應以及該響應提供的參數數值，作為樣例命令、樣例響應及樣例參數值；
[0090]2)啟動測控軟體並以調試模式運行；
[0091]3)添加儀表參數；
[0092]4)測控軟體載入並調用DLL中的函數進行數據採集，在讀取串口數據後添加斷點，把樣例響應寫入臨時緩衝區當做讀到的數據；
[0093]5)繼續運行測控軟體，得到對樣例響應解析後獲得的參數值；
[0094]6)若獲得的參數值同樣例參數值不一致，則修改XHDLL原始碼，重新調試，直到參數值與樣例參數值一致。
[0095]XHDLL開發完成後，經過下述安裝和添加參數操作後即可被軟體使用來採集數據:
[0096](I)安裝 XHDLL
[0097]對於已經正在運行的系統，把XHDLL通過網際網路或其他媒介傳遞給用戶，並由用戶複製到測控軟體安裝目錄下；對於最新軟體更新，把XHDLL打包到測控軟體安裝包，這樣安裝測控軟體時XHDLL就被複製到測控軟體安裝目錄下了。每一個測控軟體安裝包製作時應該把到那時為止開發者組織已經開發完成的所有XHDLL都添加到安裝包中。
[0098](2)添加監測儀表 [0099]系統維護人員在測控軟體中執行添加儀表參數操作，測控軟體的相關界面如圖2所示。輸入XHDLL名字、儀表參數名字、以及串口配置、儀表地址等並存入資料庫。根據需要把一個採集系統所有監測儀表需要的XHDLL都添加到測控系統中。
[0100](3)使用XHDLL採集數據
[0101]測控軟體如圖4流程圖所示載入、調用及卸載某一儀表參數對應的XHDLL，則可採集到該監測儀表某參數的一個數據。在軟體中定時執行圖4流程，就可實現對該監測儀表某參數的連續採集。對所有需要採集的監測儀表參數執行相同的流程，則全系統所有監測儀表參數都會得到採集。
[0102]下面是運行於WINDOWS XP的用VC2010開發的、用於採集分析汙水中汙染物含量的儀器T0C-602C的XHDLL原始碼例子，只列出關鍵原始碼，DLL架構相關的WINDOWS DLL通用文件省去，T0C-602C分析汙水中的TOC (有機汙染物)及COD (化學需氧量)並通過串口同上位機通訊。
[0103]一、XHDLL 的名稱為:T0C_602C.DLL。
[0104]二、XHDLL 的頭文件:
[0105]
Il下列ifdef塊是創建使從DLL導出更簡單的
Il宏的標準方法。此DLL中的所有文件都是用命令行上定義的T0C—620C—EXPORTS
//符號編譯的。在使用此DLL的
Il任何其他項目上不應定義此符號。這樣，源文件中包含此文件的任何其他項目都會
將
[0106]
【權利要求】
1.對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法，其特徵在於: 採用DLL作為實現對串口儀表進行數據採集的軟體模塊，規定了該類DLL的特殊要求，這種規定為XHDLL規範。 每一種儀表根據XHDLL規範編寫開發一個XHDLL ； 利用測控軟體對XHDLL進行調試； 用戶操作員把添加儀表對應的XHDLL添加到測控軟體工作目錄中； 測控軟體調用XHDLL採集數據； 測控軟體卸載XHDLL，釋放空間。
2.根據權利要求1所述的對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法，其特徵在於，XHDLL的開發方法步驟如下: 1)使用開發工具的DLL開發功能，生成一個以儀表名稱拼音或英文為名字的空DLL項目，並產生相應的頭文件與源文件； 2)在空DLL項目的頭文件中添加XHDLL規範接口函數原型，並且按照開發工具的導出函數聲明句法聲明為導出函數； XHDLL規範接口函數原型包括: 儀表米集命令生產函數:int Encode(int Code, BYTE*buf, int bufLength)； 儀表響應解析函數:BOOL Decode (int Code, BYTE*buf, intbufLength, float氺pfData)； 儀表啟動命令生成函數:int StartEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength)； 儀錶停止命令生成函數:int StopEncode (int Code, BYTE*buf, int bufLength)； 獲得儀表超時值函數:int GetTimeOut (void)； 獲得參數索引函數:BOOL GetParameterIndex (TCHAR*ParaBuf, intbufLength, int*pnlndex)； 3)根據XHDLL規範接口函數要求，DLL的源文件中，參考儀表規格書或使用說明書，以C語言分別實現接口函數； 4)編譯連接，生成XHDLL。
3.根據權利要求1所述的對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法，其特徵在於，XHDLL通過測控軟體調試，具體包括以下步驟: 1)根據儀表說明書獲得真實的儀表的採集命令、響應以及該響應提供的參數數值，作為樣例命令、樣例響應及樣例參數值； 2)啟動測控軟體並以調試模式運行； 3)添加儀表參數； 4)測控軟體載入並調用DLL中的函數進行數據採集，在讀取串口數據後添加斷點，把樣例響應寫入臨時緩衝區當做讀到的數據； 5)繼續運行測控軟體，得到對樣例響應解析後獲得的參數值； 6)若獲得的參數值同樣例參數值不一致，則修改XHDLL原始碼，重複步驟2)—5)，直到參數值與樣例參數值一致。
4.根據權利要求3所述的對串口儀表進行數據採集的通用軟體模塊的設計開發方法，其特徵在於，測控軟體採用作業系統的API函數顯式載入XHDLL後再調用其中的函數。
【文檔編號】G06F9/44GK103955371SQ201410179296
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月29日 優先權日:2014年4月29日
【發明者】薛宏, 王輝, 張標標, 杜克林 申請人:浙江銀江研究院有限公司