1、1目 录摘要 4引言 41、信达广场工程设计介绍 51.1 工程数据采集显示全过程 51.2 本设计数据采集传输过程 52、MCGS 概述 52.1 VB 程序目 62.2 VB 程序流程图 62.3 单片机串行通信概述 73、本设计有关原理图及主要芯片 93.1 上位机原理图和 PCB 板图 93.2 上位机汇编设计程序和流程图 113.3 LM7805 133.4 MAX202 2133.5 74ALS244 143.6 P89LPC93 154、调试过程中遇到的问题及解决155、致谢词 166、参考文献 177、附录 237.1 附录一：传送数据给下位机的程序（模块一） 187.2 附录
2、二：从服务器中采集数据程序（类模块程序）217.3 附录三：测试及初始化设备程序 267.3.1 窗体一 267.3.2 窗体二 297.3.3 窗体三 347.3.4 窗体四 377.3.5 程序模块 427.4 附录四：上位机汇编程3序467.5 附录五：英文资料及中文翻译 55摘要在信达广场大楼建设工程中，由于楼房建设规模庞大，为实现楼房的有效管理与监控，这就要求设计一个楼房信息的监控与显示系统。该设计通过 OPC 协议和 MCGS,把父设备和服务器相连，采集楼房的温度等数据信息。再通过调用 MCGS 系统中的程序模块，使用MCGS 的自定义设备传输数据。然后，父设备把数据传给子设备。子
3、设备和父设备是通过 RS-232 相连，与子设备进行串行数据通信。子设备根据接收到的数据通过模拟显示屏显示，实现楼房的有效监控，最终实现楼房数据采集的自动化。关键词MCGS、数据采集、单片机、串行通信、RS-232AbstractIn the project of XinDa Square, because the buildings scale is huge, for valid 4management that realizes building with monitor and control, this will need to design a system for the con
4、trol and manifestation of the buildings information. Through the OPC agreement and the MCGS, the father equipments and the server are connected with each other, so it can realizes data acquisition of the building. The design use MCGS procedure in the system mold piece and definition equipments deliv
5、ers the data. Then, the father equipments pass the data to sub- equipments. The Sub- equipments and the father equipments are connected by the RS-232 with each other .It can realizes the serial data communication between the father equipments and sub-equipments. According to the data received, the s
6、ub- equipments indicate the data on the screen. That realizes the building supervises and control effectively. Finally, the system realizes the automation of the building data collect.key wordsMCGS、data acquisition 、signal Chip Microcomputer、Serial Communication、RS-2321 引言随着电子技术的迅猛发展，单片机技术不断成熟，并已广泛应
7、用于军事、工业、通讯、家用电器、智能玩具、智能仪表等领域。单片机的使用使产品功能、精度和质量大幅度提高，而电路设计更简单、故障率低、可靠性高而且成本低廉。在当今的单片机运用系统中，由于单片机具有处理数据快优点，在很多的运用系统中，只用到一片单片机来处理各种各样的数据。在生产过程和日常生活中各种信号的采集、处理和输出显示以成为最重要且最普遍的项目技术之一。随着科学技术的进步，人们住房条件的改善，楼宇规模不断扩大，楼层监控系统部分的设计至关重要，它关系到整个楼宇的运行状况乃至安全。1. 信达广场工程设计介绍11 工程数据采集显示全过程信达广场的模拟数字监控系统，采用 OPC 协议与服务器相连，将各
8、楼层数据信息从服务器中取出后，利用 MCGS 系统发送上位机。上位机将数5据打包后按地址传送给下位机。下位机通过驱动红、绿灯和数码管将数据所表示的信息在显示屏上显示出来。22 本设计数据采集传输过程首先对传输设备进行初始化，例如设置串口线状态，以及传输设备属性。数据由 MCGS 通过 OPC 协议从服务器中取出后，先将数据打包，再传给上位机，MCGS 每次发 50 个数据，在一秒内判断接收是否正确，如不正确则重发，上位机收到数据后再将数据以包的形式传给下位机，每包中包含一个地址，四个数据。2 MCGS 概述计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建
9、优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断等先进技术，使系统更加安全可靠，在这方面，MCGS 工控组态软件提供强有力的软件支持。MCGS 全中文工业自动化控制组态软件（以下简称MCGS 工控组态软件或 MCGS）为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。MCGS 工控组态软件是一套 32 位工控组态软件，可稳定运行于 Windows95/98/NT 操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、
10、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。MCGSWW 服务器版本，集工业现场的集散控制和各类历史、实时数据及相关曲线的 WWW 发布于一体，可以解决整个企业的 Internet/Intranet 方案，随时随地掌握工业现场运营状态，了解所需的各项信息，大幅度提高工作效率。2.1 VB 程序目的服务器 OPC 协议 MCGS RS-232上位机下位机数码管或灯6采集数据程序（附录一 1.2 ）程序目的：将数据通过 OPC 协议从服务器中采集出来后，再将其打包传送给上位机。对于设备的初始化和各属性参量也在该程序中设置。传送数据程序（附录一 1.1 ）程序
11、目的：1、定义设备名称。2、将读数据的命令通过串口发送出去，接收发回来的数据，再将数据包发给下位机，并判断下位机是否正确接收，否则从发。发送时对数据并对其采用和校验。设置数据采集的界面程序（附录二）程序目的：设置 MCGS 的参数界面，可在该界面中设置 MCGS 的各种通信参数，调用 MCGS 的帮助系统。整个程序的工程文件最后生成.dll 文件嵌入 MCGS 工控组太软件系统的自定义设备中,调用该设备对服务器进行数据采集,再将采集到的数据与上位机进行串行通信。2.2 程序流程图N对硬件进行初始化开始是否在 MCGS 环境7YN Y2.3 单片机串行通信概述计算机的数据传送有两种方式：并行数据
12、传送和串行数据传送。并行数据传送的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高。但并行数据传送有多少数据位就需多少根数据线，传送成本高。串行数据传送的特点是：数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢。我们采用串行通信方式。在串行通信中，格式位的发送和接收分别由发送时钟脉冲和接收时钟脉冲进行定时控制。因为计算机中使用的数据都是并行数据，所以串行通信需要进行数据转换。数据转换的实现由通用异步接收发送器（UART）完成。通用异步串行接收器和转发器(UART) 是一个高度灵活的串行通讯设备。主要特点为：1） 全双工操作( 独立的串行接收和发送寄存器)2） 高精度的波特率发生器3
13、） 支持5, 6, 7, 8, 或9 个数据位和1 个或2 个停止位数据进行校验后打包传送给上位机是否正确接收完毕根据设定的周期采集数据84） 帧错误检测5） 多处理器通讯模式涉及的控制寄存器：1） 串行控制寄存器 SCON位地址9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H位符号SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SM1=01串行口工作方式选择位；SM2多机通信控制位；REN允许接收位；TB8发送数据位 8；RB8 接收数据位 8；TI发送中断标志；RI接收中断标志电源控制寄存器 PCON位 序B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0位符号
14、SMOD / / / GF1 GF0 PD ID在我们的使用中，该寄存器中除最高位之外，其他位都没有定义。最高位（SMOD）是串行口波特率的倍增位。在该系统中,为减少误差我们采用了波特率倍增。中断允许寄存器 IE位地址0AFH 0AEH 0ADH 0ACH 0ABH 0AAH 0A9H 0A8H位符号EA / / ES ET1 EX1 ET0 EX0其中 EA中断允许总控制位；ES串行中断允许位。定时器的工作方式控制寄存器 TMOD位 序B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0位符号GATE C / TM1 M0 GATE C / TM1 M09高半字节定义定时器/计数器 1，低半字节定
15、义定时器/计数器 0。GATE门控位；C/ T 定时方式或计数方式选择位；M1、M0工作方式选择位。程序设计过程中，我们设定初始值为定时器 1 工作方式 2，中断总允许，禁止串行中断，波特率倍频，波特率设定为 9600bps，串行工作方式 1 并允许通信。从上位机发送数据给下位机时，采用的是 7 个口 COM 同时发送，采用串行通信。7 个口每个口有 16 个栈。3. 本设计有关原理图及主要芯片 3.1 上位机原理图和 PCB 板图上位机电路板作用：通过 RS-232 接口与 PC 机进行数据通信接收数据；与下位机进行串行数据通信，把数据传送给下位机显示。上位机原理图 11R115.1K +3
16、.3VICA/P2.7 28ICB/P2.0 1P2.12P0.0 3P1.7 4P1.6 5P1.5/RST6VSS 7P3.1/XTAL1 8P3.0/XTAL2 9INT1/P1.410INT0/P1.311P1.2 12P2.213P2.314P2.415P2.516P1.1/RXD17P1.0/TXD18P0.7 19P0.6 20VDD 21P0.5 22P0.4/AD1323P0.3/AD1224P0.2/AD1125P0.1/AD1026P2.627U2P87LPC935R221KVin1GND2+5V 3U17805C3104 C4104C2100uFC1100uFVCC D
17、1 D2 +3.3VC5104R3100R2 1001234Y112MGND+3.3VC1+ 1V+2C1- 3C2+4C2-5 V- 6T2OUT7R2IN8 R2OUT 9T2IN 10T1IN 11R1OUT 12R1IN13T1OUT14U3MAX202C61uFC81uFC71uFC91uFGNDVCCGNDR1100R4 100P20P21P22P23P24P25P26P27VCC12J29V162738495J1DB9R62KR52KH1TDH2RD.1212J3COM112J4COM2GND GND12J5COM3GND12J6COM4GND12J7COM5GND12J8COM
18、6GND12J9COM7GND1A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1 181Y2 161Y3 141Y4 122Y1 92Y2 72Y3 52Y4 31G12G19U474ALS244P20P21P22P23P24P25P26.上位机 PCB 图3.2 上位机汇编程序流程图：13测停止位开 始串口初始化，设置波特率，数据线状态设置停止标志位，接收数据索引值测停止位，判断是否接收完数据选取 COM 口，设置站号发送数据是否发送完毕14测停止位，从主设备接受数据回应主设备数据处理发送完毕上位机汇编程序（附录三）目的：从 MCGS 中接收数据，再把数据打包传输
19、给指定的设备和从站。在数据处理完后，通知主设备接收成功。3.3 UA7805C 介绍：Vin1GND2+5V 3U17805C3104 C4104C2100uFC1100uFVCC D1 D2 +3.3VC510412J29V. .该器件为一电压转换器件，将九伏电压变为五伏。输入电压为 7 到 25 伏，输出为 4.8 到 5.2V该芯片在电路中的作用是提高电路的可靠性，避免由于外界电网电压不稳导致输入电压不稳而对单片机产生损坏。.3.4 MAX202 介绍：151A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1 181Y2 161Y3 141Y4 122Y1 92
20、Y2 72Y3 52Y4 31G12G19U474ALS244P20P21P22P23P24P25P26.这是一个+5v 供电、多通道 RS-232 驱动器/接受器。在 max202 内部可将+5v 转换为+10v（空载） ，为 RS-232 驱动器提供工作电压。第一个转换器利用电容 C1 将+5V 输入加倍，得到（V+输出端）C3 上的+10V；第二个转换器利用电容 C2 将+10V 转换为（V-输出端） C4 上的-10V。可以从+10V (V+)和 -10V (V-)输出端获取少量的电源功率，为外部 电路供电。3.5 74ALS244 介绍： 三 太 控 制 信 号 输 入 . .输 出
21、 . 16该芯片内部含有 2 个 4 位的三太缓冲器，它在电路中的功能是进行单片机的 I/O 扩展，解决输出数据锁存，并达到当输入设备被选通时，使数据源能与数据总线直接连通；而当输入设备处于非选通状态时，则把数据源与数据总线隔离，缓冲器输出呈高阻抗状态。3.6 P89LPC93：单片机 P89LPC93 接收 MCGS 传来的数据，内存为 512 字节。4、调试过程中遇到的问题及解决方案在调试上位机与下位机进行串行数据通信时，开始忽略了波特率的设定，上位机与下位机的波特率不一致，导致通信不能进行，修改波特率后正常，但误差较大。后来，通过倍频的方法减小了误差。当把数据传送给下位机时，17下位机
22、P0 口数据不能显示，经查阅资料发现下位机 P0 口无带载能力，我们最后给 P0 口加上拉电阻解决了这个问题。5、致谢词为期两个月的毕业设计就要结束了，这将是我永生难忘的宝贵经历。本次毕业设计期间我翻阅了大量相关的文献资料和书籍，不仅加强了我的专业知识水平，更开拓了我的视野。我做的毕业设计是信达广场数据采集工程的硬件及软件设计。在宋老师的耐心指导下一些同学的帮助下，我们首先设计方案，经过多次比较后，选择了以上所述系统，这次工作中涉及很多电子集成电路、PCB 板制作和单片机方面的知识以及电路的实际焊接。为此，我查阅了很多相关资料，使我对专业知识有了更清楚的认识，通过实际操作锻炼了我的动手能力。期
23、间，与同伴们的共同合作也是一笔财富，提高了我们的合作精神。本次毕业设计使我受益非浅。最后，再次感谢宋老师的悉心指导以及在此期间同学们的大力帮助。由于时间有限，如有错误，望予以原谅。设计者：熊恒2005-6-1018参考文献1、朱大奇等. 单片机原理串口及应用. 南京：南京大学出版社，20032、宗光华等. 多单片机系统应用技术. 北京：国防工业大学出版社，20033、张伟等. 单片机原理及应用. 北京. ：机械工业出版社， 20024、李广第等.单片机基础. 北京：北京航空航天大学出版社，20015、张树兵等. Visual Basic 6.0 程序设计教程.北京：清华大学出版社，20026、
24、夏路易等. 电路原理图与电路板设计教程. 北京：北京希望电子出版社，20037、何立民等. 单片机应用技术选编. 北京：北京航空航天大学出版社， 19988、康华光等. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2002199、Intel: Microcontroller Handbook,198810、M.D.Beer: Microcomputer Interfacing,19857、附录7.1 附录一：传送数据给下位机的程序（ 模块一）Option ExplicitPublic Declare Function WinHelp Lib “user32“ Alias “WinHelpA“ (By
25、Val hwnd As Long, ByVal lpHelpFile As String, ByVal wCommand As Long, ByVal dwData As Long) As LongPublic Declare Sub Sleep Lib “kernel32“ (ByVal dwMilliseconds As Long)Public Declare Function GetTickCount Lib “kernel32“ () As Long20* 标识不同 PLC 继电器区的符号Public Const gc_DeviceName = “数字显示屏“Public Const
26、gc_DeviceHelpName = “Adam4050.hlp“* 设备驱动中常用的常量定义Public Const mc_OperateSuccess = 0 * 函数调用成功Public Const mc_OperateFail = -1 * 函数调用失败Public Function FetchDataFormComm(ByVal lngCheckFlag As Long, objCommParent As Object, strCommOrder As String, strReturnData As String) As Long* 函数目的 : 将读数据的命令通过串口发送出去，
27、接收 PLC 发回来的数据* 参数意义 : lngReadFlag - 读还是写命令，0 是读；1 是写* objCommParent - 串口父设备对象* bytCommOrder() - 下发的命令* strReturnData - 返回命令* 函数返回 : 0 - 成功；-1 - 失败Dim lngIndex As Long * 循环索引变量Dim lngReadLen As Long * 实际读回来的数据的字节个数Dim lngReturn As Long * 函数返回Dim bytOutput(0 To 2047) As Byte * 发送和接收数据缓冲区，* 加校验Call Add
28、Sum(strCommOrder, 0, lngCheckFlag)For lngIndex = 1 To Len(strCommOrder) bytOutput(lngIndex - 1) = (Mid(strCommOrder, lngIndex, 1)bytOutput(lngIndex - 1) = Asc(Mid(strCommOrder, lngIndex, 1)Next lngIndexDebug.Print “下发的命令是:“ + strCommOrder* 按是读还是写，协议格式，通信返回值不同21lngReadLen = objCommPoutindat(bytOutput
29、(), Len(strCommOrder), 0, 0, 13, 1000)* 如果没有读到数据就出错退出If lngReadLen 0 Then GoTo PROC_ERRDebug.Print “读回来的数据是:“ + strReturnDataPROC_EXIT:FetchDataFormComm = mc_OperateSuccessExit FunctionPROC_ERR:FetchDataFormComm = mc_OperateFailEnd FunctionPublic Function AddSum(strCommOrder As String, lngCheckDir A
30、s Long, lngCheckFlag As Long) As Long* 函数目的： 加校验* 参数意义： strSend - 命令字符串* lngStartPos - 校验开始位置* EnlngEndPos -校验结束位置* 函数返回： 0 - 成功； -1 - 失败Dim lngIndex As Long * 循环索引变量Dim lngSum As Long * 校验和Select Case lngCheckDirCase 0If lngCheckFlag = 1 ThenlngSum = 0For lngIndex = 1 To Len(strCommOrder)22lngSum =
31、 lngSum + Asc(Mid(strCommOrder, lngIndex, 1)Next lngIndexlngSum = lngSum Mod 256strCommOrder = strCommOrder + Right(“00“ + Hex(lngSum), 2)End IfstrCommOrder = strCommOrder + Chr(13)Case 1If lngCheckFlag = 1 ThenlngSum = 0For lngIndex = 1 To Len(strCommOrder) - 3lngSum = lngSum + Asc(Mid(strCommOrder
32、, lngIndex, 1)Next lngIndexlngSum = lngSum Mod 256If Mid(strCommOrder, lngIndex, 2) 0 Then GoTo PROC_EXIT For lngIndex = 0 To 6 asngDataValue(lngIndex + 1) = (Val(“&h“ + Mid$(strReturnData, 4, 2) And (2 lngIndex) (2 lngIndex) Next lngIndexstrCommOrder = “#“ + Right(“00“ + Hex(g_lngDeviceAddress), 2)
33、 + “00“For lngIndex = 1 To 50 99 lngDo = lngDo Or (asngDataValue(lngIndex) * (2 lngIndex) + 8strCommOrder = strCommOrder + Right(“00“ + Hex(asngDataValue(lngIndex), 2) 以 8 位二进制传输Next lngIndexstrCommOrder = strCommOrder + Right(“00“ + Hex(lngDo), 2)25lngReturn = FetchDataFormComm(m_lngCheckFlag, m_ob
34、jCommParent, strCommOrder, strReturnData)If lngReturn 0 - 设备初始化失败g_lngDeviceAddress = 1End Function_Public Function InitDevSet(objMcgsSave As Object, objMcgsData As Object) As Long* 函数目的 : MCGS 运行环境中调用，当用户打开属性页调用本接口，进行必要的初始化工作* 参数意义 : objMcgsSave - MCGS 存盘数据库对象* objMcgsData - MCGS 实时数据库对象* 函数返回 : In
35、itDevSet=0 - 设备初始化成功* InitDevSet=-1 - 设备初始化失败End Function_读取设备通道数据的类型和设备通道类型说明Public Function GetChlType(alngChlDataType As Variant, astrChlExplain As Variant) As Long* 函数目的 : MCGS 运行环境中调用，Mcgs 调用本接口读取设备各通道的数据类型和通道内容的文字描述，* 在设备属性设置窗口的通道连接属性页中所显示的内容均来自本接口* 参数意义 : alngChlDataType - Long 型数组，存储各通道的数据类型
36、* astrChlExplain - String 型数组，存储各通道内容的文字描述* 函数返回 : GetChlType = 0 - 调用成功* GetChlType 1 Thenm_lngParFlag = 1QueryObj m_objMcgsData, m_objCommParent, g_audtParObjPro(), g_audtParEnumPro()m_objCommParent.InitNewDev m_objMcgsSaveGetObjProperty m_objMcgsData, m_objCommParent, g_audtParObjPro()End IfSet f
37、rmPage = New frmTestParent29Set frmPage.g_objMcgsData = m_objMcgsDataSet frmPage.g_objDevObj = m_objCommParentSet frmPage.g_objMcgsSave = m_objMcgsSavefrmPage.Show 1SetObjProperty m_objMcgsData, m_objCommParent, g_audtParObjPro()GetObjProperty m_objMcgsData, m_objCommParent, g_audtParObjPro()End Sub
38、Private Sub cmdSetDevPro_Click()On Error Resume NextSet m_objDevObj = New clsDevObjIf m_lngDevFlag 1 Thenm_lngDevFlag = 1QueryObj m_objMcgsData, m_objDevObj, g_audtDevObjPro(), g_audtDevEnumPro()m_objDevObj.InitNewDev m_objMcgsSavem_objDevObj.InitDevSet m_objMcgsSave, m_objMcgsDataGetObjProperty m_o
39、bjMcgsData, m_objDevObj, g_audtDevObjPro()End IfSetObjProperty m_objMcgsData, m_objDevObj, g_audtDevObjPro()Set m_objMcgsData.ParentDev = m_objCommParentSet m_objMcgsSave.ParentDev = m_objCommParentlngIndex = m_objCommParent.InitDevRun(m_objMcgsSave, m_objMcgsData)lngIndex = m_objDevObj.InitDevRun(m
40、_objMcgsSave, m_objMcgsData)If lngIndex 0 ThenMsgBox “创建 MCGS 对象失败!请先启动 MCGS 组态环境.“, 48, “注 意“EndEnd IfSet m_objMcgsData = GetObject(, “McgsRun.DataCentre“)If Err Then Set m_objMcgsData = DatSetObjSet m_objMcgsSave = m_objMcgsData.SvrPackageEnd SubPrivate Sub Form_Unload(Cancel As Integer)Set m_objCommParent = NothingEnd Sub7.3.2 窗体二Option ExplicitPublic g_objMcgsSave As ObjectPublic g_objMcgsData As ObjectPublic g_objDevObj As ObjectPublic g_lngReturn As LongPrivate Sub cmdCancel_Click()g_lngReturn = 0Unload MeEnd SubPrivate Sub cmdOK_Click()Dim lngIndex As Long
