Delphi與多個(gè)AI儀表串口數據采集系統的實(shí)現
摘要：利用Delphi開(kāi)發(fā)工業(yè)上位機控制系統軟件已成為越來(lái)越多工控開(kāi)發(fā)人員的選擇，而怎么方便快速實(shí)現串口數據的采集成為問(wèn)題的關(guān)鍵，本文著(zhù)重討論了Delphi6與Comport通信組件所實(shí)現的與多個(gè)AI儀表實(shí)時(shí)數據采集，同時(shí)對采集到的數據作相應的處理。
關(guān)鍵詞：串口通信；Delphi6.0；Comport控件
1 引言
日前，隨著(zhù)現代信息技術(shù)的發(fā)展，計算機串口通信技術(shù)已日趨成熟。由于微機處理速度快、分析能力強、使用靈活等特點(diǎn)，而單獨的二次儀表僅僅作為顯示控制功能也不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，更多是要采集和記錄現場(chǎng)有用的數據，作為生產(chǎn)分析和存檔，利用PC作為儀表功能拓展的上位機監控系統已在工業(yè)控制領(lǐng)域中被廣泛采用。
PC機與儀表的串口通信可以采用語(yǔ)言編程實(shí)現，如Delphi、VC、VB等。Delphi是新一代面向對象的可視編程工具，它具有功能強大、簡(jiǎn)單易用、執行速度快和有豐富的第三方控件支持，使得開(kāi)發(fā)過(guò)程變得如搭積木般簡(jiǎn)單易用，特別是對我們一些搞工控沒(méi)有特別深厚編程基礎的人使用。下位機儀表采用的是帶485通信功能的宇電AI系列儀表，因為宇電的AI儀表所用的是AIBUS通訊協(xié)議，具有通信指令簡(jiǎn)單、通信速度快等特點(diǎn)，允許上位機指令讀寫(xiě)儀表的數據,利用RS485總線(xiàn)功能可以實(shí)現多個(gè)儀表數據的串口通信。
2 Comport串口通信組件簡(jiǎn)介
用DelphiI實(shí)現串口通信，常用的方法有：使用控件，如Mscomm和Comport控件等；使用API函數對串口讀寫(xiě)。使用API方法比較適合編寫(xiě)較為復雜的低層次通信程序，但缺點(diǎn)是編寫(xiě)串口通信程序較為復雜，需要掌握大量的通信和編程知識。而用串口控件，我們可以不理會(huì )它的內部機能，主要調用它的相關(guān)的屬性和事件，就可以對串口實(shí)現各種操作，且編程簡(jiǎn)單、通常性強、可移植性好。在Delphi串口通信中我們選擇用Comport控件，它直接編譯在開(kāi)發(fā)的工程文件里，不需要在運行的PC上另外安裝控件。將Comport組件安裝到DELPHI后可以看到多了一個(gè)Cportlib的組件頁(yè)，Cportlib下面有多個(gè)組件，我們在這里主要應用的是Comport組件，對Comport控件的操作主要有：端口設置、打開(kāi)端口、往端口寫(xiě)指令、讀接收數據、關(guān)閉端口。
3 宇電AIBUS通訊協(xié)議說(shuō)明
AIBUS是廈門(mén)宇電自動(dòng)化科技有限公司為AI系列顯示控制儀表開(kāi)發(fā)的通訊協(xié)議，能用簡(jiǎn)單的指令實(shí)現強大的功能，AIBUS采用了16位的求和校正碼，通訊可靠，支持4800、9600、19200等多種波特率，儀表允許連續寫(xiě)參數，寫(xiě)給定值或輸出值，AI系列儀表使用異步串行通訊接口，接口電平符合RS232C或RS485標準中的規定。數據格式為1個(gè)起始位，8位數據，無(wú)校驗位，1個(gè)或2個(gè)停止位。AI儀表采用多機通訊協(xié)議，采用RS485通訊接口，則可將32臺的儀表同時(shí)連接在一個(gè)通訊接口上。AI儀表采用16進(jìn)制數據格式來(lái)表示各種指令代碼及數據。AI儀表軟件通訊指令經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計，標準的通訊指令只有兩條，一條為讀指令，一條為寫(xiě)指令，兩條指令使得上位機軟件編寫(xiě)容易，不過(guò)卻能100%完整地對儀表進(jìn)行操作；標準讀和寫(xiě)指令分別如下：
讀： 地址代號+52H（82）+要讀的參數代號+0+0+校驗碼
寫(xiě)： 地址代號+43H（67）+要寫(xiě)的參數代號+寫(xiě)入數低字節+寫(xiě)入數高字節+校驗碼
地址代號：為了在一個(gè)通訊接口上連接多臺AI儀表，需要給每臺AI儀表編一個(gè)互不相同的通訊地址。AI儀表通訊協(xié)議規定，地址代號為兩個(gè)相同的字節，數值為（儀表地址+80H）。例如：儀表參數Addr=10（16進(jìn)制數為0AH，0A+80H=8AH），則該儀表的地址代號為：8AH 8AH
校驗碼：校驗碼采用16位求和校驗方式，其中讀指令的校驗碼計算方法為：要讀參數的代號×256+82+ADDR
比如要讀地址1的參數0的數據，就是0*256+82+1=83;轉成十六制就是53 00；
如果是讀OC的數據，就是十進(jìn)制（C）*256+82+1= (十六制的)C53，校驗碼為53 0C；
寫(xiě)指令的校驗碼計算方法為以下公式做16位二進(jìn)制加法計算得出的余數（溢出部分不處理）：要寫(xiě)的參數代號×256+67+要寫(xiě)的參數值+ADDR
返回數據：無(wú)論是讀還是寫(xiě)，儀表都返回以下10個(gè)字節數據，測量值PV+給定值SV+輸出值MV及報警狀態(tài)+所讀/寫(xiě)參數值+校驗碼；其中PV、SV及所讀參數值均各占2個(gè)字節，代表一個(gè)16位二進(jìn)制有符號補碼整數，低位字節在前，高位字節在后，整數無(wú)法表示小數點(diǎn)，要求用戶(hù)在上位機處理；MV占一個(gè)字節，按8位有符號二進(jìn)制數格式，數值范圍-110~＋110，狀態(tài)位占一個(gè)字節，校驗碼占2個(gè)字節，共10個(gè)字節。
4 Comport控件與多個(gè)AI儀表通信的實(shí)現
4．1 硬件的組態(tài)
硬件組態(tài)主要由帶串口的上位機PC、485轉232轉換器和AI儀表組成的485總線(xiàn)系統，AI儀表設置不同的通信地址,波特率設為9600。如下圖：
總線(xiàn)結構
4．2 軟件通信程序的實(shí)現
通過(guò)Comport控件與AI儀表實(shí)現通信是采用問(wèn)答的方式進(jìn)行的，所行我們在與多個(gè)儀表同時(shí)通信時(shí)應該采用輪詢(xún)的通信方式。開(kāi)始我們要在DELPHI里初始化串口，然后再用讀寫(xiě)命令與每一個(gè)儀表輪詢(xún)通信。通信結束后要關(guān)閉串口，釋放串口資源。主要實(shí)現過(guò)程如下：
4．2．1 初始化串口并打開(kāi)串口
選擇好本次與AI通信的串口，該串口不能同時(shí)被其它程序引用，確定通信協(xié)議，如波特率、數據位、停止位和校驗方式等屬性，打開(kāi)該串口。初始化可以在Comport的屬性頁(yè)里定義，也可以在程序運行時(shí)動(dòng)態(tài)設置。屬性頁(yè)里的靜態(tài)定義為：
BaudRate: br9600//定義波特率
DataBits:dbEight//8位數據位
Port: COM1//本例用串口1
StopBits:sbOneStopBit//1位停止位
…
其它屬性可以參閱Comport的在線(xiàn)幫助文件。如果要在程序動(dòng)態(tài)運行中修改設置串口參數，可以直接在程序中調用Comport的串口設置窗口函數:Comport. ShowSetupDialog。在彈出的設置窗口中設置串口屬性。完成串口初始設置后就可心打開(kāi)串口與AI通信，打開(kāi)串口用如下命令：
Comport.open；//打開(kāi)串口
4．2．2 數據轉換函數
根據AI儀表的通信協(xié)議，上位機與AI通信時(shí)都是以十六進(jìn)制的方式進(jìn)行的，所以我們在程序里要做十六進(jìn)制的格式轉換，主要實(shí)現的函數如下：
function HexStrToStr(const S:string):string;
//16進(jìn)制字符轉換成字符串。 將要發(fā)送的十六進(jìn)制格式字符轉換成十六進(jìn)制格式發(fā)送
var
t:Integer;
ts:string;
M,Code:Integer;
begin
t:=1;
Result:=undefinedundefined;
while t<=Length(S) do
begin
while not (S[t] in [undefined0undefined..undefined9undefined,undefinedAundefined..undefinedFundefined,undefinedaundefined..undefinedfundefined]) do
inc(t);
if (t+1>Length(S))or(not (S[t+1] in [undefined0undefined..undefined9undefined,undefinedAundefined..undefinedFundefined,undefinedaundefined..undefinedfundefined])) then
ts:=undefined$undefined+S[t]
else
ts:=undefined$undefined+S[t]+S[t+1];
Val(ts,M,Code);
if Code=0 then
Result:=Result+Chr(M);
inc(t,2);
end;
end;
function StrToHexStr(const S:string):string;
//字符串轉換成16進(jìn)制字符串，，將接收到的字符數轉換成16進(jìn)制數。
var
I:Integer;
begin
for I:=1 to Length(S) do
begin
if I=1 then
Result:=IntToHex(Ord(S[1]),2)
else Result:=Result+undefined undefined+IntToHex(Ord(S[I]),2);
end;
end;
function Hex2Dec(Hexs: string): string; //十六制轉十制數
var
i,j: integer;
res,base: LongWord;
begin
res := 0;
for i:=1 to Length(Hexs) do
begin
base := 1;
for j:=1 to Length(Hexs)-i do
base := base * 16;
case Hexs[i] of
undefined0undefined..undefined9undefined: res := res + (Ord(Hexs[i]) - Ord(undefined0undefined)) * base;
undefinedaundefined..undefinedfundefined: res := res + (Ord(Hexs[i]) - Ord(undefinedaundefined) + 10) * base;
undefinedAundefined..undefinedFundefined: res := res + (Ord(Hexs[i]) - Ord(undefinedAundefined) + 10) * base;
end;
end;
result := inttostr(res);
end;
4．2．3 送接收數據
上位機與多個(gè)AI通信，遵循一問(wèn)一答的輪詢(xún)方式進(jìn)行，所讀取到的數據是不含小數位的，所以我們要發(fā)送讀取小數位的命令，同時(shí)也可以返回測量值。我們假定與四個(gè)AI儀表通過(guò)485總線(xiàn)通信的主程序實(shí)現如下：
procedure RXdata;
var
i:integer;
dot,dot2,dot3,dot4 :double;
obj:PAsync;
str,str2,a1,a2,a7,b1,b2,b7,c1,c2,c7,d1,d2,d7:string;
begin
InitAsync(obj);
try ///////////讀一通道地址1的小數位和測量值
ComPort.WriteStrAsync(HexStrToStr(undefined81 81 52 0C 0 0 53 0Cundefined),obj);
ComPort.WaitForAsync(obj);
sleep(100);//發(fā)送命令后等待100MS，保證數據的完整性；
ComPort.ReadStr(Str, 20);//讀取接收緩存區20個(gè)字節數；
comport.ClearBuffer(true,true);//清除發(fā)送區和接收區，準備下一個(gè)通道通信；
for I:=1 to Length(str) do//將接收到的數據作處理
begin
str2:=IntToHex(Ord(Str[i]),2) ;
if i= 1 then a1:= str2;//測量值的低位字節
if i= 2 then a2 :=str2;//測量值的高位字節
if i=7 then a7 := str2;//小數點(diǎn)的位數
end;
dot := Exp(ln(10)*(strtoint(hex2dec(a7))));
dot :=strtofloat(hex2dec(a2+a1))/dot;//高低位字節合并后轉換成帶小數點(diǎn)的十進(jìn)制數；
//開(kāi)始讀第二通道地址二的數據，其它通道的方法以此一致。
ComPort.WriteStrAsync(HexStrToStr(undefined82 82 52 0C 0 0 54 0Cundefined),obj); //讀地址0C的小數點(diǎn)；
ComPort.WaitForAsync(obj);
Sleep(100);
ComPort.ReadStr(Str, 20);
comport.ClearBuffer(true,true);
``````
//四通道全部讀完，如果要讀取更多地址的數據，也如此類(lèi)推；
finally
DoneAsync(obj);
end;
end;
到此為止，對AI儀表的數據采集基本完成，把上面的過(guò)程放在delphi的一個(gè)定器時(shí)控件TIMMER里就可以實(shí)現自動(dòng)采集了。如要在上位機操作AI儀表的其它參數，也可以參考AI儀表的通信協(xié)議對程序進(jìn)行編寫(xiě)實(shí)現。
4．2．4 關(guān)閉串口
在系統開(kāi)發(fā)中，應注意在不使用串口時(shí)及時(shí)關(guān)閉串口，釋放系統資源，否則可能會(huì )影響系統的其它應用。關(guān)閉串口的代碼如下：
Comport.close;
5 結論
實(shí)踐證明，利用Comport控件在DELPHI中開(kāi)發(fā)串口與下位機通信程序，具有靈活、方便、高效的特點(diǎn)。同時(shí)利用DELPHI中圖表曲線(xiàn)和數據庫的功能，可以采集實(shí)時(shí)生產(chǎn)中的數據生成實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)，方便對生產(chǎn)過(guò)程的分析存檔。把相關(guān)的數據轉存入數據庫可以與企業(yè)的MIS系統整合，實(shí)現數據共享。
參考文獻：
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