上位机设计技术剖析

王奉武（上海国际主题乐园有限公司,上海 201205）

上位机设计技术剖析

王奉武（上海国际主题乐园有限公司,上海 201205）

上位机的主要功能就是为用户提供较好的人机界面，将电表中的数据进行处理、生成测量曲线，并且以报表的形式进行呈现。本文对上位机的基本原理进行了初步介绍。并分别从上位机功能实现的以下几个方面剖析了上位机设计的相关内容：电表结构设计、用户配置界面设计、备份数据的处理设计以及软件校表的设计。

上位机；设计技术；工作原理；电表结构

0 引言

近年来，计算机技术得到高速发展，计算机系统也得到了广泛的应用，计算机网络间的通讯也显得越来越为重要。在单片机系统的实际应用过程中，通常会遇到数据交换的情况，特别是在进行通讯的过程中，上位机直接进行数据交换时，通常需从PC端接收控制信息，或者直接将数据传递到PC，该接口采用异步串行的传输方式，而上位机一般具有COM异步串行通信端口，采用RS-232标准设计。因此，设计上位机时可以借助COM和UART两个端口进行通讯，进而实现数据的传递。

1 上位机系统介绍

上位机的主要功能就是为用户提供较好的人机交流界面，对电表中的数据进行简单的处理，生成测量曲线，并且以报表的形式呈现，这极大地方便了用户对数据的查看。同时，上位机还能根据自身的配置管理功能实现电表的个性化配置和所有信息的设置，这也方便了用户在PC机里设置个性化模式。上位机能够结合电表实现软件的校表功能，这极大地减少了硬件校表的繁琐过程。开发上位机运行程序的常用工具有Java，C++和C#等，上位机开发和运行程序的环境通常为个人计算机，这为用户的安装使用方面提供了方便。利用MFC提供的函数库，采用C++语言进行上位机程序开发，可以实现上位机强大的绘图功能和文件处理能力。上位机主体结构较为简单，数据通信、数据视图和校表数据三个内容能设计到不同的独立进程中，而且互不干扰。

2 上位机设计

2.1 上位机电表的接口设计

上位机主要完成的功能包括下发配置的消息和各种命令，上传备份数据等。电表和上位机之间使用USB接口，并且串口数据使用UARK进行实际通讯，两者有自己独特定义的通讯协议。电表和上位机通讯方式通常有“命令-响应”、“查询-应答-处理-命令”两种。“命令-响应”通讯方式是电表和上位机之间常用的通讯方式，而“查询-应答-处理-命令”通讯方式则需要通过电表进行数据读取或者通过上位机在本地存取相关的信息，适用于电表和上位机两者相互交换信息数据的情况。

2.2 用户配置界面设计

良好的人机操作界面是上位机设计的关键，人机操作界面的主要功能就是通过界面的配置来实现一定的定制业务。同现在的电脑系统类似，当上位机上有相关接口（如USB）插入时，上位机就会显示发现新的硬件，并且自动安装预先定义好的USB驱动程序。新的驱动已经安装好的标志是会在上位机设备管理器中发现PORT_3符号。USB驱动安装好后，电表就会收到上位机发出的状态请求信息，这个信息被称为握手信息（STATUS_FRAM），信息主要请求电表的序列号（Device Id）、备份文件版本（Log Data Version）、硬件版本号（Firmware version）、硬件 ID、总空间（Total size）和已被使用的空间（Flash space Used）等，并在消息体中将上位机所需的以上信息带回。

上位机用户界面设计中，用户可以配置的信息一共可以分成四大类，分别为参数设置（Setting）、电表操作的配置（Operate）、测量项的配置（Measure）和电表显示的配置（Display），并且不同模式下具有不同的显示项内容，例如在进行模拟设计时，如果用户不关心Energy模式下的季度用电量，在界面设计中就不用勾选这个选项，而后将该信息发送到电表中。在进行用户界面设计时参数设计还有不同于其他业务配置的地方，除了能够给用户提供Check Box控件外，还可以提供更为方便的列表控制和输入文本框方面的设计，这就给用户设计的相关参数带来很大的灵活性，图1就是参数设计的相关界面。在进行用户配置界面设计的时候，Upload 按键的主要功能是将获取的数据上传至上位机的系统中，此外，该按键还有Upload Log Data和Upload Confi gure两个下拉菜单，其中Upload Log Data菜单的主要功能是上传备份的数据，Upload Log Data功能是取出配置的信息，上报给上位机，并将信息以pmcx文件格式上传到指定的目录。

图1 上位机参数设计界面

2.3 备份数据处理设计

上位机最重要的功能之一就是将备份数据以图表的形式反映给用户。在进行设计时，用户可以通过调用图形设备接口，进行函数和设备的调整，并且通过调用不同的设备驱动程序，来给出不同的设备制图指令，这样就实现了设备的直接关联，避免了用户对硬件进行直接的操作，数据的处理和上位机的通讯接口实现了通讯功能

上的相互独立，并且可以实现设计独立的进程。通常情况下，数据被处理成3种方式呈现给用户，分别为测量参量曲线图、备份数据表和电费报表。在智能电表里面能够进行数据的直接读取，这种数据是一种中间的数据，并且为参数曲线图提供数据。电费报表数据主要参照电力公司提供给居民的电力清单进行设计，数据的信息包括：用电器的名称、电表的序列号S/N、峰谷时间及费率、备份数据的起始和结束时间等。上位机能够通过这些数据自行对每天、每个月所产生的电能和消耗的费用进行估算，并提供给用户整体的评估数据。在进行数据备份的时候，智能电表对电压、电流参量的计算一般是1s执行一次，因此用户进行数据备份的最小间隙为1s，上位机备份数据最大提供30天的存储空间。用户可以将鼠标置于相应的位置，来查看每个数据点的具体数值，并且可以调整显示图表的长短和显示时间，这极大地方便了用户对数据的分析。

3 结语

本文概述了上位机的系统，分别从电表结构设计、用户配置界面设计、备份数据的处理设计等几个方面，介绍了上位机设计的相关内容。上位机和嵌入部分的相关接口设计是上位机设计的基础工作，也是实现上位机相关功能的基础。其中备份数据处理模块和个性化配置模块能够开启不同的进程，这大大方便了用户的操作体验，提高了相关应用程序的设计性能。

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