基于VB6.0的开放式计算机数据采集实验系统

刘 恩，杨 红，蔡国齐，雷 鹏，张 威

（武汉工程大学机电工程学院，武汉 430205）

0 引言

针对《工程测试技术》、《过程装备控制技术及应用》和《先进测试技术》等相关课程实验课程较少的情况，为了加深学生对相关理论的理解而开发一套实验系统。该系统以北京阿尔泰公司的系列数据采集产品为例，以VB6.0为软件开发平台，构建了开放式的计算机数据采集实验系统。系统以时钟驱动的单通道周期采样为例，开发了数据采集软件程序，可实现实时曲线动态显示、采样频率动态调整、采样数据文件保存等功能。实验时学生自己动手搭建线路并完成测试，具有操作方便、结构简单、开发周期短等特点。通过实验加强了学生的实践能力，培养了相关专业学生的学科兴趣，深化对课程知识的理解[1]。

1 总体设计方案

系统平台采用模块化[2]、开放式[3]结构设计，配开放式安装底板，采用工业标准的安装导轨、接线端子排，电气接口与工业现场接口一致。实验系统硬件由变送器、二线制电路、采集模块、通讯接口以及上位机组成。系统软件分别对不同的采集模块进行程序设计，实现其主要功能。变送器将被测信号转换标准电流信号[4]，在二线制线路中将电流信号转换为标准电压信号。数据采集模块通过各种总线接口将数字信号传输给上位机，上位机中的驱动程序可以实现软件对硬件的调用，开发者在VB6.0开发平台进行程序的编写。最后，开发好的程序在上位机中实现数据采集、实时显示、数据存储等功能。系统总体架构如图1所示。

图1 系统总体框架

图2 检测变送模块

2 系统硬件设计

2.1 检测变送模块

检测变送模块由24 V（D.C.）电源、传感变送器、250 Ω负载电阻串联而成的二线制回路组成，如图2所示。其中传感变送器选取武汉松野智能仪表有限公司的SY-DFW-DB100PM20*6*25型号的Pt100[5]温度变送器。温度作为被测量可以在实验中方便控制，变化明显。变送器输出标准电流信号在250 Ω电阻两端形成标准电压信号，输出到采集模块。

2.2 采集模块

本实验系统采用的是北京阿尔泰公司生产的型号为USB3100的数据采集卡和型号为DAM-3058R的远程I/O模块，如图3所示。USB3100数据采集卡主要由ADC模块、PFI复用功能控制模块、USB设备控制器组成，可对8路单端信号进行采集，输入量程为±10 V。DAM-3058R模块可输入6路差分、2路单端信号或8路差分信号，输入量程为0～10 V，采用RS-485通讯协议。USB3100使用USB（通用串行总线）与上位机通讯，USB采用4芯线缆，其中信号线与电源线各2条。其主要特点是：允许连接外设多，传输速度快，不需外接电源，数据传输类型多、支持热插拔、良好的容错性能。本实验系统中，USB主机在上位机主板中，起到了管理上位机与USB3100数据采集模块之间的控制流和数据流、向USB设备提供小功率电源和收集系统状态等作用。DAM-3058R的远程I/O模块使用的RS-485通讯协议是一种遵循ISO7498标准的OSI模型物理层的协议标准的电气标准。RS-485采用一对平衡差分信号线，便于高速、远端传送。RS-485一般采用半双工方式，即同一时刻只能由某一端发送，另一端接收。RS-485的信号的串行传送必须依靠必要的接口来实现。PC机上提供国际通用的RS-232C标准的串行接口实现串行传送，因此需要将RS-485接口的输出转换成RS-232C的输出。这里就需要转换器实现RS-232/RS-485的电平转换。RS-232C标准是美国电子工程学会推荐的一种串行通信标准，它被广泛应用于计算机串行接口外设连接。本实验系统使用的为北京阿尔泰公司生产的型号为DAM-3210A的光电隔离转换器，兼容EIA/TIA的RS-232C和RS-485标准，可实现自动发送/接收数据，无须外部流量控制信号（RTS），三线（TXD、RXD、GND）制通信。

图3 USB3100系统框图

2.3 上位机模块

上位机为运行Windows 7系统的PC机，系统安装Vi⁃sual Basic 6.0进行开发。上位机对数据采集工作进行管理和控制，并对采集到的数据做必要的处理，如数据的动态显示与保存。

2.4 实验平台

为了方便实验，系统所用硬件应在实验平台上进行。因此，实验平台的设计也是必不可少的。实验平台的主体为一块约1 000 mm×500 mm的圆孔板。采用圆孔板是为了方便在孔板上安装导轨，可以将实验所用装置安装在导轨上。为了方便学生接线，需要为其配置一定的附件。比如导线、接线端子、平口起子等。

3 系统软件设计

以VB6.0为开发平台，分别对2种不同的数据采集硬件进行软件开发。在产品硬件的驱动文件中提供了函数接口头文件：USB3100.bas、DAM3000M.bas。驱动程序采用面向对象编程技术[6]，通过调用函数实现创建设备对象、初始化串口、获取设备信息和对AD数据的采样读取。在采样结束之后，还需调用函数释放设备，以释放被占用系统的软硬件资源。只有这样，再次创建设备对象时，资源才可以被再次使用。其部分函数如表1所示，整个程序流程如图4所示。

表1 部分接口函数

图4 程序运行流程图

在软件开发中，最重要的就是读取AD数据。这一功能由ReadDeviceAD函数完成。读取成功后获取的数据Lsb为原码值，需要与电压进行换算，换算关系如下：

式中：Value为电压，V；Lsb为采集的原码值；0xFFFF转换为十进制数为65535；URV、LRV分别代表量程上下限。

以0～10 V为例，若原码值为13412，则：

经计算电压值约2.05 V，结合温度变送器量程输入（0～100℃）可计算出温度约26℃。

4 实验测试

系统搭建完成后进入运行，图5所示为利用DAM-3058R模块进行数据采集的硬件系统搭建，图6所示为相应软件运行界面。点击“创建设备”按钮进行设备初始化，在“输入设置”区域可对输入通道、显示类型进行选择。右边的Picture控件将显示实时的温度值。按下“停止采集”按钮即可停止数据采集。“保存数据”按钮可自动将数据以Excel文件的形式进行保存。“数据查阅”可以查看以往的历史数据。表2所示为采集到的温度值。利用USB3100数据采集卡进行数据采集的软件与此类似，不再列出。

图5 实验平台

图6 程序运行界面

表2 采集数据

5 结束语

采用标准二线制线路，通过不同的采集模块实现对温度数据的采集，上位机中以VB6.0为开发平台实现对数据的实时显示与保存。系统采用模块化设计，系统搭建快速简单，软件部分具有良好的扩展性，学生可进行二次开发。实验结果表明，温度数据传输平稳，可靠性高，弥补了相关课程实验内容较少的不足，为学生营造了更宽松和更有利于个性发展的学习氛围。