基于组态王的模拟时钟设计

张洪宝，华晓峰，田晓龙

（德州职业技术学院，山东德州253000）

0 引言

通常，模拟时钟设计通常利用单片机（或嵌入式）系统完成，本文利用组态王软件进行模拟时钟设计。组态王Kingview软件是一种通用的开放型工业监控软件，其融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体[1]，与常见的PLC、变频器、智能仪表、智能模块等通讯方便，很容易实现自动监控，在现代生产和教学中得到了广泛应用。利用组态王软件进行模拟时钟的设计，目的是为了让学生练习画面制作、旋转设置和命令语言的编写，同时解决其他文献中不足的问题。有的教材也讲述了利用组态王进行模拟时钟的设计，但效果都不尽人意，有的讲述不细致，学生自己根据教材根本做不出结果；有的虽然能做出结果，但时针的旋转和现实中时钟的时针不相符；有的画出的刻度线位置不准确，方向不指向圆心，时针不能随时间匀速旋转。于玲等[2-3]和石敬波等[4]讲述了模拟时钟的设计过程，但对画面中时钟指针和刻度线的设计都没有详细地讲述；于玲等[2-3]的画面命令语言比较繁琐，时针虽然能匀速旋转，但与分针的旋转不能同步，石敬波等[4]设计的时钟关联的是系统时间；设计的时钟在运行画面中数字显示的时间都不能手动更改；刘玉秀等[5]中模拟时钟显示画面，刻度线不均匀且有的刻度线不能指向中心；王雪、侯秋华等[6-7]是利用系统中三角函数模块完美的画出了表盘画面，而组态王软件不具备这一功能。通过反复研究，本文详述了利用组态王软件进行模拟时钟的设计过程。

1 画面设计

组态软件的应用，绘制画面是重要的一个方面，模拟时钟的画面设计是很重要的一个环节，表盘上12个整点的刻度线一定要均匀分布，并且画出的刻度线要指向圆心。

模拟时钟画面设计主要包括时钟表盘设计和时钟指针设计。

1.1 时钟表盘设计

模拟钟表的表盘设计，主要是刻度线的位置和方向的确定。在画面中画出正圆后，根据圆的坐标和直径（长度或高度）计算出圆心坐标，然后在圆周上放置12个刻度线。

1.1.1 设置3、6、9、12点钟刻度线

特殊位置的4个刻度线，可以直接计算出坐标确定其位置。先画出两条水平刻度线，设置好其纵坐标（纵坐标=圆心纵坐标-刻度线宽度/2），然后利用键盘上的左右移动键，将刻度线分别放置于3点钟和9点钟位置。用同样的方法设置6点钟和12点钟刻度线，画出两条竖直刻度线，设置好其横坐标（横坐标=圆心横坐标-刻度线宽度/2），然后利用键盘上的上下移动键，将刻度线分别放置于6点钟和12点钟位置。

1.1.2 设置其余刻度线

在组态王的画面设计中，其余刻度线的位置不能用编程的方法来确定，刻度线也不能旋转任意角度，只能用特殊的方法解决。画刻度线时要充分利用有关刻度线的对称性。

（1）先确定1点钟和5点钟刻度线在圆周上的位置。这两个刻度线的位置与圆心的连线和过圆心竖直方向的直径成30°角，根据圆心坐标和半径的大小，确定这两个刻度线的横坐标（横坐标=圆心横坐标+半径/2），在该坐标位置画一条竖线，这条竖线与圆周的交点便是1点钟和5点钟的刻度线在圆周上的位置。利用同样的方法，确定7点钟和11点钟刻度线在圆周上的位置。

（2）再确定2点钟和10点钟刻度线在圆周上的位置。这两个刻度线的位置与圆心的连线和过圆心水平方向的直径成30°角，根据圆心坐标和半径的大小，确定这两个刻度线的纵坐标（纵坐标=圆心纵坐标-半径/2），在该坐标位置画一条横线，这条横线与圆周的交点便是2点钟和10点钟的刻度线在圆周上的位置。利用同样的方法，确定4点钟和8点钟刻度线在圆周上的位置。如图1所示。

图1 刻度线位置

（3）确定出刻度线的位置以后，再画出刻度线。先画1点钟和7点钟刻度线。经过这两个刻度线的位置画一条细线，沿着细线的方向画出这两条刻度线，使刻度线的长度和原先画好的刻度线一样。利用1和7的连线与4和10的连线是垂直的，复制1点钟和7点钟这两条刻度线，旋转90°，分别放置在4点钟和10点钟位置。再画5点钟和11点钟刻度线。经过这两个刻度线的位置画一条细线，沿着细线的方向画出这两条刻度线。利用5和11的连线与2和8的连线是垂直的，复制5点钟和11点钟这两条刻度线，旋转90°，分别放置在2点钟和8点钟位置，如图2所示。将多余的辅助线删除，表盘如图3所示。这样画出的刻度线位置准确，方向指向圆心。

图2 刻度线

图3 表盘

1.2 时钟指针设计

时钟指针的设计是指用长度、宽度和颜色不同的3条线段表示时钟的3个指针。时针最短最宽，秒针最长最窄；3个指针的图素位置，时针在最前面，秒针在最后面，3个指针均指向12点钟。根据表盘圆心的坐标和3个指针的长度和宽度，计算出3个指针的坐标，指针的横坐标等于圆心横坐标减去指针宽度的一半，指针的纵坐标等于圆心纵坐标减去指针长度。在工具箱下部修改好3个指针的坐标，将3个指针对齐到表盘的中心。为了美观，再画一个小圆，放置到表盘的中心处。如图4所示。

图4 模拟时钟

1.3 开关设计

在画面中绘制启停开关和复位开关，用来在运行时控制模拟时钟的启动、停止和复位；添加时间输入输出文本，用来在运行时调整时间。运行时，点击启停开关，模拟钟表开始运转，再次点击时停止运转；点击复位开关，时间全部复位清零。在画面上输入“时”“分”“秒”3个文本，中间用冒号隔开，文本“时：分：秒”用来显示运行的时间，同时，可以输入数字，随意更改时间；更改时间时，指针会随着做相应的转动。完整的模拟时钟画面如图5所示。

图5 模拟时钟画面

2 定义变量

在模拟钟表的设计中，需要定义4个内存整型变量和2个内存离散变量。定义3个内存整型变量“时针”“分针”“秒针”，分别对应输出时间的时、分、秒。时针旋转一周是12 h，如果直接把画面中的时针动画连接到变量“时针”，运行时画面中的时针，只能指示整点位置，每小时跳动一个刻度，与实际情况不符。为了运行时时针能够匀速旋转，再定义一个内存整型“时针旋转”中间变量。

定义两个内存离散变量“启停开关”和“复位开关”。

3 动画连接设计

将画面中的秒针和分针分别动画连接变量“秒针”和“分针”，最大顺时针方向对应角度为360°时的数值为60。

将画面中的时针动画连接变量“时针旋转”，最大顺时针方向对应角度为360°时的数值为43 200，此数值为12×60×60，时针每分钟旋转0.5°。

设置旋转连接时，旋转圆心偏离图素中心的大小，水平方向为0，垂直方向为指针高度的一半。

将文本“时∶分∶秒”进行动画连接，模拟值输入和输出分别连接到变量“时针”、“分针”、“秒针”；模拟值输入连接时，秒针和分针的最大值为60，时针的最大值时12。这样在运行时，通过在此输入数值，可以改变时间。

4 画面命令语言设计

在模拟钟表的设计过程中，画面命令语言的设计是最重要的一个环节，画面命令语言编写完成后，要根据运行情况不断进行调试修改，最终达到理想的结果。

根据画面和动画连接设计情况，按照秒和分60进位的规律编写命令语言。

if（\本站点启停开关==1）

{\本站点时针旋转=3600*\本站点时针+60*\本站点分针;

\本站点秒针=\本站点秒针+1;}

if（\本站点秒针==60）

{\本站点分针=\本站点分针+1;

\本站点秒针=0;}

if（\本站点分针==60）

{\本站点时针=\本站点时针+1;

\本站点分针=0;}

if（\本站点时针==12）

\本站点时针=0;

if（\本站点时针旋转==43200）

\本站点时针旋转=0;

if（\本站点复位开关==1）

{\本站点秒针=0;

\本站点分针=0;

\本站点时针=0;

\本站点时针旋转=0;}

软件进入运行系统后，点击启停开关，秒针开始转动，秒针转动60次（一周）后，分针和时针转动一次。运行时，数字显示的时间时、分、秒，可以手动更改，指针和数字显示能够同步变化，在任意时刻点击启停开关，指针停止旋转。两个不同时刻的情况如图6所示。

图6 模拟钟表运行时刻

5 结束语

本文所述利用组态王软件设计的模拟时钟，解决了表盘上刻度线位置不准确、方向不能指向圆心的问题，解决了运行时时针不能匀速旋转的问题。经过运行测试，秒针和分针每周转动60次，每次旋转6°；时针每周转动720次，每次旋转0.5°。将画面命令语言对话框中的程序循环时间改为600 ms，模拟时钟运行的快慢正好能和实际的时钟相吻合。在此设计的基础上，还可以进行改进，添加秒针和分针旋转的中间变量，改变指针动画连接设计和画面命令语言，使秒针和分针每次旋转的角度更小，转动更平缓。