油液狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)串口通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4894油液狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)串口通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)案例 1299231.1系統(tǒng)功能要求 1222641.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 1162521.3系統(tǒng)軟件的具體實(shí)現(xiàn)方案 2109681.3.1油液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件 2180421.3.2數(shù)據(jù)的分析和顯示 7135991.3.2數(shù)據(jù)的可視化 101.1系統(tǒng)功能要求本油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的部分功能有以下方面：管理員窗口：管理人員登陸進(jìn)入系統(tǒng)后，通過(guò)使用不同窗口和界面，對(duì)油液的狀態(tài)以及參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示和導(dǎo)出：建立通信和編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)油液數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。數(shù)據(jù)的圖像分析：利用監(jiān)測(cè)到的一系列數(shù)據(jù)，繪制出不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)分析圖像。1.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備是計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)使用Windows10，編程語(yǔ)言選用VisualBasic6.0，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存使用的是Excel2019。VisualBasic（簡(jiǎn)稱(chēng)VB）是一種Microsoft公司推出的基于對(duì)象的、結(jié)構(gòu)化的、面向?qū)ο蟮?、可視化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展日趨完善，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。由于具有GUI和RAD系統(tǒng)，VB可以實(shí)現(xiàn)圖形開(kāi)發(fā)和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，可以便捷地應(yīng)用各種數(shù)據(jù)庫(kù)，以及創(chuàng)建ActiveX控件。一方面，在本次設(shè)計(jì)中使用到了控件MSComm，該控件建立了PC端與傳感器之間的數(shù)據(jù)通信，結(jié)合VB的其他功能實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能。另一方面，VB具有強(qiáng)大的可視化編程功能，通過(guò)在菜單欄中拖放控件圖標(biāo)，可以輕松創(chuàng)建控件，進(jìn)一步通過(guò)雙擊對(duì)象窗口中已創(chuàng)建的控件圖標(biāo)，可以更改控件屬性和程序代碼，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需的各種功能。因此，VB使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)潔、可靠，設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)用VB快速創(chuàng)建一個(gè)可用的應(yīng)用程序。另一方面，VB可以使用多種數(shù)據(jù)庫(kù)，具體體現(xiàn)為：在本次設(shè)計(jì)中通過(guò)對(duì)VB數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了VB對(duì)Excel的聯(lián)系與控制，從而可以利用Excel完善的表功能和函數(shù)運(yùn)算功能提高數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)的質(zhì)量與可用性。此外，VB具有十分強(qiáng)大的圖形功能，此功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)建立以窗口邊緣交界處為坐標(biāo)原點(diǎn)、水平方向?yàn)閅軸，垂直方向?yàn)閅軸的坐標(biāo)系，也可以通過(guò)對(duì)象屬性窗口編輯圖像位置和大小，以及改變圖像文字大小格式、線型和顏色等多種設(shè)計(jì)方式[17]。1.3系統(tǒng)軟件的具體實(shí)現(xiàn)方案1.3.1油液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件(1)具體功能窗體Form0實(shí)現(xiàn)的具體功能：管理員登陸界面：輸入賬戶(hù)密碼登陸系統(tǒng)軟件，并具有密碼找回功能窗體Form1實(shí)現(xiàn)的具體功能：選擇測(cè)試油樣的各項(xiàng)信息，如數(shù)據(jù)通訊的串口、油樣類(lèi)型等系統(tǒng)在工作時(shí)，具有開(kāi)始測(cè)試和停止檢測(cè)功能；參數(shù)窗口中，具有設(shè)置參數(shù)和閾值的功能，以及選擇測(cè)試含水率或顆粒數(shù)的功能監(jiān)測(cè)完成后具有導(dǎo)出實(shí)時(shí)圖像、清除數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)、查看歷史數(shù)據(jù)等功能。打開(kāi)窗體Form2，進(jìn)入新的界面，完成Form2中的功能。窗體Form2實(shí)現(xiàn)的具體功能：根據(jù)窗體Form1表格中的數(shù)據(jù)，在控件可繪制曲線圖，用圖形直觀顯示有效數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。②根據(jù)污染度檢測(cè)模型，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，得出油液的污染度等級(jí)。(2)窗體界面設(shè)計(jì)窗體設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的第一步，而界面也是管理人員對(duì)系統(tǒng)的第一印象，因此，窗體界面設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用體驗(yàn)和用戶(hù)印象。優(yōu)秀和成果的界面設(shè)計(jì)可以對(duì)用戶(hù)的使用過(guò)程起到積極作用。在設(shè)計(jì)之初，我們首先針對(duì)最為重要的設(shè)計(jì)要求，將系統(tǒng)分為三個(gè)主要窗體即管理員登陸界面窗體Form0、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示窗體Form1、圖像分析窗體Form2。對(duì)于整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，首先我們進(jìn)行全局變量的定義，之后再添加設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)使用到的控件如文本框控(TextBox)、命令按鈕控件(CommandButton)、標(biāo)簽控件(Label)、串口通信控件(MSComm)、時(shí)鐘控件(Timer)等，最后對(duì)這些控件進(jìn)行初始化定義。在設(shè)計(jì)主要功能界面之前，會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的登陸窗口Form0，通過(guò)輸入正確的賬號(hào)、密碼即可進(jìn)入窗體Form1，其中只用到了命令按鈕控件(CommandButton)、標(biāo)簽控件(Label)、文本框控(TextBox)，并對(duì)其初始化后，進(jìn)行程序編寫(xiě)。在進(jìn)行主要功能界面即Form1的設(shè)計(jì)時(shí)，首先創(chuàng)建一個(gè)窗體，之后添加上述所需的控件，并設(shè)置其屬性和程序編寫(xiě)，運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)效果可以進(jìn)行直觀的展示，通過(guò)調(diào)試和修改即可滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所需的設(shè)計(jì)要求。所設(shè)計(jì)的油液狀態(tài)數(shù)據(jù)接收界面如圖1.1、1.2所示。圖1.1數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和保存(Form1)圖1.1所示為窗體Form1（數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和保存），其中包含3個(gè)Timer控件，分別實(shí)現(xiàn)記錄監(jiān)測(cè)時(shí)間、接收超時(shí)提示以及按時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存等功能；1個(gè)MSComm控件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與傳感器之間的串口通信功能;6個(gè)Command控件，分別完成開(kāi)始接收、停止接收、清零、保存、退出以及圖形顯示的功能；7個(gè)Text文本框，分別可以實(shí)現(xiàn)顆粒計(jì)數(shù)器和油品含水率傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示；1個(gè)Flexgrid控件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和展示功能。圖1.2數(shù)據(jù)可視化及測(cè)試結(jié)果(Form2)圖1.2所示為窗體Form2（數(shù)據(jù)可視化及測(cè)試結(jié)果），其中包含一個(gè)PictureBox控件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的圖像分析，在該控件中顯示油液狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間變化曲線；5個(gè)Command控件，可以完成繪制曲線包括顆粒數(shù)-時(shí)間變化曲線、含水率-時(shí)間變化曲線。（3）程序編制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件由VisualBasic6.0開(kāi)發(fā)。其中用到的窗體和模塊。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件中，界面管理和授權(quán)登陸是在Form0中實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)顯示是在Form1中實(shí)現(xiàn)的，F(xiàn)orm2實(shí)現(xiàn)了曲線圖繪制，即完成數(shù)據(jù)的可視化，并初步分析數(shù)據(jù)得出結(jié)果，這三個(gè)窗體是軟件的主題部分。下表1.1列出了三個(gè)窗體和控件可以實(shí)現(xiàn)的功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、顯示和可視化以及數(shù)據(jù)分析四個(gè)子程序部分。表3-1各窗體的功能類(lèi)型名稱(chēng)主要功能窗體Form0輸入管理員賬號(hào)、密碼登陸系統(tǒng)退出系統(tǒng)Form1選擇串口COM1/COM2接收數(shù)據(jù)（顆粒數(shù)、含水率、溫度）將數(shù)據(jù)保存在EXCEL文件中實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)（顆粒數(shù)、含水率、溫度）數(shù)據(jù)清除進(jìn)入可視化分析界面窗體Form2顯示”顆粒數(shù)-時(shí)間變化曲線“和”含水率-時(shí)間變化曲線導(dǎo)出“污染度等級(jí)”EXCEL文本模塊Module1定義全局變量，加載文件窗口表3-2Form0各控件的功能控件名稱(chēng)提示主要功能LabelLabel0系統(tǒng)標(biāo)題顯示系統(tǒng)標(biāo)題CommandCommand7登陸按鍵管理人員登陸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Command8退出按鍵管理人員退出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TextText8鍵入管理人員賬號(hào)輸入賬號(hào)Text9鍵入管理人員密碼輸入密碼表3-3Form1各控件的功能控件名稱(chēng)提示主要功能計(jì)時(shí)器TimerTimer1時(shí)間計(jì)時(shí)器從收取到傳感器信號(hào)到實(shí)驗(yàn)完成之間的時(shí)間記錄Timer2數(shù)據(jù)接收計(jì)時(shí)器記錄點(diǎn)擊開(kāi)始接收按鈕到實(shí)際收取到數(shù)據(jù)之間的時(shí)間，若記錄時(shí)間超過(guò)20秒，會(huì)彈出超時(shí)提示窗口Timer3記錄數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)每隔五秒向Grid表格寫(xiě)入收取到的數(shù)據(jù)MSCommMSComm串行端口通訊輸出數(shù)據(jù)接收的命令，接收顆粒計(jì)數(shù)器和油品含水率傳感器信號(hào)CommandCommand1開(kāi)始接收點(diǎn)擊即打開(kāi)串行端口，發(fā)出接收數(shù)據(jù)的指令Command2停止接收點(diǎn)擊即關(guān)閉串行端口通訊，發(fā)出停止接收的指令Command3清零將之前接收到的數(shù)據(jù)清零Command4保存把表格中的顆粒數(shù)、含水率、污染度等級(jí)等數(shù)據(jù)保存到Excel文件中Command5退出退出Form1回到登陸界面Form0Command6圖像顯示打開(kāi)Form2可視化分析界面TextText1固體污染物顆粒尺寸>2um的顆粒數(shù)實(shí)時(shí)顯示顆粒數(shù)Text2固體污染物顆粒尺寸>5um的顆粒數(shù)實(shí)時(shí)顯示顆粒數(shù)Text3固體污染物顆粒尺寸>15um的顆粒數(shù)實(shí)時(shí)顯示顆粒數(shù)Text4固體污染物顆粒尺寸>25um的顆粒數(shù)實(shí)時(shí)顯示顆粒數(shù)Text5固體污染物顆粒尺寸>50um的顆粒數(shù)實(shí)時(shí)顯示顆粒數(shù)Text6含水率數(shù)值實(shí)時(shí)顯示含水率Text7溫度數(shù)值實(shí)時(shí)顯示溫度FlexgridGrid數(shù)據(jù)表格記錄實(shí)時(shí)接收的顆粒數(shù)、含水率、污染度等級(jí)等數(shù)據(jù)ComboboxCombo1串行端口選擇選擇COM1或COM2表3-4Form2各控件功能控件名稱(chēng)提示主要功能PictureBox控件PB可視化圖像顯示框繪制顆粒數(shù)-時(shí)間圖像繪制含水率-時(shí)間圖像CommandCommand9繪制顆粒數(shù)-時(shí)間變化曲線按鍵點(diǎn)擊即可再PB中導(dǎo)出根據(jù)Form1中Grid表格中采集的顆粒數(shù)數(shù)據(jù)繪制的顆粒數(shù)-時(shí)間曲線圖Command10繪制含水率-時(shí)間變化曲線按鍵點(diǎn)擊即可再PB中導(dǎo)出根據(jù)Form1中Grid表格中采集的含水?dāng)?shù)據(jù)繪制的含水率-時(shí)間曲線圖Command11導(dǎo)出污染度等級(jí)導(dǎo)出固體顆粒物污染度等級(jí)到EXCEL文件中Command12退出按鈕退出窗體1.3.2數(shù)據(jù)的分析和顯示YFW-2B油品含水率傳感器、歐洛普SA-3顆粒計(jì)數(shù)器與計(jì)算機(jī)之間的串行端口通信是利用了VB中的控件即MSComm控件完成的，該控件將傳感器和顆粒計(jì)數(shù)器傳入的數(shù)據(jù)整合后，通過(guò)設(shè)置傳感器說(shuō)明書(shū)中要求的或者默認(rèn)的通訊協(xié)議，即可將所得數(shù)據(jù)顯示在Grid表格中。MSComm控件完全適用于使用RS-232以及RS-485串行端口通訊的設(shè)備，通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)運(yùn)行提供串行通訊功能。MSComm在本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中發(fā)揮了核心作用，并且為下一步的圖像分析奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[18]。MSComm控件在本系統(tǒng)中用到的主要屬性見(jiàn)表3-5：表3-5MSComm控件的屬性CommPort定義并輸出串行端口的名稱(chēng)Settings以Str的形式設(shè)置并返回傳感器、顆粒計(jì)數(shù)器的通信協(xié)議參數(shù)PortOpen控制串行端口的開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)InBufferSize設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)的大小，缺省值為1024字節(jié)Input從接收緩沖區(qū)讀取一串字符Output向發(fā)送緩沖區(qū)傳送一串字符RThreshold該屬性為一閾值，它確定當(dāng)接收緩沖區(qū)內(nèi)的字節(jié)個(gè)數(shù)達(dá)到或超過(guò)該值后就產(chǎn)生代碼為ComEvReceive的OnComm事件。SThreshold該屬性為一閾值，它確定當(dāng)發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)的字節(jié)個(gè)數(shù)少于該值后就產(chǎn)生代碼為ComEvSend的OnComm事件。InputLen設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)內(nèi)用Input讀入的字節(jié)數(shù)，設(shè)置該屬性為0表示Input讀取整個(gè)緩沖區(qū)的內(nèi)容。InBufferCount返回接收緩沖區(qū)內(nèi)等待讀取的字節(jié)數(shù)，可通過(guò)設(shè)置該屬性為0來(lái)清空接收緩沖區(qū)CommEvent1).ComEvSend：值為1，發(fā)送緩沖區(qū)的內(nèi)容少于SThreshold指定的值。2).ComEvReceive：值為2，接收緩沖區(qū)內(nèi)字符數(shù)達(dá)到RThreshold指定的值。3).ComEvFrame：值為1004，硬件檢測(cè)到幀錯(cuò)誤。4).ComEvRxOver：值為1008，接收緩沖區(qū)溢出。5).ComEvTxFull：值為1010，發(fā)送緩沖區(qū)溢出。6).ComEvRxParity：值為1009，奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤。7).ComEvEOF：值為7，接收數(shù)據(jù)中出現(xiàn)文件尾（ASCII碼為26）字符。數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)窗口實(shí)時(shí)顯示后需按一定的時(shí)間間隔填入窗體數(shù)據(jù)表格，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察、處理和分析。表格的制作通過(guò)在窗體中添加Flexgrid控件來(lái)實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)圖1.3、1.4所示?？梢杂脤傩訰ows來(lái)設(shè)置表格中行的數(shù)量，用屬性Cols來(lái)設(shè)置表格中列的數(shù)量。圖1.3Grid表格圖1.4Grid表格測(cè)試過(guò)程結(jié)束以后，系統(tǒng)憑借VisualBasic6.0的ActiveX技術(shù)引用Excel文件，利用EXCEL強(qiáng)大的數(shù)表功能實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的保存，并將采集到的顆粒數(shù)、含水率、污染度等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)保存。編程過(guò)程中數(shù)據(jù)保存子程序流程見(jiàn)圖1.5。圖1.6數(shù)據(jù)保存子程序流程圖1.3.2數(shù)據(jù)的可視化可視化技術(shù)是通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將抽象、不能直接反應(yīng)數(shù)據(jù)情況的數(shù)字、表格，借用交互性的技術(shù)、通過(guò)圖像的形式，形象地展現(xiàn)出來(lái)的一種如今被廣泛應(yīng)用的技術(shù)[19]?？梢暬夹g(shù)通常通過(guò)各種圖像如曲線圖、柱狀圖、餅狀圖、樹(shù)形圖等形式表現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)運(yùn)用可視化技術(shù)，可以在研究和學(xué)習(xí)中起到以下三方面的作用：數(shù)據(jù)追蹤：可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示和動(dòng)態(tài)分析，即實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)分析：通過(guò)圖像和曲線的形式，展現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)展的變化和呈現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)：通過(guò)使用可視化技術(shù)，結(jié)合對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，可以有依據(jù)地預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)可視化技術(shù)是基于多種計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的一門(mén)學(xué)科技術(shù)，近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅速發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，可視化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域變得更加廣泛，同時(shí)促進(jìn)了可視化技術(shù)的理論知識(shí)的不斷發(fā)展，使得可視化技術(shù)的概念更加完善。然而數(shù)據(jù)可視化并不是單一地?cái)?shù)據(jù)展示過(guò)程，而是一個(gè)完整的閉環(huán)過(guò)程，是集成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)展示、人機(jī)交互等過(guò)程為一體的系統(tǒng)化技術(shù)。該技術(shù)著重通過(guò)將數(shù)據(jù)用圖像或曲線的形式呈現(xiàn)，從而深化人們對(duì)數(shù)據(jù)分析的直觀認(rèn)知和加強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)[20]。在本設(shè)計(jì)中，可視化分析的過(guò)程主要是通過(guò)數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)分析-數(shù)據(jù)呈現(xiàn)-人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)建立計(jì)算機(jī)與傳感器、顆粒計(jì)數(shù)器之間的串行端口通訊，在VB6.0中的Grid表格將采集的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)一步，以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)在PictureBox中建立坐標(biāo)系，繪制出數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線圖實(shí)驗(yàn)中總體來(lái)看，可視化的過(guò)程是以數(shù)據(jù)的收受為基礎(chǔ)，以圖象的呈現(xiàn)為結(jié)果。圖1.7可視化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程在本次設(shè)計(jì)中，利用VB強(qiáng)大的圖形