一種油液顆粒數(shù)污染度和含水率在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u110231緒論 281571.1研究背景及意義 2184161.2液壓設(shè)備中油液污染物的種類與性質(zhì) 3307081.3油液污染檢測技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 3317741.3.1液體顆粒計數(shù)器的應(yīng)用現(xiàn)狀 3195061.3.2液壓設(shè)備中含水率傳感器的應(yīng)用研究現(xiàn)狀 5150211.3.3油液在線檢測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 6137621.4論文的主要內(nèi)容 822771.5本章小結(jié) 9149852油液狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理 9317132.1油液狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能 9283522.1.1結(jié)構(gòu)介紹 911152.1.2功能介紹 10192.2SA-3顆粒計數(shù)器介紹及應(yīng)用 114502.2.1概述 11242852.2.2檢測原理及結(jié)構(gòu) 1179432.2.3儀器操作 1377492.2.4連接及使用操作 14201652.3YFW-2B油品含水率傳感器功能及應(yīng)用 15108232.3.1概述 15106702.3.2YFW-2B油品含水率傳感器的結(jié)構(gòu)介紹 15109822.2.3通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式 17187882.3本章小結(jié) 18261473.串口通訊系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 18192463.1系統(tǒng)功能要求 18159753.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計 18166713.3系統(tǒng)軟件的具體實現(xiàn)方案 1965293.3.1油液監(jiān)測系統(tǒng)軟件 19198823.3.2數(shù)據(jù)的分析和顯示 2472823.3.2數(shù)據(jù)的可視化 27176013.4本章小結(jié) 30190874監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn) 31181515結(jié)論和展望 38191415.1結(jié)論 38117482.展望 38摘要設(shè)計了一種基于VB的油液在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了油液顆粒數(shù)污染度和含水率的實時監(jiān)測和可視化分析。同時介紹了該系統(tǒng)中用到的兩種傳感器:YFW-2B油品含水率傳感器和歐洛普SA-3顆粒計數(shù)器的基本情況和在本系統(tǒng)的調(diào)試和操作方法。監(jiān)測系統(tǒng)利用了VB6.0的ActiveX技術(shù)來調(diào)用MicrosoftExcel保存采集的數(shù)據(jù)，通過使用MSComm控件實現(xiàn)了串行端口傳輸、數(shù)據(jù)采集等功能。此外，還用到了VB強大的繪圖能力，將采集到的數(shù)據(jù)包括固體污染物的顆粒數(shù)和油液含水率隨時間變化的曲線圖繪制在PictureBox控件上，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化，可以清晰的看出油液狀態(tài)的變化趨勢，可以自行設(shè)置閾值，當數(shù)據(jù)大小超過閾值時，系統(tǒng)會自動報警，使得該系統(tǒng)的功能和設(shè)計進一步完善，同時實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的圖像分析。此外，系統(tǒng)可以導出分析報告，便于保存。文章最后對該系統(tǒng)的功能逐一進行測試。關(guān)鍵詞：油液在線監(jiān)測；VB；串口通訊；顆粒計數(shù)器；油品含水率傳感器緒論本章節(jié)主要介紹與本論文有關(guān)方面的研究背景和研究現(xiàn)狀，隨后介紹了論文的研究內(nèi)容及研究方法1.1研究背景及意義目前，隨著液壓技術(shù)及機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓設(shè)備使用已經(jīng)成為各種制造行業(yè)不可缺少的一部分，然而在使用過程中。根據(jù)多年的設(shè)備使用情況，近八成的液壓設(shè)備事故的發(fā)生來源于油液污染，其中過半數(shù)的設(shè)備事故是由固體污染造成的。由此看來，如何減少液壓設(shè)備的事故次數(shù)，降低事故發(fā)生率，是如今人們面臨的一個重要問題，其中如何控制油液的固體顆粒物污染度是首要問題?？偟膩碚f，加強對液壓系統(tǒng)油液狀態(tài)的檢測質(zhì)量和主動維護液壓設(shè)備，有十分重要的意義[1]。21世紀以來隨著機電一體化技術(shù)、計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使用信息化的手段來檢測工業(yè)生產(chǎn)中的各種參數(shù)已經(jīng)成為了工業(yè)智能化的發(fā)展方向，通過油液智能監(jiān)控系統(tǒng)的使用，可以實時顯示液壓設(shè)備中污染度數(shù)值，當油液中顆粒尺寸和數(shù)值總體等級及超限時，及時進行提示和報警，保護液壓設(shè)備安全，從而保障正常的生產(chǎn)秩序的進行[2]。第一，在液壓設(shè)備和系統(tǒng)中，零部件不但種類繁多而且結(jié)構(gòu)精密，及時是及其微小的污染物也會對其造成一定程度上的磨損。第二，在液壓設(shè)備的使用過程中，油液的性質(zhì)可能會發(fā)生變化，使液壓設(shè)備損壞，因此，實時監(jiān)控和分析油液性質(zhì),可以避免設(shè)備故障，提高設(shè)備故障診斷率。第三，減少故障和提及損失，可以進一步減少設(shè)備使用維修費用?？偟膩碚f，實時檢測和分析油液污染程度，對保障生產(chǎn)安全和提升生產(chǎn)效率都有十分積極的意義。1.2液壓設(shè)備中油液污染物的種類與性質(zhì)通過多年的生產(chǎn)實踐活動和液壓技術(shù)的不斷完善，人們將液壓設(shè)備中油液的污染物分為以下幾類[3]：固體顆粒污染物：主要包括機械加工過程中產(chǎn)生的金屬切屑、環(huán)境中的灰塵、金屬氧化物脫落水或水溶液：水容易與液壓油中的某些物質(zhì)產(chǎn)生化學反應(yīng)，對設(shè)備造成危害?？諝饣蛴泻怏w：空氣通常會溶于油液或油液的水溶液中，降低系統(tǒng)剛性，造成設(shè)備的穩(wěn)定性下降?？偟膩碚f，液壓油是一種混合了固、液、氣三種狀態(tài)物質(zhì)的混合物，因此，油液中會存在各種形式的污染物，其中固體污染物對液壓設(shè)備的危害最大，研究表明，由固體污染物造成液壓設(shè)備損壞占總污染故障的三分之二，因此，如何控制油液的固體顆粒物污染度是首要問題。1.3油液污染檢測技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀1.3.1液體顆粒計數(shù)器的應(yīng)用現(xiàn)狀目前油液污染度的檢測方法有：稱重法、顆粒計數(shù)法、光測法、電測法、超聲波法、淤積法、分析比較法、目測法等。隨著技術(shù)發(fā)展，顆粒計數(shù)器在油液監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用也日益廣泛。國內(nèi)外在顆粒計數(shù)器的研制方面做了較多工作。國內(nèi)的相關(guān)研究人員張志軍、紀建偉等人運用傳感器、自動檢測、通訊等技術(shù)，研制了一種基于AVR單片機的光阻法顆粒計數(shù)器，該傳感器應(yīng)用較為便捷，使用時較為穩(wěn)定[4]。此外，國內(nèi)外也有一些其他方面的研究和應(yīng)用，如來自哈爾濱工業(yè)大學的南君、賀維鵬等人將顆粒計數(shù)器應(yīng)用到絮凝檢測中，通過顆粒計數(shù)器高靈敏度、高精度、無滯后等特點，在實驗中看到不同水利條件時，雖然顆粒級配基本相似，但是得出了固體污染物總數(shù)與在沉淀后的凝狀物的含量成正比等實驗結(jié)論[5]。同時，來自上海交通大學的黃延磊、王敏等人根據(jù)光散射理論，推導出消光計數(shù)技術(shù)的光能和粒徑之間的關(guān)系式，分析了傳感器中的關(guān)鍵技術(shù)，指出了顆粒對光的遮擋屬于一種消光現(xiàn)象，同時說明了，光阻法僅是消光法的一種特例，并給出了相應(yīng)的解決方案。在有關(guān)油液污染程度對航空發(fā)動軸承工作狀態(tài)的影響研究中，費逸偉等人通過運用油液磨粒傳感器，建立了一種高效準確的油液顆粒計數(shù)檢測系統(tǒng)。馮耀國、劉德峰等人提出一種應(yīng)用LED發(fā)光二極管光源的油液污染度在線檢測顆粒計數(shù)器設(shè)計方案，滿足了在特定條件下的污染度檢測的要求[6]。歐美國家及日本顆粒計數(shù)器的發(fā)展一直處于領(lǐng)先的水平，其中研究和生產(chǎn)光學液體顆粒計數(shù)器外國企業(yè)市場占有率較高，如PMS、HACH等公司，在其產(chǎn)品中光阻法的液體顆粒計數(shù)器能夠測量高粘度和高強度的油液，也可以用于檢測腐蝕性較強的液體[7]。隨著技術(shù)進步和設(shè)備的不斷革新，液體顆粒計數(shù)器的應(yīng)用也逐漸廣泛，其領(lǐng)域包括以下方面：油液污染度檢測在船舶制造和航空航天領(lǐng)域?qū)σ簤涸O(shè)備的使用逐漸增加的情況下，人們對液壓設(shè)備的使用環(huán)境的要求逐漸提高，在國內(nèi)外也給出了許多評價液壓油污染度的衡量標準。水質(zhì)檢測水質(zhì)檢測環(huán)節(jié)存在于許多重要的工業(yè)生產(chǎn)過程中，如半導體行業(yè)、給排水行業(yè)、生物制藥行業(yè)等關(guān)鍵領(lǐng)域，在這些行業(yè)的生產(chǎn)過程中，對所送水溶液或其他液體中顆粒數(shù)的要求較高。零部件清潔度檢測在醫(yī)療器械制造、汽車工業(yè)等工程中的許多環(huán)節(jié)對零部件的表面清潔程度有很高的要求標準，通過使用顆粒計數(shù)器可以對其表面不同顆粒數(shù)進行精確地測量，達到生產(chǎn)、設(shè)備運行的要求。除此之外，國外企業(yè)生產(chǎn)的光散射法液體顆粒計數(shù)器占據(jù)了更多的國內(nèi)市場份額，該種顆粒計數(shù)器能夠檢測到的最小顆粒直徑為20nm，已經(jīng)達到了納米級別。目前來說，國內(nèi)外都有較多的有關(guān)顆粒計數(shù)器研制和應(yīng)用的相關(guān)文獻，但有關(guān)用于液壓設(shè)備中的油液污染度在線檢測系統(tǒng)的相關(guān)研究和探索仍需完善。1.3.2液壓設(shè)備中含水率傳感器的應(yīng)用研究現(xiàn)狀國內(nèi)對含水率傳感器的研究和應(yīng)用十分廣泛，饒美麗、徐曾勇等人研制了一種基于嵌入式的油品含水率檢測系統(tǒng)，其中，電容-電壓轉(zhuǎn)換電路、溫度測量電路、串口通信電路以及單片機最小系統(tǒng)電路組成了其硬件部分。該設(shè)備將含水量的多少轉(zhuǎn)換為電容傳感器的電容值變化，經(jīng)實驗測得，該含水率檢測系統(tǒng)精度高穩(wěn)定性好。此外，含水率傳感器在飛機、潛艇等設(shè)備中的液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)中有著十分重要的作用。張平川、李興山等人對基于介電常數(shù)法的高精度油品含水率檢測儀進行的創(chuàng)新，建立了采集油水混合乳液介電常數(shù)變化的電容傳感器的數(shù)學模型，在一定溫度條件下潤滑油和輕質(zhì)成品油的含水率精度達到了0.01，使該設(shè)備具有了精度高、結(jié)構(gòu)簡單等特點，從而使設(shè)備更加可靠與安全。除此之外，油品含水率傳感器在大型設(shè)備中也得到了廣泛的應(yīng)用，以安陽鋼鐵集團的呂文和設(shè)計的高速軋機潤滑油品含水率實時檢測系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)由油品含水率檢測儀、RS485總線和上位機組成，采用最新的檢測設(shè)備，使得檢測過程更加快速，結(jié)果更加準確。該設(shè)備應(yīng)用后，準確地反映了線輥箱的更換時間，降低了維修與更換費用，極大地提高了生產(chǎn)效率。 近年來，油品含水率傳感器的設(shè)計和使用也更加趨于智能化，如東南大學的周芝庭、馮建芬設(shè)計了一種油品含水率智能化檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種基于密度檢測原理的智能檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用超聲波等多種傳感器對油品進行智能化檢測，同時具備了顯示和人機交互等功能，該系統(tǒng)以較低的成本實現(xiàn)了較高的檢測精度和性價比，這種研究方法值得我們學習與借鑒。與之相似的是，來自浙江大學的丁振榮、陳衛(wèi)民在研制油品含水率傳感器時，引入了集成電路CAV424,通過該方法使得該油品含水率測量儀電路結(jié)構(gòu)簡單、精度高、使用便捷。除了智能化之外，油品含水率傳感器的設(shè)計也趨于便捷化，用來滿足實際工程中的使用要求，其中中南大學的陳敏開發(fā)便攜式油品水分檢測儀，該儀器根據(jù)水和油的介電常數(shù)不同以及應(yīng)用三維查表擬合混合算法，解決了環(huán)境及設(shè)備對水分的交叉靈敏度問題。在國內(nèi)，含水率傳感器也多用于農(nóng)業(yè)、種植業(yè)中的土壤檢測的研究，其中，北京林業(yè)大學城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室設(shè)計出一種土壤多參數(shù)的復合研究系統(tǒng)，在其研究中，為了設(shè)計出一種更好、更全面地測試土壤環(huán)境參數(shù)的測試系統(tǒng)，他們研究發(fā)現(xiàn)傳感器電導率同含水率、溫度之間存在直接或簡介的聯(lián)系，最后通過對土壤含水率、電導率、溫度三種傳感器的選型和組合使用，成功設(shè)計出土壤參數(shù)檢測系統(tǒng)。綜上所述，在油品含水率傳感器的應(yīng)用方面，產(chǎn)品種類豐富，可應(yīng)用于不同的工作環(huán)境，呈現(xiàn)出多元化、多方向的趨勢。1.3.3油液在線檢測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀近年來，油液在線檢測技術(shù)以其連續(xù)性、實時性和同步性在液壓領(lǐng)域得到了廣泛的認可，油液在線檢測系統(tǒng)已經(jīng)運用在液壓設(shè)備、汽車制造、船舶制造等領(lǐng)域。國內(nèi)主要有目前兩種檢測方式，一種是實驗室檢測取樣，這種方法理論上來說檢測精度很高，但是實際上，這種方法易受環(huán)境影響，導致檢測結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。第二種方法是，現(xiàn)場的簡易檢測，這種方法采用便攜式油液污染檢測儀，這種方法只能近似的測得油液的污染度[8]。此外，來自北京交通大學的霍威研究了一種風電齒輪箱在線油液磨粒檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過對齒輪磨損所產(chǎn)生的磨粒進行分析來檢測齒輪箱故障原因，并且在此研究基礎(chǔ)上提出了一種新型的、基于電磁感應(yīng)原理的齒輪箱油液磨粒傳感器結(jié)構(gòu)，極大提高了檢測裝置的靈敏度，從而增強了風電機組齒輪箱的故障檢測水平[9]。此外，油液在線檢測系統(tǒng)在汽車工業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用。以華南理工大學艾芳旭研究的潤滑油污染度在線檢測技術(shù)舉例，作者通過研究發(fā)現(xiàn)油液污染是引起車輛發(fā)生故障的首要原因，然而目前的油液檢測技術(shù)普遍檢測效率較低、費用較高，作者采用根據(jù)通過油液的光的波長來確定油液污染等級的方法，結(jié)合了信息技術(shù)，研究出一種基于光學知識的油液污染在線檢測系統(tǒng)，為在線檢測技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)[10]南京航空航天大學的卞利將靜電傳感器技術(shù)和圖像分析技術(shù)運用到油液在線檢測系統(tǒng)中，作者通過研究和設(shè)計靜電傳感器、靜電信號處理與分析、油液污染度測量以及磨粒分類，最終完成油液在線檢測系統(tǒng)的開發(fā)，通過將靜電與圖像技術(shù)與油液在線檢測系統(tǒng)的結(jié)合，更直觀的、量化的顯示出油液檢測的結(jié)果[11]。國內(nèi)韓瑞欣、姜澤坤等人將STM32作為核心控制器，利用顆粒計數(shù)器和顆粒計數(shù)法，研究出一種基于STM32的可觸屏、便捷的油液在線檢測系統(tǒng)，該油液在線檢測系統(tǒng)可以實時測量油液的顆粒含量、含水量、油液溫度等參數(shù)。因此，不難看出，國內(nèi)外目前油液傳感器不但研究方向較多，而且應(yīng)用廣泛[12]。1996年，在《油液污染度在線監(jiān)測裝置的研究》一文中，作者提出了一種油液污染度在線監(jiān)測的方法：通過光譜實驗，設(shè)計出了監(jiān)測系統(tǒng)和傳感器，但由于研究時間有限，在測試時的防干擾措施和考慮溫度對實驗的影響，都需要進一步完善[13]。圖1.1檢測裝置原理框圖2011年，我校進行了對基于VB和EXCEL的油液污染儀檢測數(shù)據(jù)的研究，其中EXCEL是具有強大計算功能的辦公工具軟件，進而通過VB可視化界面等功能以及VB的多控件功能，實現(xiàn)了檢測儀器的數(shù)據(jù)顯示和保存。但是該研究未能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的進一步分析和圖像化處理，讓其在實際應(yīng)用時的功能性不高。2014年，我校畢業(yè)生張衛(wèi)華針對DW1型油液污染度測試儀，即一種濾膜恒壓堵塞型便攜式污染檢測儀，同樣利用VB編寫界面和開發(fā)程序，實現(xiàn)了對其傳感器數(shù)據(jù)的采集和可視化的目的，根據(jù)設(shè)計的檢測儀和軟件系統(tǒng)，可以分析出油液中的固體顆粒數(shù)和污染度。為油液監(jiān)測系統(tǒng)的可視化技術(shù)的實現(xiàn)和計算機圖形學方面的研究奠定了基礎(chǔ)[14]。圖1.2DW1型油液污染度測試儀除此之外，由于現(xiàn)有的監(jiān)測手段對監(jiān)測環(huán)境的要求高、費用高，并不適用于大多數(shù)的設(shè)備生產(chǎn)的環(huán)境。因此，近年來，人們還提出了電測法、光測法、淤積法、超聲波法等一些方便監(jiān)測的使用手段，為今后的學習和研究提供的思路和方法[15]。為了增強液壓系統(tǒng)中油液監(jiān)控系統(tǒng)的完整性，必須要將獲取的油液數(shù)據(jù)進行分析，進一步實現(xiàn)圖像顯示及分析。本論文的任務(wù)就是實現(xiàn)傳感器對油液數(shù)據(jù)的采集與處理設(shè)計并搭建通信系統(tǒng)，實現(xiàn)油液狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示，最終實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的綜合分析、查詢及閾值報警等功能，其中包括將讀取的數(shù)據(jù)繪制成為參數(shù)（顆粒數(shù)、尺寸、等級）隨時間變化圖、尺寸-顆粒數(shù)圖、總顆粒數(shù)圖，從而達到對液壓設(shè)備的保護與管理的目的。隨著我國煤炭產(chǎn)業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型的不斷推進，尤其是“智能礦山”的提出，如何利用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)來提高煤炭生產(chǎn)中的檢測技術(shù)水平，成為一個重要的研究課題。其中，山西大同大學礦業(yè)工程系研究了基于數(shù)據(jù)分析的煤礦瓦斯管理的可視化技術(shù)概況，研究了國內(nèi)外數(shù)據(jù)可視化在煤炭行業(yè)的發(fā)展概況，在“智能礦山”的發(fā)展中，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化是兩個重點發(fā)展方向，其中數(shù)據(jù)分析主要包括預測和描述，數(shù)據(jù)可視化常用方法有圖可視化技術(shù)、多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、時空數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、文本可視化技術(shù)、交互可視化技術(shù)等。這些研究方向?qū)ΦV山安全管理和瓦斯污染防治都有著重要意義。在如今的大數(shù)據(jù)時代，隨著云計算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展以及基礎(chǔ)電子設(shè)施、通信基建、移動電子設(shè)備的不斷完善和革新，可視化分析也成為大數(shù)據(jù)分析的重要方法，其中可視化技術(shù)與人機交互的融合成為可視化技術(shù)不斷完善的重要成果，人機交互是指人與計算機、軟件或界面進行信息交互的過程。數(shù)據(jù)可視化主要是基于幾何方法、圖標方法（坐標系）、動畫等方法來增強數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)效果，可以讓用戶以更加直觀的方式了解數(shù)據(jù)狀態(tài)和發(fā)展趨勢。而可視化技術(shù)和人機交互的結(jié)合，則將計算機的計算能力和人的認知能力高度融合，提高了人們解決問題、分析問題的能力。[16]1.4論文的主要內(nèi)容本論文通過對遮光法顆粒傳感器和油品含水率傳感器的原理及使用方法的學習，設(shè)計出實驗需要的液壓系統(tǒng)圖，從而應(yīng)用傳感器，實現(xiàn)對油液數(shù)據(jù)的采集，通過搭建通信系統(tǒng)，來進行數(shù)據(jù)的傳輸，設(shè)計出基于VB的數(shù)據(jù)顯示分析界面。具體研究內(nèi)容如下：（1）確定傳感器的使用種類和需要采集的數(shù)據(jù)種類。（2）根據(jù)采集方案、界面功能等，綜合考慮價格成本等因素，對計數(shù)器和測水傳感器設(shè)計一套液壓系統(tǒng)圖，確定液壓設(shè)備的選擇，并編寫測試過程的具體流程圖，為后續(xù)的油液數(shù)據(jù)采集打下基礎(chǔ)。（3）應(yīng)用VB進行編程，設(shè)計一系列有關(guān)油液數(shù)據(jù)采集與分析的顯界面，實現(xiàn)對油液參數(shù)的實時顯示，以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)超過閾值時的報警功能。(4)根據(jù)設(shè)計要求，對系統(tǒng)進行測試，包括基本功能的可用性即數(shù)據(jù)監(jiān)測和可視化分析，以及系統(tǒng)軟件的實用性，模擬管理人員的實際使用情況，進行測試。（5）針對測試中出現(xiàn)的問題，對系統(tǒng)的設(shè)計進行改進和完善。1.5本章小結(jié)本章節(jié)主要闡述液壓系統(tǒng)中油液防治的意義和查閱有關(guān)油液在線監(jiān)測系統(tǒng)的資料和文獻，了解到固體污染物是影響液壓系統(tǒng)正常工作的主要影響因素，其次是對有關(guān)研究的學習和比較，確定了本論文的研究和設(shè)計方法，即通過基于VB的界面設(shè)計來進行油液狀態(tài)參數(shù)的實時顯示和圖像分析。油液狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理本章詳細介紹該油液在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理，主要包括整套測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)介紹以及對顆粒計數(shù)器和含水率傳感器的通信協(xié)議和連接方法的介紹。2.1油液狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能2.1.1結(jié)構(gòu)介紹為便于對油液的污染狀態(tài)進行監(jiān)測，設(shè)計了如圖2.1所示的液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由液壓油泵、液壓閥、傳感器、上位機組成，系統(tǒng)在工作時，將水或粉塵注入含有液壓油的燒杯中，通過液壓泵將含水和顆粒物的油液吸入油路中，其中用到的傳感器分別為歐洛普SA-3顆粒計數(shù)器和YFW-2B油品含水率傳感器。具體構(gòu)成：含油液的燒杯液壓泵節(jié)流閥截止閥流量計單向閥過濾器壓差測試YFW-2B油品含水率傳感器歐洛普SA-3顆粒計數(shù)器計算機2.1.2功能介紹在油路中，油液通過泵、顆粒計數(shù)器和含水傳感器后流回油箱（本實驗裝置由2升的燒杯替代）。在油箱上方可加入粉塵和微量水來改變油液的污染狀態(tài)。當需要改變固體顆粒的污染狀態(tài)時，可打開截止閥，利用過濾器來濾除固體顆粒。過濾器的污染情況可通過壓差值的大小進行監(jiān)測。上位機可以實時采集計數(shù)器、含水傳感器及壓差傳感器的檢測數(shù)據(jù)。本論文主要完成對油液中固體顆粒及水含量兩種傳感器數(shù)據(jù)的采集和顯示。油液進入到顆粒計數(shù)器和含水率傳感器中，通過建立與上位機的通信，將數(shù)據(jù)實輸?shù)缴衔粰C中，最后，通過使用VB進行界面設(shè)計及程序編寫，進一步實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時顯示和圖像分析，從而達到對油液狀態(tài)的監(jiān)測的目的。圖2.1油液狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2SA-3顆粒計數(shù)器介紹及應(yīng)用2.2.1概述基于遮光法原理的SA-3顆粒計數(shù)器可以用于液壓系統(tǒng)油路中顆粒污染的在線實時監(jiān)測，廣泛運用于制造業(yè)中的固體顆粒污染度檢測。SA-3顆粒計數(shù)器具有檢測數(shù)據(jù)準確、穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸快等優(yōu)勢。2.2.2檢測原理及結(jié)構(gòu)1)檢測原理SA-3顆粒計數(shù)器的原理如圖2.2所示，發(fā)光器發(fā)射的光束穿過流通室照射到光電接收器上，當油液中沒有顆粒時，在電路中輸出一個的正脈沖，當油液中有一個固體顆粒通過流通室時，顆粒會阻擋了光束，此時在電路上輸出一個的負脈沖。圖2.2遮光法原理圖2）儀器結(jié)構(gòu)：SA-3顆粒計數(shù)器主要由主體、進液口、出液口、線纜接口、顯示器、按鍵等組成，如圖2.3所示。①主體②線纜接口③進液口④顯示器⑤按鍵⑥出液口圖2.3儀器組成圖根據(jù)液壓系統(tǒng)中管路的壓力大小分為兩種安裝方式，如圖2.3、2.4所示。即安裝在高壓系統(tǒng)時需要先經(jīng)過減壓閥將系統(tǒng)壓力減小至2MPa以下。本實驗系統(tǒng)壓力不超過1MPa，所以顆粒計數(shù)器直接連接在油路中。圖2.4在線低壓取樣連接示意圖減壓閥減壓閥進液口SA-3顆粒計數(shù)器油箱或系統(tǒng)管路出液口液壓系統(tǒng)管路（壓力>2MPa）流量調(diào)節(jié)閥圖2.5在線高壓取樣連接示意圖SA-3顆粒計數(shù)器具有標準串行口，用戶可以使用計算機或PLC對顆粒計數(shù)器進行控制。通訊協(xié)議：串口設(shè)置為RS232，波特率9600，時間位8位，停止位1位，無奇偶校驗。通訊格式：前導字母(1位)+代碼類型(1~3位)+數(shù)據(jù)(個別指令無此項)+回車。2.2.3儀器操作儀器按要求連接、設(shè)置好后，可按“檢測”鍵開始進行檢測。檢測開始后，儀器將先對儀器內(nèi)的傳感器進行自檢（如圖2.6）。圖2.6傳感器自檢LValue表示傳感器直流電壓值，OValue表示傳感器光源亮度，當傳感器自檢時提示“erro”則表示傳感器堵塞，需進行清潔。傳感器自檢通過后儀器將進行流速檢測。當儀器“流速（FLOW）”設(shè)置為“自動（AUTO）”時，儀器會先對流量進行分析，完成分析后屏幕會顯示流速值（如圖2.7），隨后儀器開始進行檢測。圖2.7流量分析當儀器“流速（FLOW）”設(shè)置為“設(shè)置（SET）”時，儀器將不進行流量分析，在屏幕顯示設(shè)置的流速值（如圖2.8），隨后儀器開始進行檢測。圖2.8設(shè)置流速檢測過程中，儀器右上角會顯示當前檢測周期已用時間（單位：秒）（如圖2.9）。檢測已用時間檢測已用時間圖2.9檢測示意圖檢測結(jié)束后可長按“ESC”鍵退出檢測狀態(tài)返回待機狀態(tài)。2.2.4連接及使用操作按說明書要求連接好設(shè)備后，使用串口調(diào)試助手建立通信，將串口設(shè)置為RS232，波特率9600，時間位8位，停止位1位，無奇偶校驗。使用時，首先將傳感器協(xié)議設(shè)置為協(xié)議0、監(jiān)測標準1，即用計算機發(fā)送5748310D到傳感器，將顆粒數(shù)監(jiān)測標準設(shè)置為GJB420A，具體標準如圖2.10所示。其次，設(shè)置監(jiān)測周期，在通信窗口輸入574430310D，即將每5s監(jiān)測一次顆粒數(shù)，最后，設(shè)置油液流速，在窗口中輸入57563131300D，將油液流速設(shè)置為10ml/min。將設(shè)備設(shè)置好之后開始監(jiān)測，在發(fā)送窗口輸入574B0D,即開始監(jiān)測指令，隨后在顆粒計數(shù)器顯示屏和計算機的數(shù)據(jù)接收界面顯示出顆粒數(shù)和污染等級。圖2.10GJB420A-96（每100毫升的顆粒數(shù)）YFW-2B油品含水率傳感器功能及應(yīng)用2.3.1概述傳感器外形如圖2.11，YFW-2B是一種具有實時監(jiān)控功能的含水率傳感器，該傳感器對油液含水率的變化十分敏感，可以快速得出含水率參數(shù)的變化結(jié)果，能夠提供全天候、全方位的油液狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測結(jié)果，為液壓設(shè)備的正常使用和運行奠定了基礎(chǔ)。圖2.11含水率傳感器外形圖2.3.2YFW-2B油品含水率傳感器的結(jié)構(gòu)介紹具體結(jié)構(gòu)指標：適用油品：適用于大多數(shù)礦物質(zhì)油，合成和半合成油；數(shù)字信號：RS485MODBUSRTU；模擬信號：4~20mA，電阻負載<20mA+負載電流（4～20mA輸出）@24V；工作電壓：DC12V~32V；工作電流：<20mA+負載電流（4～20mA輸出）@24工作油壓：≤20bar；流速范圍：≤0.5m/s；工作溫度：‐20～85℃；流體溫度：0~100℃；機械接口：外螺紋G1/2；電氣接口：M8*16芯；2連接電纜：UL2464*22AWG6芯1.5米；殼體材料：316不銹鋼；防護等級：IP66；重量：250克；遵循標準：CE認證、EN61000‐6‐4:2007EN61000‐6‐2:2005。圖2.12傳感器結(jié)構(gòu)圖圖2.12傳感器結(jié)構(gòu)圖，其安裝方式如圖2.13。為將其接入管路，需要設(shè)計連接塊，本文設(shè)計的連接塊如圖2.14所示。圖2.13傳感器的安裝方式圖3.14連接塊結(jié)構(gòu)圖YFW-2B油品含水率傳感器對油液污染度變化敏感度極高，可適用于不同形式的水溶液，數(shù)據(jù)測量精準、穩(wěn)定性高。設(shè)備極易清潔、易維護，可以進行全天候?qū)崟r監(jiān)測。當油液的含水率發(fā)生變化時，傳感器內(nèi)部的電極板之間的介質(zhì)發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在其介電常數(shù)的改變使得電極板之間的場強發(fā)生變化(圖2.15)。根據(jù)油液介電常數(shù)隨其水分含量變化而變化的特性，利用電容傳感器實時監(jiān)測其介電常數(shù)的變化情況，從而分析出油液中水分含量情況。圖2.14傳感器測量原理2.2.3通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式通訊協(xié)議：串口設(shè)置為RS232，波特率9600，時間位8位，停止位1位，無奇偶校驗。數(shù)據(jù)格式：在調(diào)試助手中，發(fā)送與接收均設(shè)置為16進制，隨后采用IEE754轉(zhuǎn)換格式將得到的16進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單精度浮點數(shù)。2.3本章小結(jié)本章通過介紹設(shè)計的整套監(jiān)測系統(tǒng)和兩種參數(shù)測量的設(shè)備，成功測試出了液壓系統(tǒng)向計算機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，為下一步軟件系統(tǒng)的設(shè)計提供了數(shù)據(jù)來源和保障。3.串口通訊系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)本章節(jié)會介紹檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計的核心部分即系統(tǒng)界面設(shè)計和程序編寫，目的是實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計要求即固體污染物的顆粒數(shù)、含水率、溫度等參數(shù)的實時顯示以及這些參數(shù)隨時間的變化曲線3.1系統(tǒng)功能要求本油液在線監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)的部分功能有以下方面：管理員窗口：管理人員登陸進入系統(tǒng)后，通過使用不同窗口和界面，對油液的狀態(tài)以及參數(shù)進行實時的監(jiān)測。數(shù)據(jù)實時顯示和導出：建立通信和編寫程序，實現(xiàn)油液數(shù)據(jù)的實時顯示和數(shù)據(jù)導出功能。數(shù)據(jù)的圖像分析：利用監(jiān)測到的一系列數(shù)據(jù)，繪制出不同類型的數(shù)據(jù)分析圖像。3.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計本油液在線監(jiān)測系統(tǒng)的運行設(shè)備是計算機，操作系統(tǒng)使用Windows10，編程語言選用VisualBasic6.0，數(shù)據(jù)儲存使用的是Excel2019。VisualBasic（簡稱VB）是一種Microsoft公司推出的基于對象的、結(jié)構(gòu)化的、面向?qū)ο蟮?、可視化的程序設(shè)計語言，經(jīng)過多年的發(fā)展日趨完善，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。由于具有GUI和RAD系統(tǒng)，VB可以實現(xiàn)圖形開發(fā)和應(yīng)用程序開發(fā)，可以便捷地應(yīng)用各種數(shù)據(jù)庫，以及創(chuàng)建ActiveX控件。一方面，在本次設(shè)計中使用到了控件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的其他功能實現(xiàn)了監(jiān)測系統(tǒng)的功能。另一方面，VB具有強大的可視化編程功能，通過在菜單欄中拖放控件圖標，可以輕松創(chuàng)建控件，進一步通過雙擊對象窗口中已創(chuàng)建的控件圖標，可以更改控件屬性和程序代碼，實現(xiàn)設(shè)計所需的各種功能。因此，VB使整個設(shè)計過程簡潔、可靠，設(shè)計人員可以運用VB快速創(chuàng)建一個可用的應(yīng)用程序。另一方面，VB可以使用多種數(shù)據(jù)庫，具體體現(xiàn)為：在本次設(shè)計中通過對VB數(shù)據(jù)庫的運用，實現(xiàn)了VB對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)運算功能提高數(shù)據(jù)顯示和存儲的質(zhì)量與可用性。此外，VB具有十分強大的圖形功能，此功能的實現(xiàn)是通過建立以窗口邊緣交界處為坐標原點、水平方向為Y軸，垂直方向為Y軸的坐標系，也可以通過對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)計方式[17]。3.3系統(tǒng)軟件的具體實現(xiàn)方案3.3.1油液監(jiān)測系統(tǒng)軟件(1)具體功能窗體Form0實現(xiàn)的具體功能：管理員登陸界面：輸入賬戶密碼登陸系統(tǒng)軟件，并具有密碼找回功能窗體Form1實現(xiàn)的具體功能：選擇測試油樣的各項信息，如數(shù)據(jù)通訊的串口、油樣類型等系統(tǒng)在工作時，具有開始測試和停止檢測功能；參數(shù)窗口中，具有設(shè)置參數(shù)和閾值的功能，以及選擇測試含水率或顆粒數(shù)的功能監(jiān)測完成后具有導出實時圖像、清除數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)、查看歷史數(shù)據(jù)等功能。打開窗體Form2，進入新的界面，完成Form2中的功能。窗體Form2實現(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)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。②根據(jù)污染度檢測模型，對獲取的數(shù)據(jù)進行初步分析，得出油液的污染度等級。(2)窗體界面設(shè)計窗體設(shè)計是設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)的第一步，而界面也是管理人員對系統(tǒng)的第一印象，因此，窗體界面設(shè)計關(guān)系到整個監(jiān)測系統(tǒng)的使用體驗和用戶印象。優(yōu)秀和成果的界面設(shè)計可以對用戶的使用過程起到積極作用。在設(shè)計之初，我們首先針對最為重要的設(shè)計要求，將系統(tǒng)分為三個主要窗體即管理員登陸界面窗體Form0、數(shù)據(jù)實時顯示窗體Form1、圖像分析窗體Form2。對于整個監(jiān)測系統(tǒng)，首先我們進行全局變量的定義，之后再添加設(shè)計過程中會使用到的控件如文本框控(TextBox)、命令按鈕控件(CommandButton)、標簽控件(Label)、串口通信控件(MSComm)、時鐘控件(Timer)等，最后對這些控件進行初始化定義。在設(shè)計主要功能界面之前，會設(shè)計一個簡單的登陸窗口Form0，通過輸入正確的賬號、密碼即可進入窗體Form1，其中只用到了命令按鈕控件(CommandButton)、標簽控件(Label)、文本框控(TextBox)，并對其初始化后，進行程序編寫。在進行主要功能界面即Form1的設(shè)計時，首先創(chuàng)建一個窗體，之后添加上述所需的控件，并設(shè)置其屬性和程序編寫，運行后，實現(xiàn)效果可以進行直觀的展示，通過調(diào)試和修改即可滿足監(jiān)測系統(tǒng)中所需的設(shè)計要求。所設(shè)計的油液狀態(tài)數(shù)據(jù)接收界面如圖3.1、3.2所示。圖3.1數(shù)據(jù)實時采集和保存(Form1)圖3.1所示為窗體Form1（數(shù)據(jù)實時采集和保存），其中包含3個Timer控件，分別實現(xiàn)記錄監(jiān)測時間、接收超時提示以及按時進行數(shù)據(jù)保存等功能；1個MSComm控件，實現(xiàn)計算機與傳感器之間的串口通信功能;6個Command控件，分別完成開始接收、停止接收、清零、保存、退出以及圖形顯示的功能；7個Text文本框，分別可以實現(xiàn)顆粒計數(shù)器和油品含水率傳感器的數(shù)據(jù)實時顯示；1個Flexgrid控件，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時顯示和展示功能。圖3.2數(shù)據(jù)可視化及測試結(jié)果(Form2)圖3.2所示為窗體Form2（數(shù)據(jù)可視化及測試結(jié)果），其中包含一個PictureBox控件，用來實現(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)隨時間變化曲線；5個Command控件，可以完成繪制曲線包括顆粒數(shù)-時間變化曲線、含水率-時間變化曲線。（3）程序編制監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控軟件由VisualBasic6.0開發(fā)。其中用到的窗體和模塊。在監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控軟件中，界面管理和授權(quán)登陸是在Form0中實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)的采集和實時顯示是在Form1中實現(xiàn)的，F(xiàn)orm2實現(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，這三個窗體是軟件的主題部分。下表3.1列出了三個窗體和控件可以實現(xiàn)的功能，實時監(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)分析四個子程序部分。表3-1各窗體的功能類型名稱主要功能窗體Form0輸入管理員賬號、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文件中實時顯示數(shù)據(jù)（顆粒數(shù)、含水率、溫度）數(shù)據(jù)清除進入可視化分析界面窗體Form2顯示”顆粒數(shù)-時間變化曲線“和”含水率-時間變化曲線導出“污染度等級”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提示主要功能LabelLabel0系統(tǒng)標題顯示系統(tǒng)標題CommandCommand7登陸按鍵管理人員登陸監(jiān)測系統(tǒng)Command8退出按鍵管理人員退出監(jiān)測系統(tǒng)TextText8鍵入管理人員賬號輸入賬號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提示主要功能計時器TimerTimer1時間計時器從收取到傳感器信號到實驗完成之間的時間記錄Timer2數(shù)據(jù)接收計時器記錄點擊開始接收按鈕到實際收取到數(shù)據(jù)之間的時間，若記錄時間超過20秒，會彈出超時提示窗口Timer3記錄數(shù)據(jù)計時每隔五秒向Grid表格寫入收取到的數(shù)據(jù)MSCommMSComm串行端口通訊輸出數(shù)據(jù)接收的命令，接收顆粒計數(shù)器和油品含水率傳感器信號CommandCommand1開始接收點擊即打開串行端口，發(fā)出接收數(shù)據(jù)的指令Command2停止接收點擊即關(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)實時顯示顆粒數(shù)Text2固體污染物顆粒尺寸>5um的顆粒數(shù)實時顯示顆粒數(shù)Text3固體污染物顆粒尺寸>15um的顆粒數(shù)實時顯示顆粒數(shù)Text4固體污染物顆粒尺寸>25um的顆粒數(shù)實時顯示顆粒數(shù)Text5固體污染物顆粒尺寸>50um的顆粒數(shù)實時顯示顆粒數(shù)Text6含水率數(shù)值實時顯示含水率Text7溫度數(shù)值實時顯示溫度FlexgridGrid數(shù)據(jù)表格記錄實時接收的顆粒數(shù)、含水率、污染度等級等數(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)-時間圖像繪制含水率-時間圖像CommandCommand9繪制顆粒數(shù)-時間變化曲線按鍵點擊即可再PB中導出根據(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)-時間曲線圖Command10繪制含水率-時間變化曲線按鍵點擊即可再PB中導出根據(jù)Form1中Grid表格中采集的含水數(shù)據(jù)繪制的含水率-時間曲線圖Command11導出污染度等級導出固體顆粒物污染度等級到EXCEL文件中Command12退出按鈕退出窗體3.3.2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顆粒計數(shù)器與計算機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數(shù)器傳入的數(shù)據(jù)整合后，通過設(shè)置傳感器說明書中要求的或者默認的通訊協(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，通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)運行提供串行通訊功能。MSComm在本監(jiān)測系統(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表3-5：表3-5MSComm控件的屬性CommPort定義并輸出串行端口的名稱Settings以Str的形式設(shè)置并返回傳感器、顆粒計數(shù)器的通信協(xié)議參數(shù)PortOpen控制串行端口的開關(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，它確定當接收緩沖區(qū)內(nèi)的字節(jié)個數(shù)達到或超過該值后就產(chǎn)生代碼為ComEvReceive的OnComm事件。SThreshold該屬性為一閾值，它確定當發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)的字節(jié)個數(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)，可通過設(shè)置該屬性為0來清空接收緩沖區(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)達到RThreshold指定的值。3).ComEvFrame：值為1004，硬件檢測到幀錯誤。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，奇偶校驗錯誤。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)測窗口實時顯示后需按一定的時間間隔填入窗體數(shù)據(jù)表格，以便對數(shù)據(jù)進行觀察、處理和分析。表格的制作通過在窗體中添加Flexgrid控件來實現(xiàn)，見圖3.3、3.4所示?？梢杂脤傩訰ows來設(shè)置表格中行的數(shù)量，用屬性Cols來設(shè)置表格中列的數(shù)量。圖3.3Grid表格圖3.4Grid表格測試過程結(jié)束以后，系統(tǒng)憑借VisualBasic6.0的ActiveX技術(shù)引用Excel文件，利用EXCEL強大的數(shù)表功能實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的保存，并將采集到的顆粒數(shù)、含水率、污染度等級進行分類保存。編程過程中數(shù)據(jù)保存子程序流程見圖3.5。圖3.6數(shù)據(jù)保存子程序流程圖3.3.2數(shù)據(jù)的可視化可視化技術(shù)是通過運用計算機技術(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)、通過圖像的形式，形象地展現(xiàn)出來的一種如今被廣泛應(yīng)用的技術(shù)[19]?？梢暬夹g(shù)通常通過各種圖像如曲線圖、柱狀圖、餅狀圖、樹形圖等形式表現(xiàn)出來。通過運用可視化技術(shù)，可以在研究和學習中起到以下三方面的作用：數(shù)據(jù)追蹤：可以將數(shù)據(jù)進行實時展示和動態(tài)分析，即實時性。數(shù)據(jù)分析：通過圖像和曲線的形式，展現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)展的變化和呈現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)預測：通過使用可視化技術(shù)，結(jié)合對歷史數(shù)據(jù)的分析，可以有依據(jù)地預測數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢可視化技術(shù)是基于多種計算機技術(shù)發(fā)展的一門學科技術(shù)，近年來，隨著計算機、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅速發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時代的到來，可視化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域變得更加廣泛，同時促進了可視化技術(shù)的理論知識的不斷發(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數(shù)據(jù)展示過程，而是一個完整的閉環(huán)過程，是集成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)展示、人機交互等過程為一體的系統(tǒng)化技術(shù)。該技術(shù)著重通過將數(shù)據(jù)用圖像或曲線的形式呈現(xiàn)，從而深化人們對數(shù)據(jù)分析的直觀認知和加強數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢的預測[20]。在本設(shè)計中，可視化分析的過程主要是通過數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)分析-數(shù)據(jù)呈現(xiàn)-人機交互實現(xiàn)的，通過建立計算機與傳感器、顆粒計數(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，進一步，以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過在PictureBox中建立坐標系，繪制出數(shù)據(jù)隨時間變化的曲線圖實驗中總體來看，可視化的過程是以數(shù)據(jù)的收受為基礎(chǔ)，以圖象的呈現(xiàn)為結(jié)果。圖3.7可視化技術(shù)的實現(xiàn)過程在本次設(shè)計中，利用VB強大的圖形繪制功能，主要是使用PictureBox控件分別繪制固體污染物大小、含水率等參數(shù)隨時間變化曲線，將用圖像的形式呈現(xiàn)出油液中污染物參數(shù)的變化趨勢。圖像繪制過程中用到了類似于微元法的處理方法，通過繪制多個細小線段，將這些線段連接成為整條曲線。在設(shè)計過程中，通過使用坐標軸來繪制曲線，因此使用到了子程序DrawNet，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)的數(shù)值，繪制曲線，具體界面如圖3.8所示。圖3.8Form3窗口界面繪制顆粒數(shù)-時間曲線首先，我們可以用五條不同顏色的曲線來表示五種監(jiān)測顆粒物的尺寸標準，編寫子程序DrawNet，該子程序可以實現(xiàn)網(wǎng)格圖形繪制，即繪制出可以作為坐標系的網(wǎng)格。其次，利用For循環(huán)讀取顯示界面中的Grid表格中顆粒數(shù)的數(shù)值，之后將得到的每個顆粒數(shù)數(shù)值點繪制在PictureBox中，再次編寫程序，依次將每個點相連成線段，這些線段可以近似的看成一條曲線，這樣我們就得到了顆粒數(shù)-時間。繪制含水率-時間曲線首先，使用上文介紹的方法即使用子程序DrawNet制作坐標軸，并標注刻度，然后對坐標系進行定義，準備繪制圖像。其次，編寫程序讀取數(shù)據(jù)顯示界面的Grid表格中的含水率的數(shù)值，之后將得到的每個含水率數(shù)值點繪制在PictureBox中，再次編寫程序，依次將每個點相連成線段，這些線段可以近似的看成一條曲線，這樣我們就得到了含水率-時間曲線。圖3.9繪制曲線的流程圖通過以上的程序設(shè)計流程，可以基本實現(xiàn)了該系統(tǒng)兩個主要功能即數(shù)據(jù)實時顯示和圖像分析。3.4本章小結(jié)本章著重介紹了監(jiān)測系統(tǒng)的界面設(shè)計過程和程序編寫方法，設(shè)計出了具有一個登陸窗口和兩個監(jiān)測功能實現(xiàn)窗口的監(jiān)測界面，為下一步的程序測試奠定了基礎(chǔ)。4監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)本章節(jié)將測試整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)過程：點擊“運行”，程序啟動，管理員登陸窗體Form0出現(xiàn)，見圖4.1：圖4.1管理員登陸窗體分別輸入賬號和密碼后，點擊登陸，進入主窗體Form1，見圖4.2圖4.2.1主窗體Form1圖4.2.2主窗體Form1在主窗體中可以進行串口選擇以及測試類型等，如圖4.3圖4.3串口選擇設(shè)備連接好之后，點擊“開始接收”，計算機開始接收傳感器數(shù)據(jù)并進行顯示，如圖4.4圖4.4.1數(shù)據(jù)接收圖4.4.2數(shù)據(jù)接收圖4.4.3數(shù)據(jù)接收如果在點擊“開始接收”二十秒后沒有數(shù)據(jù)顯示，那么系統(tǒng)將提示“未接受到數(shù)據(jù)！”如圖4.5圖4.5未接受到數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接收完成之后，點擊“保存”，數(shù)據(jù)會保存在命名為“油液污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)”的EXCEL文件中，文件中會顯示出每組顆粒數(shù)對應(yīng)的污染度等級（GJB420A-96標準下）如圖4.6圖4.6數(shù)據(jù)保存保存完畢后，系統(tǒng)會自動關(guān)閉Excel，并給出提示“結(jié)果已保存”，見圖4.7。圖4.7數(shù)據(jù)已保存圖像分析：點擊“圖像顯示”，進入窗體Form3，即可視化界面，如圖4.8所示圖4.8進入窗體Form3點擊“顆粒數(shù)-時間變化曲線”，在PictureBox中會顯示出五條曲線，分別表示”>2um、>5um、>15um、>25um、>50um“即油液固體污染物檢測標準GJB420A-96（每100毫升的顆粒數(shù)）標準下的顆粒數(shù)隨時間變化的曲線，如圖4.9。圖4.9.顆粒數(shù)-時間變化曲線(>5um\<15um)點擊“含水率-時間變化曲線”，在PictureBox中會顯示出一條含水率隨時間的變化曲線，如圖4.10。圖4.10含水率-時間變化曲線當顆粒數(shù)或含水率超過所設(shè)定的閾值之后，系統(tǒng)會出現(xiàn)提示窗口“顆粒數(shù)過多”或窗口“含水率過高”，如圖4.12,圖4.13。圖4.12顆粒數(shù)過多圖4.13含水率過高監(jiān)測結(jié)束后，點擊“退出”即退出程序。綜上所述，測試實驗完成了，實現(xiàn)了基本的監(jiān)測和可視化功能，證明設(shè)計是可行的。5結(jié)論和展望5.1結(jié)論本論文設(shè)計了一種基于VB應(yīng)用在液壓設(shè)備中的油液污染度在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過建立串口通信與編寫程序，可以實現(xiàn)對所搭建的由顆粒計數(shù)器、含水率傳感器、液壓閥、液壓泵等構(gòu)成的液壓系統(tǒng)的油液狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集和圖像分析，最終得到了油液固體污染物尺寸大小、含水率、污染度、溫度等參數(shù)，并繪制出一系列數(shù)據(jù)分析圖像。在設(shè)計和實踐的過程中，涉及到了