基于SOPC的在線(xiàn)分析儀器的信息管理設計

作者：時(shí)間：2018-09-05 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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引言

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201809/388450.htm

基于SOPC 的在線(xiàn)分析儀器平臺從數據采集到顯示已經(jīng)可以完成分析儀器的基本功能，但是隨著(zhù)儀表在線(xiàn)檢測、顯示、傳送等要求逐漸提高，以及方便儀器與PLC、DCS 等生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的儀表相連，有必要為分析儀器設計信息管理系統。

1 信息管理系統界面設計

測量界面采用雙緩存圖片。把一個(gè)圖像作為緩存，兩個(gè)圖像就是雙緩存了。一個(gè)作為前臺緩存，一個(gè)作為后臺緩存。即：

創(chuàng )建一個(gè)繪制緩沖區，以bufImage 表示，先將主要的圖形元素一個(gè)一個(gè)地繪制到此緩沖圖像上，再將此緩沖圖像一次性繪到代表屏幕的Graphics 對象上。

本設計在Visual C++ 界面編程中使用了Skin++.Skin++是一款通用的軟件換膚套件，目前支持各種版本操作系統，Windows9x、Windows2000、WindowsXP、Windows2003 等，并支持VC、VB、C#、PB、Delphi、C++Builder 等各種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。

Skin++ 換膚的效果較好，程序本身也比較穩定。

另外，本文在界面設計中也采用了復合文件，結構化存儲，這是微軟組件思想的起源。

系統的功能模塊包括用戶(hù)管理、成分選擇、儀器狀態(tài)、參數設置、非線(xiàn)性驗證、TCP/IP 傳輸等。主界面如圖1 所示，對應的分析儀器測量界面如圖2 所示。

1.1 系統登錄界面

系統登錄界面用戶(hù)分為兩級：管理員和普通用戶(hù)。當輸入完用戶(hù)名和密碼并按下“確定”按鈕后，程序會(huì )在數據庫中查詢(xún)用戶(hù)名和密碼是否匹配。在確認匹配之后，程序根據用戶(hù)的級別分配權限，然后進(jìn)入主界面等待用戶(hù)下一步的操作。

在登錄成功后，系統會(huì )進(jìn)入測量界面。如果用戶(hù)名輸入錯誤，則會(huì )提醒用戶(hù)輸入的不是用戶(hù)名而不能進(jìn)入系統，系統也會(huì )給出相應的提示信息。

1.2 用戶(hù)管理

管理員可以通過(guò)“用戶(hù)管理”界面添加、刪除、更改普通用戶(hù)的設置，普通用戶(hù)也可以修改密碼。圖3 所示是系統用戶(hù)管理界面。管理員和用戶(hù)都能根據實(shí)際情況，點(diǎn)擊列表頭可以實(shí)現用戶(hù)的升降序重新排列。操作可使得用戶(hù)管理界面更加人性化。

1.3 成分選擇

通過(guò)圖4 所示的成分選擇界面，可以根據不同的要求選擇不同的通道號(通道1 ~通道4)和選擇不同的成分(H2、CO、SO2、NO、NO2)，單位也可以選擇。因為比較常用的氣體單位為“%”和“ppm”,所以單位設置了這兩個(gè)選擇。選擇確定后，在測量界面也會(huì )有相應的更新。

1.4 儀器狀態(tài)和參數讀取

本系統的儀器狀態(tài)和參數讀取界面如圖5 所示。儀器狀態(tài)界面的主要功能就是讓用戶(hù)可以方便地知道儀器信息，便于下一步操作。

1.5 非線(xiàn)性驗證

本設計采用5 次方程代替能斯特方程的方法來(lái)求出氣體組分含量，并在上位機通信這一塊設計了直接利用能斯特方程來(lái)驗證數據，這一驗證方法對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)更具有說(shuō)服力。圖6 所示是系統的非線(xiàn)性驗證界面。

其中C++ 中部分代碼如下：

1.6 TCP/IP 傳輸

TCP/IP 傳輸是方便數據能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把實(shí)時(shí)數據傳到本地監控中心或環(huán)境監測中心，其TCP/IP 通訊界面如圖7 所示。在基于SOPC 的在線(xiàn)分析儀器平臺，可以利用 NiosII 這個(gè)用戶(hù)可定制的CPU 來(lái)增加新的外設、新的指令，分配外設的地址等。用戶(hù)可以直接在客戶(hù)端通過(guò)IE 瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，瀏覽存儲在Flash 中的信息。根據Web 服務(wù)器的原理， Altera公司新提供的Nichestack TCP/IP Stack 協(xié)議設計實(shí)現了應用程序提供的標準的Socket 接口以及TCP/IP 等協(xié)議。

由于設計采用了Altera 公司低端的一款FPGA,數據存儲能力比較有限，所以在設計中通過(guò)RS232 讀出數據，再通過(guò)上位機傳輸給網(wǎng)絡(luò )。TCP/IP 通訊功能已經(jīng)在某公司實(shí)時(shí)監控視頻傳輸中成功實(shí)現。

2 系統調試和數據驗證

圖8 所示是最小二乘法擬合氧含量和輸出電壓的曲線(xiàn)圖。

操作時(shí)可選取10 個(gè)數據點(diǎn)，在最常用的Excel 中實(shí)現最小二乘曲線(xiàn)擬合。(x,y)是根據樣氣濃度選擇的待測氣體的測量點(diǎn)，x 為傳感器輸出電壓值，y 為對應的樣氣中的氧含量值，n為擬合多項式的次數。其中x 和y 取值分別為表2 中的標準氣值和傳感器輸出電壓。從n=2 即二次多項式擬合開(kāi)始，經(jīng)過(guò)試驗，當n=5 時(shí)，即擬合多項式的格式為：

設計以該5 次方程替代能斯特方程，能夠精確地計算出氧氣含量，精度滿(mǎn)足儀器設計要求[3].Excel 最小二乘法實(shí)現氧含量與對應輸出電壓曲線(xiàn)擬合如圖8 所示。圖中曲線(xiàn)為輸出電壓的擬合曲線(xiàn)。擬合多項式系數和擬合精度評定如表1所列。

將擬合多項式系數a,b,c,d,e 通過(guò)儀表鍵盤(pán)輸入到儀表系統中，當開(kāi)啟儀表“非線(xiàn)性校準”功能時(shí)，儀表將根據5 次方程將檢測到的電壓信號換算成濃度信號并顯示在測量界面。將氧化鋯傳感器加熱到700 ℃，控制標準氣體流量280 ml/min,分別通入五組標準樣氣，測量結果如表2 所列。