基于VC的光強探測系統(tǒng)設計

摘要為了便于觀察干涉、衍射等光學實驗現(xiàn)象，提高實驗精度，驗證實驗原理，而設計光強探測系統(tǒng)。系統(tǒng)由光信號的接收與轉換、電信號的傳輸與處理、數(shù)據(jù)的存儲及輸出三個部分組成。其中數(shù)據(jù)的存儲及輸出部分，基于VC設計實現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)存儲、探測繪圖、曲線模擬。通過不斷的修正和改進，以及新功能的添加，最終形成較滿意的可行系統(tǒng)。

關鍵詞光強探測 Visual C++ 數(shù)據(jù)存儲

中圖分類號:O43文獻標識碼:A

1 引言

設計實現(xiàn)光強探測系統(tǒng)，主要是用其觀測光線在接收屏上的光強大小及分布，并將觀測數(shù)據(jù)記錄在計算機系統(tǒng)上，以光強曲線的方式快速直觀地顯示出來。可用于學生觀察干涉、衍射等光學實驗現(xiàn)象，并對所記錄的數(shù)據(jù)進行分析，驗證實驗原理，提高實驗精度。

2 系統(tǒng)結構及設計

光強探測系統(tǒng)分為光信號的接收與轉換、電信號的傳輸與處理、數(shù)據(jù)的存儲及輸出三個部分，如圖1所示。

圖1

例如在單縫夫瑯禾費衍射實驗中，采用散射角極小的激光光束，通過一條很細的狹縫(0.1～0.3mm)，就可在狹縫后大于1.5m的光屏上看到夫瑯禾費衍射條紋。為了提高實驗探測精度和速度，用光機電結合的方式，以圖1的系統(tǒng)結構進行優(yōu)化，組成所需的單縫夫瑯禾費衍射實驗系統(tǒng)。利用光電探測器和步進式電機記錄各點的光強分布數(shù)據(jù)，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工機械讀取數(shù)據(jù);利用計算機接口技術和軟件技術，實現(xiàn)自動控制及數(shù)據(jù)存儲輸出，以代替人工計算檢驗數(shù)據(jù)。再配以專用實驗平臺，就可實現(xiàn)高精度的自動化實驗系統(tǒng)。

對于光強探測系統(tǒng)中光信號的接受與轉換、電信號的傳輸與處理可由設計成熟的光電探測系統(tǒng)獨立完成，相關應用很多，在這里因篇幅所限，不再討論。對于數(shù)據(jù)的存儲及輸出，是本文重點討論的內容。采用Visual C++語言來實現(xiàn)光強探測系統(tǒng)，實現(xiàn)的功能包括:數(shù)據(jù)存儲、探測繪圖、曲線模擬。因VC屬于可視化與面向對象的程序設計技術，與人類習慣的思維方法比較一致，對象能直接獲得已有的特性，穩(wěn)定、易于修改、擴充和維護。并且VC的執(zhí)行速度，加之對Windows操作系統(tǒng)的支持，使得VC的在整個計算機的硬件和軟件方面的訪問和控制更加游刃有余。可以在很短時間內為用戶建立一個穩(wěn)固而安全的骨架，快速增加新的類、變量和處理函數(shù)，方便而迅速地將某個消息映射到某個處理函數(shù)上，方便地操作本地或異地的數(shù)據(jù)庫。

3 基于VC的系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)設計的主界面上有3個圖標，分別單擊各個圖標會進入不同的屬性頁，每一個屬性頁上有不同的按鈕，分別負責處理不同的功能，框架圖如圖2所示。

圖2系統(tǒng)設計框架

3.1 數(shù)據(jù)存儲

3.1.1 儀器控制

首先打開串口。使用CreateFile()打開串口，然后關閉串口，設置緩沖區(qū)長度。改變端口設置使用如下的兩個方法:BOOL GetCommState(hComm，dcb);BOOL SetCommState(hComm，dcb);改變普通設置:BuildCommDCB(szSettings，DCB);最后將其設置成同步I/O讀寫數(shù)據(jù)。

3.1.2 數(shù)據(jù)保存

為了便于光強數(shù)據(jù)的記錄、讀寫、保存與修改，設計直接生成“光強數(shù)據(jù).txt”的數(shù)據(jù)保存文檔，里面分行分列保存了步進式電機上的光電接收器件接收到的數(shù)據(jù)，包括采樣點序號、坐標以及光強。

首先打開MFC ClassWizard，為對話框CPage3添加相關的消息，在Member Variables選項卡中為類CPage3的各個控件添加相應的成員變量。

然后進入ClassWizard菜單下，找到該按紐對應的ID(即IDC_SAVE)，選擇它的ID為它的單擊事件(BN_CLICKED)添加功能，然后點擊ADD FUNCTION其功能名為ON_IDC_SAVE，最后點擊EDIT CODE編輯其代碼。其代碼原型如下所示:

void CPage3::OnSave()

{ CStdioFile sf;

sf.Open(\"光強數(shù)據(jù).txt\"，CFile::modeCreate | CFile::modeWrite) }

文本文檔創(chuàng)建好之后，就要將相應的數(shù)據(jù)寫入這個文檔。由于采用的是字符串輸出的函數(shù)格式，所以要先將接收到的Float型的數(shù)值變量轉換成CString型的變量，其語句為:

strOut1.Format(\"%s%d\"，strOut1，i);

這樣就可以采用循環(huán)的方式，并在適當?shù)奈恢眉尤霌Q行輸出符，將各個變量在文檔的相應位置輸出出來。

3.2 探測繪圖

3.2.1 繪制曲線

第一步，添加一個圖片靜態(tài)控件，修改其屬性，在其選項框中復選Client edge和Modal frame兩項，創(chuàng)建好繪圖區(qū)域。

第二步，為繪圖按紐添加相應功能，只要點擊該按紐軟件就會在繪圖區(qū)域里面繪制出相應的圖形。通過ClassWizard選擇IDC_BUTDRAW為對象，選擇其單擊事件添加命令，然后點擊EDIT CODE編輯該命令。然后在MFC ClassWizard下，為對話框添加相關消息，如表1。

表1控件屬性

第三步，就是在繪圖區(qū)域里面繪制坐標軸，坐標軸的繪制實際上就是線段的繪制，使用繪制直線的函數(shù):

CPoint CDC::MoveTo(int x，int y);

BOOL CDC::LineTo(int xEnd，int yEnd);

上述函數(shù)實現(xiàn)的功能分別是:調整畫筆的起始坐標(即從哪個點開始畫線)和指定所畫線段的終點坐標(即在哪個點結束)，函數(shù)里面兩個變量分別對應點的橫坐標與縱坐標。

然后利用TextOut函數(shù)在繪圖區(qū)相應的位置輸出坐標軸的名稱以及原點的名稱，分別為S，I(對應于坐標和光強)和O點。

繪圖功能形成流程圖，如圖3所示:

圖3繪圖流程

3.2.2 清除區(qū)域

為了能夠實現(xiàn)實驗曲線的實時繪制，必須添加清除繪圖區(qū)域的功能，以實現(xiàn)衍射曲線的重繪功能。添加OnButclear函數(shù)，在函數(shù)中輸入如下代碼:

void CPage1::OnButclear()

{

InvalidateRect(CRect(0，0，330，330));

}

3.3 曲線模擬

為了能夠對比觀察實驗曲線和理想衍射曲線之間的異同，實現(xiàn)衍射曲線的自動模擬功能，采用GIF動畫的自動播放功能，提供一個直觀的畫面。

首先還是要在該界面上創(chuàng)建一個圖片控件(Picture Control)。在項目中插入文件:把PictureEx.h，PictureEx.cpp文件拷貝到項目文件夾下，在Add to Project的Files選項中選上PictureEx.h，PictureEx.cpp，Insert。從對話框控件中把Picture Control(圖片控件)拖入主對話框中，修改其屬性:ID:IDC_GIF，TYPE:Rectangle，其余接受缺省選項。再在ClassWiard中為IDF_GIF加入CSatic控制變量m_GifPic， 觀察GifDemoDlg.h中是否加上了#include \"PictureEx.h\"(由ClassWizard加入)。然后將CSatic m_GifPic更改成CPictureEx m_GifPic;

加載動畫文件:先將要加載的動畫文件放到 res 資源文件夾下，再將其Import進項目中，由于MFC只支持256BMP文件的圖片，因此要新建一個圖片類型:“GIF”，將已經(jīng)做好了的GIF文件放進去 ，并將其ID修改成:IDR_GIF1。

import(導入)GIF動畫的詳細過程:在ResourceView窗口中，單擊鼠標右鍵，在出現(xiàn)的環(huán)境菜單中選擇“import”命令，會出現(xiàn)“import resource”選擇文件對話框，文件類型選擇“所有文件”，open as 選項為\"auto\"，再選擇動畫文件所在目錄，選上要載入的動畫文件“模擬曲線.gif”，再單擊 import，由于gif動畫類型不是VC默認的文件類型，這時會出現(xiàn)\"custom resource type\"對話框，鍵入“GIF”，再單擊ok，然后修改其ID。

在CPage2::OnInitDialog()函數(shù)中加入如下代碼:

{…………………

// TODO: Add extra initialization here

if (m_GifPic.Load(MAKEINTRESOURCE(IDR_GIF1)，_T(\"Gif\")))

m_GifPic.Draw();

}

此時就可以在這個屬性頁上順利地添加GIF動畫了，其效果圖如圖4(以單縫夫瑯禾費衍射曲線為例)所示。

圖4模擬曲線

參考文獻

[1]史大椿著.光學測量與應用光學實驗.機械工業(yè)出版社，1992.

[2]楊枝靈，王開著.Visual C++ 數(shù)字圖像獲取處理及實踐應用.人民郵電出版社，2003.

[3]劉靜華，王永生著.最新VC++繪圖程序設計技巧與實例教程.科學出版社，2001.

[4]Bjarne Stroustrup著.The C++ Programming Language.裘宗燕，譯.機械工業(yè)出版社，2002.

[5]Chris H.Pappas William H.Maurray 著.Visual C++ 6參考大全.希望圖書創(chuàng)作室，2004.

[6]David J.Kruglinski著.Programming Visual C++ .潘愛民，王國印，譯.清華大學出版社，2001.