基于Solinst Levelogger3001水質(zhì)參數(shù)采集處理系統(tǒng)的研究

安宗強(qiáng)，徐志京

（上海海事大學(xué) 信息工程學(xué)院，上海 201306）

水資源的短缺已成為制約社會發(fā)展的障礙，對水資源的保護(hù)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)[1]，傳統(tǒng)的水質(zhì)采集方式已不再滿足人們對水資源保護(hù)的需求。隨著信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、集成技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)的發(fā)展，對水質(zhì)參數(shù)的采集處理也發(fā)生了革命性的變化[2]。文章利用MFC編程串口通信程序?qū)崿F(xiàn)Solinst Levelogger3001傳感器水質(zhì)參數(shù)的采集，對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并利用MSChart顯示所采集到的水質(zhì)參數(shù)曲線圖。通過對采集到的水質(zhì)參數(shù)信息進(jìn)行處理并顯示能夠?qū)崟r的掌握水質(zhì)的變化情況，為保護(hù)水資源提供有力的依據(jù)。利用對水質(zhì)參數(shù)設(shè)置的門限值可以在水質(zhì)變化時為用戶提供報警功能。

1 采集處理系統(tǒng)構(gòu)成

采集處理系統(tǒng)總體構(gòu)成圖如圖1所示 。

圖1 采集處理系統(tǒng)總體構(gòu)成示意圖Fig.1 Acquisition and processing system diagram of the overall composition

Solinst Levelogger3001傳感器是加拿大Solinst公司生產(chǎn)的水質(zhì)參數(shù)采集傳感器，采集的水質(zhì)參數(shù)有水位和水溫。氣壓計(jì)是測量采集水質(zhì)參數(shù)地點(diǎn)當(dāng)時的空氣壓強(qiáng)。RS232串口是主機(jī)部分讀取水質(zhì)參數(shù)信息和氣壓信息所用的串口。主機(jī)部分主要是發(fā)送讀取傳感器采集的水質(zhì)參數(shù)命令從傳感器獲得水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。傳感器是以十六進(jìn)制的形式返回參數(shù)值，主機(jī)在接收到這些數(shù)據(jù)后要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即把十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的ASCII字符串（便于用戶讀取）或者是對應(yīng)的十進(jìn)制字符串（便于以曲線的形式顯示）。把十六進(jìn)制處理成字符串后數(shù)據(jù)顯示部分還要從字符中提取出水質(zhì)參數(shù)值（其中包括水位和水溫），并對提取的水質(zhì)參數(shù)值利用MSChart的曲線方式顯示。主機(jī)通過設(shè)置門限值并判斷接收到的水質(zhì)參數(shù)是否超過該門限值，如果超過了門限值，那么警報部分就被啟動。

2 采集處理顯示軟件的設(shè)計(jì)

2.1 控件添加和界面設(shè)計(jì)

建立一個基于MFC對話框的程序，并利用控件向?qū)?gòu)建如主界面圖2對話框，其中串口設(shè)置子對話框如圖3所示。右擊對話框向?qū)υ捒蛑刑砑覯SComm控件[3]，在彈出的對話框中選擇Insert ActiveX control，從列表中選擇Microsoft Communications Control，vision 6.0。此時對話框上會出現(xiàn)一個像電話的圖標(biāo)（此圖標(biāo)在運(yùn)行時不會顯示）。以同樣的方法添加 Microsoft Chart Control 6.0[SP6]（OLEDB）[4]。

圖2 主界面Fig.2 Main interface

圖3 子界面Fig.3 Sub-interface

2.2 軟件設(shè)計(jì)流程

利用快捷鍵Ctrl+W打開MFC ClassWizard對話框并選擇Member Variables選項(xiàng)卡為控件添加變量。表1是軟件設(shè)計(jì)者為主要的控制添加的變量[5]。

2.3 參數(shù)設(shè)置

在進(jìn)行讀取水質(zhì)參數(shù)信息時要先對串口作初始化設(shè)置，其流程如串口設(shè)置流程圖4所示。傳感器連接串口的通信參數(shù)波特率為9 600、停止位為1、數(shù)據(jù)位為8、校驗(yàn)位為NONE。設(shè)置好串口通信參數(shù)和傳感器通信參數(shù)一致（如圖6所示）。連接傳感器到設(shè)置好的端口號（文章設(shè)置的端口號為端口號1）。讀取傳感器采集的水質(zhì)參數(shù)要利用MSComm控件，此時需要給該控件添加讀取水質(zhì)參數(shù)的函數(shù)，其讀取采集數(shù)據(jù)流程如圖5所示。

表1 對話中主要控件的變量設(shè)置Tab.1 M ain control in dialogue

圖4 串口設(shè)置流程圖Fig.4 Flow to set port

圖5 讀取采集數(shù)據(jù)流程圖Fig.5 Flow of the collection data reading

圖6 串口參數(shù)設(shè)置圖Fig.6 Serial port parameters design

2.4 數(shù)據(jù)采集與處理

根據(jù)傳感器通信協(xié)議發(fā)送讀取傳感器采集的水質(zhì)參數(shù)信息命令（一個a命令，一個b命令），其中a命令獲得水溫信息與水位信息的整數(shù)部分，b命令獲取水位信息的小數(shù)部分，發(fā)送命令格式為十六進(jìn)制。發(fā)送命令必須先發(fā)送a命令后發(fā)送b命令。表2是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者發(fā)送命令讀取傳感器采集水質(zhì)參數(shù)對應(yīng)的命令和返回值。

表2 讀取傳感器采集的水質(zhì)參數(shù)Tab.2 To read the collection data from sensor

發(fā)送命令a返回值中32.300為水溫值，89為水位值的整數(shù)部分。發(fā)送b命令采集到的數(shù)據(jù)為6 700 cm，即為水位的小數(shù)部分如圖7所示。對發(fā)送命令的控制流程如流程圖8所示。利用SetTimer（）函數(shù)調(diào)用OnTimer函數(shù)發(fā)送命令和讀取水質(zhì)參數(shù)信息。文章設(shè)置一秒鐘采集一次水質(zhì)數(shù)據(jù)信息，即 SetTimer（1，1 000，NULL）。 OnTimer（）函數(shù)主要是定時發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令并處理接收到的數(shù)據(jù)信息并以字符形式在顯示區(qū)顯示和以曲線的形式在MSChart控件區(qū)顯示[6]。對接收到的數(shù)據(jù)處理流程如流程圖9所示。水位實(shí)際值式（1）決定：

其中WL表示水位實(shí)際值，TWL表示測量水位值，TL表示氣壓值。氣壓值通過端口號2讀取。

圖7 發(fā)送區(qū)和接收區(qū)顯示圖Fig.7 Showing of sending areas and receiving areas

圖8 發(fā)送命令流程圖Fig.8 Flow chart of send the order

圖9 數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.9 Flow chart of data processing

3 顯示水質(zhì)參數(shù)采集結(jié)果

3.1 M SChart顯示傳感器采集水質(zhì)參數(shù)

處理好讀取到的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)后通過MSChart控件以曲線的形式顯示在屏幕上。利用語句m_Chart.GetDataGrid（）.SetData（inPos，1，wt，0）畫出水溫曲線圖，其值與第一 Y 坐標(biāo)軸相關(guān)聯(lián)。 利用語句 m_Chart.GetPlot（）.GetSeriesCollection（）.GetItem（2）.SetSecondaryAxis（TRUE）設(shè)置好水位曲線值與第二 Y 坐標(biāo)軸相關(guān)聯(lián)，m_Chart.GetDataGrid（）.SetData（inPos，2，wl，0）語句畫出水位曲線圖[6]。圖10是利用文章設(shè)計(jì)的程序以MSChart顯示水質(zhì)參數(shù)實(shí)時采集的結(jié)果曲線圖。圖中有規(guī)律的平滑線條代表水溫，數(shù)值對應(yīng)左邊第一Y坐標(biāo)軸。變化的曲線代表水位，數(shù)值對應(yīng)右邊第二Y坐標(biāo)軸。圖11是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者利用Solinst公司提供的軟件顯示水質(zhì)參數(shù)實(shí)時采集的結(jié)果曲線圖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者首先利用本系統(tǒng)顯示水質(zhì)參數(shù)實(shí)時采集的結(jié)果圖再利用Solinst公司的軟件顯示水質(zhì)參數(shù)實(shí)時采集的結(jié)果，由于兩次測量都是人為的把傳感器從水杯中慢慢的提起，由于兩次測量時存在著提起傳感器的速度不一樣，從而在實(shí)際觀察兩個系統(tǒng)顯示的結(jié)果有點(diǎn)區(qū)別，這是屬于正常情況。通過對比圖10顯示的結(jié)果和圖11顯示的結(jié)果得出系統(tǒng)設(shè)計(jì)者成功實(shí)時讀取了Solinst公司提供的傳感器采集的水質(zhì)參數(shù)。

圖10 MSChart顯示水質(zhì)參數(shù)信息圖Fig.10 Showing of using MSChart

圖11 Solinst公司系統(tǒng)顯示水質(zhì)參數(shù)信息圖Fig.11 Showing of using Solinst's system

3.2 警報功能設(shè)置

在主機(jī)部分設(shè)置好水位和水溫的門限值，當(dāng)讀取的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)超過對應(yīng)的門限值時系統(tǒng)就會啟動警報系統(tǒng)。由于篇幅的原因系統(tǒng)設(shè)計(jì)者就不闡述警報系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了突出當(dāng)水質(zhì)參數(shù)超出門限值能夠啟動報警系統(tǒng)這項(xiàng)功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)者設(shè)置了水位的最高值97.8 cm，最低值為80.51。水溫的最高值35°，最低值為20°。當(dāng)水位高于97.8 cm時系統(tǒng)就彈出水位過高對話框，如圖12所示。由圖可以看出當(dāng)水位高于97.8 cm時就啟動了報警對話框。當(dāng)水溫高于35°時就彈出水溫過高對話框，如圖13所示。由圖可以看出當(dāng)水溫高于35°時就啟動了報警對話框。

圖12 水位過高報警圖Fig.12 Alarm of high water level

圖13 水溫過高報警圖Fig.13 Alarm of high water temperature

4 結(jié)束語

利用MSComm控件成功實(shí)現(xiàn)了與水質(zhì)參數(shù)采集傳感器之間的通信和讀取傳感器采集的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。文章設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不但可以用于只可以采集水溫和水位的傳感器，同樣也可以用于多參數(shù)采集的傳感器。在未來的應(yīng)用中，在采集端讀取采集水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)后可以利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送該水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程控制中心，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程水質(zhì)參數(shù)在線監(jiān)測和報警功能[7-8]。

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