基于VC的多功能電力儀表上位機管理軟件

摘 要：為實現多功能電力儀表各項數據的實時檢測，方便用戶在一臺主機上對多個下位機進行查看和管理，現開發出一款上位機管理軟件。該軟件基于MFC平臺，利用MSCOMM通信控件，通過485總線與單片機進行通信。軟件將采集到的數據處理整合，在一個界面上同時顯示電壓、電流、功率、電能等多項數據，數據自動刷新。不同的下位機可選擇顯示，下位機的信號網絡、電壓變比、電流變比等參數可手動更改，軟件同時還集成了電能值一鍵清零的功能。該軟件使用簡便，傳送數據快速準確，現已投入市場運用。

關鍵詞：多功能電力儀表；上位機；MSCOMM控件；參數設置；電能清零

隨著科學技術的發展，對單一現場數據的采集與顯示已不能滿足人們的需求，特別是當網絡結點變多的時候，逐個對每個結點進行單一管理顯得十分困難，因此，數據的集中采集和智能管理已成為現代控制領域必然的發展方向。

現代化集中管理需要對現場數據進行統計、分析、制表、打印、繪圖等，同時，又要求對現場裝置進行實時控制，完成各種規定操作，達到集中管理的目的。加之單片機的計算能力有限，難以進行復雜的數據處理。因此在功能比較復雜的控制系統中，通常以PC機為上位機，單片機為下位機，由單片機完成數據的采集及對裝置的控制，而由上位機完成各種復雜的數據處理及對單片機的控制。

1 整體設計方案

本系統涉及上位機和下位機之間的通信，因此系統共包含三個部分：下位機—ATmega32單片機、總線和協議—485總線和Modbus通訊協議、上位機—MFC應用程序。系統設計框圖如下：

2 下位機簡介

下位機是ATmega32單片機，單片機接收上位機發來的指令，并根據要求向上位機傳送數據或者更改參數設置。

下位機設備有獨立的通信模塊，通過B0505與外部電路隔離，通信模塊留有RXD、TXD、A、B四個接口，RXD、TXD與單片機串行口連接，A、B與485總線連接，中間是獨立的轉換電路。

不同的下位機地址不同，全部掛在485總線上，上位機發送一條指令后，下位機首先判斷該指令的地址是否與本機相同，從而決定是否響應該指令；地址判斷通過后，下位機通過識別功能碼進行不同的操作。

2.1 通信模塊硬件電路

單片機通過串口發送數據，數據經過MAX485進行必要的電平轉換，之后進入485總線傳送，即上圖中的A、B端口。圖中的6N137和B0505分別起穩壓和隔離的作用，保證數據在轉換和發送的過程中不受其他模塊的干擾。

2.2 通信模塊程序流程圖

單片機預先將電壓、電流、功率、電能、電壓電流變比等數據存到自定義的緩沖區中，并定時刷新。每個下位機都有個特定的從機地址，當單片機接收到數據時，首先判斷從機地址，如果不相同不作任何響應，如果相同，下位機根據功能碼作出相應的響應。

3 485總線和Modbus協議簡介

主機和從機之間采用RS-485工業總線通信，RS-485電平傳輸更穩定，傳送距離更遠，主機與從機通過標準Modbus通信協議在RS-485總線上進行穩定的數據傳輸，在整個總線上最多可以接入255臺從機。

Modbus協議按主–從方式進行網絡通信，僅一個主設備查詢，其他從設備根據主設備查詢時提供的數據信息作出相應反應，。主設備可以單獨和每個從設備通信，也能以廣播方式與所有從設備通信。在Modbus協議中，主機查詢和從機回復的消息結構如圖3.1所示。查詢消息中的功能代碼告知被選中的從設備要執行何種功能，數據段包含了從設備執行該功能需要的附加信息。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內容是否正確的方法。

在從設備的回應消息中，功能碼是對查詢消息中功能代碼的回應，數據段包含從設備收集的數據。如果有錯誤發生，功能碼將指出是錯誤回應消息，同時數據段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域用于主設備確認消息內容是否可用。

4 VC上位機軟件

該軟件是基于對話框的MFC應用程序。對話框機制的應用程序，界面簡潔明了，用戶操作更為方便。上位機軟件程序流程圖如下：

軟件采用MSComm類，通過串口與單片機進行通信。MSComm是封裝好的串口通訊專用類，應用時，只需對相應的端口進行配置，便可靈活運用。

在此通信系統中，接收數據長度是不固定的，一幀數據最短7個字節，最長69個字節，當數據長度小于8字節時，數據接收正常，當數據長度大于8字節時，一幀數據被自動截為兩端，數據處理出錯。程序中，在Oncomm（）中斷服務程序的開頭部分加入了sleep（100），讓主程序在進入串口中斷后休眠100ms，等待所有數據接收完成再統一處理，解決了以上問題。

軟件主界面如下圖4.4所示：

如果軟件沒檢測到下位機設備或設備與當前選擇地址不相同，所有數據顯示0，同時參數設置鍵為不可操作狀態。

軟件正常工作時，如下圖4.5所示：

當檢測到設備時，參數設置鍵變為可操作狀態，同時下面的窗口中顯示各項電壓、電流，以及合相有功功率、合相有功電能，上圖中合相有功功率為2322.00w，如果功率大于9999w，該項自動調整為Kw為單位。

下圖4.6為參數設置窗口，通過該窗口可對設備進行電壓電流變比設定，電能清零等操作。

通過該窗口可對下位機配置參數進行修改，電能清零鍵會清除下位機累積電能，為防止誤操作，該鍵設置了“確定清零”彈出對話框，對操作進行二次確認。信號網絡是設置輸入設備的信號為三相四線或三相三線，電壓電流變比是設置采樣值與顯示值之間的變比。點確定鍵后，上位機將所有設置命令打包發送給下位機，下位機對響應的寄存器進行配置。

5 總結

本文介紹的多功能儀表上位機管理軟件，具有簡潔的人機對話窗口，同時在傳輸速度以及穩定性方面有明顯優勢，節省了大量的人力成本，實用性較強，目前該產品已被多家公司使用，與多功能儀表設備配套出售。當前，國家大力倡導節能減排，工業上對電量的檢測和管理必然會被更多人重視，多功能儀表的應用會越來越廣泛，因此該設計具有良好的市場前景。

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