上位機設計技術剖析

王奉武（上海國際主題樂園有限公司,上海 201205）

上位機設計技術剖析

王奉武（上海國際主題樂園有限公司,上海 201205）

上位機的主要功能就是為用戶提供較好的人機界面，將電表中的數據進行處理、生成測量曲線，并且以報表的形式進行呈現。本文對上位機的基本原理進行了初步介紹。并分別從上位機功能實現的以下幾個方面剖析了上位機設計的相關內容：電表結構設計、用戶配置界面設計、備份數據的處理設計以及軟件校表的設計。

上位機；設計技術；工作原理；電表結構

0 引言

近年來，計算機技術得到高速發展，計算機系統也得到了廣泛的應用，計算機網絡間的通訊也顯得越來越為重要。在單片機系統的實際應用過程中，通常會遇到數據交換的情況，特別是在進行通訊的過程中，上位機直接進行數據交換時，通常需從PC端接收控制信息，或者直接將數據傳遞到PC，該接口采用異步串行的傳輸方式，而上位機一般具有COM異步串行通信端口，采用RS-232標準設計。因此，設計上位機時可以借助COM和UART兩個端口進行通訊，進而實現數據的傳遞。

1 上位機系統介紹

上位機的主要功能就是為用戶提供較好的人機交流界面，對電表中的數據進行簡單的處理，生成測量曲線，并且以報表的形式呈現，這極大地方便了用戶對數據的查看。同時，上位機還能根據自身的配置管理功能實現電表的個性化配置和所有信息的設置，這也方便了用戶在PC機里設置個性化模式。上位機能夠結合電表實現軟件的校表功能，這極大地減少了硬件校表的繁瑣過程。開發上位機運行程序的常用工具有Java，C++和C#等，上位機開發和運行程序的環境通常為個人計算機，這為用戶的安裝使用方面提供了方便。利用MFC提供的函數庫，采用C++語言進行上位機程序開發，可以實現上位機強大的繪圖功能和文件處理能力。上位機主體結構較為簡單，數據通信、數據視圖和校表數據三個內容能設計到不同的獨立進程中，而且互不干擾。

2 上位機設計

2.1 上位機電表的接口設計

上位機主要完成的功能包括下發配置的消息和各種命令，上傳備份數據等。電表和上位機之間使用USB接口，并且串口數據使用UARK進行實際通訊，兩者有自己獨特定義的通訊協議。電表和上位機通訊方式通常有“命令-響應”、“查詢-應答-處理-命令”兩種。“命令-響應”通訊方式是電表和上位機之間常用的通訊方式，而“查詢-應答-處理-命令”通訊方式則需要通過電表進行數據讀取或者通過上位機在本地存取相關的信息，適用于電表和上位機兩者相互交換信息數據的情況。

2.2 用戶配置界面設計

良好的人機操作界面是上位機設計的關鍵，人機操作界面的主要功能就是通過界面的配置來實現一定的定制業務。同現在的電腦系統類似，當上位機上有相關接口（如USB）插入時，上位機就會顯示發現新的硬件，并且自動安裝預先定義好的USB驅動程序。新的驅動已經安裝好的標志是會在上位機設備管理器中發現PORT_3符號。USB驅動安裝好后，電表就會收到上位機發出的狀態請求信息，這個信息被稱為握手信息（STATUS_FRAM），信息主要請求電表的序列號（Device Id）、備份文件版本（Log Data Version）、硬件版本號（Firmware version）、硬件 ID、總空間（Total size）和已被使用的空間（Flash space Used）等，并在消息體中將上位機所需的以上信息帶回。

上位機用戶界面設計中，用戶可以配置的信息一共可以分成四大類，分別為參數設置（Setting）、電表操作的配置（Operate）、測量項的配置（Measure）和電表顯示的配置（Display），并且不同模式下具有不同的顯示項內容，例如在進行模擬設計時，如果用戶不關心Energy模式下的季度用電量，在界面設計中就不用勾選這個選項，而后將該信息發送到電表中。在進行用戶界面設計時參數設計還有不同于其他業務配置的地方，除了能夠給用戶提供Check Box控件外，還可以提供更為方便的列表控制和輸入文本框方面的設計，這就給用戶設計的相關參數帶來很大的靈活性，圖1就是參數設計的相關界面。在進行用戶配置界面設計的時候，Upload 按鍵的主要功能是將獲取的數據上傳至上位機的系統中，此外，該按鍵還有Upload Log Data和Upload Confi gure兩個下拉菜單，其中Upload Log Data菜單的主要功能是上傳備份的數據，Upload Log Data功能是取出配置的信息，上報給上位機，并將信息以pmcx文件格式上傳到指定的目錄。

圖1 上位機參數設計界面

2.3 備份數據處理設計

上位機最重要的功能之一就是將備份數據以圖表的形式反映給用戶。在進行設計時，用戶可以通過調用圖形設備接口，進行函數和設備的調整，并且通過調用不同的設備驅動程序，來給出不同的設備制圖指令，這樣就實現了設備的直接關聯，避免了用戶對硬件進行直接的操作，數據的處理和上位機的通訊接口實現了通訊功能

上的相互獨立，并且可以實現設計獨立的進程。通常情況下，數據被處理成3種方式呈現給用戶，分別為測量參量曲線圖、備份數據表和電費報表。在智能電表里面能夠進行數據的直接讀取，這種數據是一種中間的數據，并且為參數曲線圖提供數據。電費報表數據主要參照電力公司提供給居民的電力清單進行設計，數據的信息包括：用電器的名稱、電表的序列號S/N、峰谷時間及費率、備份數據的起始和結束時間等。上位機能夠通過這些數據自行對每天、每個月所產生的電能和消耗的費用進行估算，并提供給用戶整體的評估數據。在進行數據備份的時候，智能電表對電壓、電流參量的計算一般是1s執行一次，因此用戶進行數據備份的最小間隙為1s，上位機備份數據最大提供30天的存儲空間。用戶可以將鼠標置于相應的位置，來查看每個數據點的具體數值，并且可以調整顯示圖表的長短和顯示時間，這極大地方便了用戶對數據的分析。

3 結語

本文概述了上位機的系統，分別從電表結構設計、用戶配置界面設計、備份數據的處理設計等幾個方面，介紹了上位機設計的相關內容。上位機和嵌入部分的相關接口設計是上位機設計的基礎工作，也是實現上位機相關功能的基礎。其中備份數據處理模塊和個性化配置模塊能夠開啟不同的進程，這大大方便了用戶的操作體驗，提高了相關應用程序的設計性能。

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