摘要：分析了一個基于C8051單片機的生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)測系統(tǒng)軟件的設計原理和實現(xiàn)過程，同時給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及上、中、下位機軟件的詳細設計方法。
關鍵詞：環(huán)境參數(shù)；自動檢測；C8051；軟件設計

0 引言
    在實際生產(chǎn)中各個工藝的溫濕度都有相應的標準，要對生產(chǎn)過程的環(huán)境溫濕度進行嚴格控制，必須首先要精確測試。作者參加的一個實際項目主要是根據(jù)生產(chǎn)的實際情況和要求，研制生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入運行后，極大地提高了產(chǎn)房溫濕度測試精度和自動化程度，大大減輕了工人的勞動強度，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了保證。

1 系統(tǒng)概述
1．1 系統(tǒng)的技術指標及功能
    本文介紹的生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術指標及功能如下：
    (1)溫濕度測試點數(shù)：4個車間，每個車間6～10點；
    (2)測試范圍及精度：溫度：0～80℃，精度：+0 5℃；濕度：0％～100％，精度：+5％RH；
    (3)顯示方式：各車間內(nèi)和主機房內(nèi)分別循環(huán)顯示；
    (4)通訊距離：車間和主機房之間的通訊距離不超過700 m；
    (5)數(shù)據(jù)記錄：每過20分鐘主機房內(nèi)計算機記錄一次，一晝夜存盤一次；
    (6)測量方式：各車間參數(shù)巡回監(jiān)測，主機每過20分鐘向各車間采集數(shù)據(jù)一次；
    (7)報警處理：對昕監(jiān)測參數(shù)進行超限判斷，如超限，給出聲關報警；
    (8)打印功能：可隨時打印，也可整日打印。
1．2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理
    系統(tǒng)采用分散式三級系統(tǒng)方案，即下位機、中位機以及上位機。下位機主要是每個車間內(nèi)的數(shù)據(jù)采集單元，用于本車間內(nèi)參數(shù)采集及顯示，同時還將測量結(jié)果傳輸?shù)街鳈C房；中位機則土要負責從各下位機獲取數(shù)據(jù)，進行綜合顯示，數(shù)據(jù)超限判斷，報警，最近24小時數(shù)據(jù)保存等；上位機由普通x86微機承擔，主要用于查詢數(shù)據(jù)或?qū)y量數(shù)據(jù)定時存盤以及打印等。

    整個系統(tǒng)由傳感器、下位機、中位機和上位機組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，整個系統(tǒng)的工作原理框圖如圖2所示。由圖可見，各車間的溫濕度參數(shù)經(jīng)各自的傳感器變換成電流傳送給各自的下位機，每臺下位機對本車間內(nèi)的溫濕度參數(shù)進行循環(huán)采集、處理、顯示，當中位機尋址到該下位機時，該下位機通過電流環(huán)串行通訊方式傳輸給中位機。中位機與下位機是主從關系，中位機采用主動尋址方式收集各個下位機采集到的數(shù)據(jù)。上位機與中位機也是主從關系，當上位機需要中位機的數(shù)據(jù)時，上位機將通過并行口得到中位機匯總好的測試數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)上位機軟件設計
2．1 軟件功能
    系統(tǒng)上位機軟件主要用于實現(xiàn)5項功能。
    (1)查詢功能
    查詢當前時刻前24小時內(nèi)溫濕度的測量數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)，以及當前時刻的溫濕度測量數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)；
    (2)存盤功能
    將24小時內(nèi)的測量數(shù)據(jù)和報警信息存盤，以備將來查詢；
    (3)顯示和打印功能
    通過系統(tǒng)隨時顯示和打印歷史測量數(shù)據(jù)；
    (4)修改功能
    可修改上位機系統(tǒng)時間和中位機內(nèi)的時間、傳感器好壞標志、報警上下限，以及下位機重新設置信息；
    (5)曲線和報表生成功能
    系統(tǒng)可將24小時的數(shù)據(jù)自動生成曲線和報表。
2. 2 軟件組成
    上位機軟件用C語言編寫，由三個源程序模塊y-high.c，y-common．c，y-menu．c組成。其中y-high．c為主程序模塊，y-common．c是大量子函數(shù)的集合，y-menu．c是人機界面函數(shù)的集合。它們?nèi)咧g的相互關系如圖3所示。

2．3 上位機軟件主程序流程圖
    上位機軟件采用子上而下的模塊設計思想，從功能模塊的劃分開始，逐級細化。其主程序流程圖如圖4所示。

3 中位機軟件設計
3．1 軟件功能
    系統(tǒng)中位機軟件主要應實現(xiàn)的功能如下：
    (1)定時讀取各下位機的測試數(shù)據(jù)(20分鐘一次)；
    (2)監(jiān)測按鍵，當有鍵按下時，CPU做出相應處理；
    (3)循環(huán)顯示各車間的溫濕度測試數(shù)據(jù)；
    (4)定時顯示報警信息；
    (5)及時響應上位機的通訊信號。
    根據(jù)用戶要求，設計時可選擇功能3作為主程序部分：功能4、5由系統(tǒng)中斷服務子程序完成；功能1、2由主程序的兩個子程序完成。
3．2 主程序
    系統(tǒng)中位機的主程序流程圖如圖5所示。中位機每過20分鐘讀取各下位機數(shù)據(jù)一次，中位機巡回顯示四個車間的溫濕度，每個車間有6個溫度傳感器。

3．3 通訊程序
3．3．1 中位機與上位機的通訊程序
    中位機和上位機的通訊協(xié)議是上位機與中位機的并行通訊采取主從關系的通訊方式，當上位機向中位機傳輸數(shù)據(jù)時，上位機采用查詢方式，中位機采用中斷方式；當中位機向上位機傳輸數(shù)據(jù)時，中位機和上位機均采用查詢方式。
    在中位機與上位機的通訊服務程序中，中位機的并行通訊中斷子程序如圖6所示。

3．3．2 中位機與下位機的通訊程序
    系統(tǒng)中的中位機與下位機的串行多機通訊協(xié)議約定如下：
    系統(tǒng)中下位機容量為8臺，地址分配為01H～08H；地址FFH是對所有下位都起作用的控制命令，命令各下位機恢復SM2=1的狀態(tài)；制定中位機的控制命令代碼，代碼按00H，01H，02H，03H順序設置，其它均為非法代碼。
    通訊服務程序中的中位機串行通訊程序流程如圖7所示。
    其中的中位機工作寄存器設定為：
    R5：從機地址；R6：命令
 
4 下位機軟件設計
4．1 軟件功能
    系統(tǒng)下位機軟件所要實現(xiàn)的功能有：①循環(huán)采集最多24路環(huán)境溫濕度參數(shù)；②進行軟件濾波；③實現(xiàn)本車間數(shù)據(jù)的循環(huán)顯示；④實時響應中位機的通訊要求。
4．2 軟件設計
    系統(tǒng)下位機的主程序流程圖如圖8所示。

    系統(tǒng)下位機的功能主要是循環(huán)采集和顯示車間內(nèi)的各點溫濕度參數(shù)值。一般情況下，下位機采用中斷方式與中位機進行數(shù)據(jù)傳輸。

5 結(jié)語
    本文從系統(tǒng)架構(gòu)方面綜合考慮了生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動檢測系統(tǒng)的適用性、可靠性、可維護性、擴充性、操作簡便性，深入分析了生產(chǎn)用環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)測系統(tǒng)上、中、下位機的軟件設計與實現(xiàn)過程。系統(tǒng)使用證明，該系統(tǒng)在實際運行中效益良好。