C++Builder编程实现IXS系列X射线光机的控制

刘龙　郝萌　吴庆星　黄宁

摘要：针对VJ Technologies公司IXS系列X射线光机，分析其RS232接口，使用C++ Builder编程实现了对光机的控制。其中，串口通信采用了MSCOMM控件，串口信息读取则采用了多线程。根据通信协议，要求上位机和X射线光机每750ms内要通信一次，因此采用C++类实现和封装了上述内容和协议。通过类成员函数可以设置光机工作电压和电流，控制光机的启停，读取和解码光机的运行状态和故障信息，完成每750ms的Watch dog通信。此外，类实现方式可方便地创建多个实例，实现对多台光机的控制，从应用的结果看，效果良好。

关键词：C++Builder；X射线光机；RS232；串口通信；MSCOMM

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）01-0060-03

Software Implementation for Controlling IXS Series X-ray Tube Using C++ Builder

LIU Long，HAO Meng，WU Qing-xing， HUANG Ning

（1.Ministry of Education Key Laboratory of Radiation Physics of Institute of Nuclear Science and Technology of Sichuan University，Chengdu 610064， China）

Abstract： In this paper， C++ Builder platform，MSCOMM ActiveX Control and multithread programming are used， to communicate with IXS series X-ray generator of VJ Technologies company. The wrapped C++ class encapsulates the MSCOMM Control and protocol， can setup the voltage， current， open and close the x-ray generator， read and decode the status and error message from the generator， the watch dog timer per 750ms is implemented too. Furthermore， the computer can control multi x-ray generator easily， according to the result of practice， the effect of this design is good.

Key words： C++Builder； ray generator； RS232； serial communication； MSCOMM

X射線的产生相对简单容易，由于其能够穿透物质，可以通过测量成像的方法得到物质内部的信息，因此广泛应用在安检、探伤、医疗等领域[1]。X射线光机是产生X射线的常用设备，目前的商用X射线光机功能已非常完善，不仅可以控制光机的开停，还可以在线设置能量和束流的大小。

商业X射线光机大都带有操作和控制软件，其作用一般用于光机诊断和调试。由于光机提供的操作程序是独立的执行程序和界面，功能单一，不能和主应用程序集成，使用起来很不方便。例如，在安检应用中，当用户按“检测”按钮时需要同时启动光机、皮带电机、数据采集，而不能让用户在三个程序中分别去操作，那样很麻烦，而且时间不统一。因此，在实际应用中，需要开发光机的通信接口模块，在主程序中采用通信接口实现对光机的控制。

1 IXS系列X射线光机

IXS是VJ Technologies公司的X-Ray Generator系列产品，其技术在国际上具有领先优势，其光机运行稳定、可靠，输出电流和电压可以根据需要进行调节，并且对过流、过压和温度过高等现象具有保护措施[2]。IXS系列X射线光机自带有控制器（Controller），上位机可以通过控制器的RS232接口，获取光机的状态，从而控制光机的运行，达到实现与应用的紧密耦合。 图1为扇形束束流的光机实物图[2]，图中右下角为光机控制器。

IXS光机的RS232协议默认通信参数为“9600，N，8，1”，没有使用硬件握手和软件握手，硬件连接只需要RXD，TXD，GND三根信号线，软件实现也比较简单[3]。

IXS对信息包采用了ASCII编码，进行了简单的封装，所有的命令和报告都以开始，结束，例如：

CMDARG

CMD

RPT

其中，为开始符号（0x02），为结束符号（0x0d），CMD、ARG和RPT分别代表ASCII编码的命令、参数和报告。IXS的部分命令见表 1：

从表1可看出，光机控制器收到上位机信息后会发生响应，上位机读取响应信息，即可知道光机的运行状态。例如，发送‘MON命令，可得到目前的电压、电流、温度、灯丝状态等编码信息。

如果操作不当，X射线会造成辐射损伤，为保证安全，IXS光机采用了看门狗机制，即控制器在收到上位机的命令后，会启动看门狗计时器（Watch dog timer），若在接下来的750ms内没有收到新命令和消息，控制器会自动关闭电压和电流。所以，为确保X射线光机正常安全运行，上位机必须在750ms内和光机通信一次，当没有其他命令时，通常定时发送WDTE命令。这样，当通信异常，或上位机出现故障，甚至上位机断电时，光机也会在750ms内自动关闭，避免事故的发生。

图2为正常使用时，上位机和光机的交互图，上位机设置光机的电压和电流后，打开光机，并在750ms内重复发送看门狗信号，维持光机的开状态，使用结束后关闭光机，使用期间需要读取和解析光机的返回信息，也可以发送“MON”命令主动查询光机的状态。

2 软件设计实现

要实现与X射线光机之间的通信，软件上需要匹配操作的串口硬件，实现对串口的双向读写，同时还要实现光机的通信协议，按协议要求发送和解析命令[4]。

C++ Builder具有丰富的VCL控件库，可高效开发界面，对C++语言和COM技术的支持也很强大，因此我们选用了C++ Builder作为开发平台[4-10]。在C++Builder中可以安装MSCOMM ActiveX控件，实现对RS232串口的控制，这样就可以不讨论RS232通信的底层实现，而把软件重点放在协议的解析和实现上[5-7]。

我们在C++ Builder中定义了TVJXRay类，用于封装MSCOMM控件和光机通信协议。其类设计见图3。

从图3可以看出，TVJXRay类中持有MSCOMM控件的指针，因此可以在TVJXRay中对串口进行操作，TVJXRay类对象在TMainForm的OnCreate（）函数中被创建和初始化，通过其构造函数把MSCOMM控件指针传递给了TVJXRay对象。

当然，要在TVJXRay类中创建MSCOMM控件的实例也是可以的，只是单独编写代码创建COM控件比较麻烦，我们采用了VCL的控件管理方式，在主窗體中自动创建控件[6]。

从图3还可看到，TVJXRay类派生自TThread类，这是由于程序需要监测串口，为了使串口操作不占用主线程，采用了多线程的方式，需要对Execute（）函数进行重载，主要的任务是解析控制器发来的命令，以及每750ms内重置看门狗通信计时器。Execute（）函数的部分实现代码如下：

void __fastcall TVJXray：：Execute（）

{AnsiString RBuffer，RcvText；

if（！pcomm→PortOpen） return；

RBuffer=pcomm→Input；

RcvText=""；

do

{if（pcomm→InBufferCount）

{ RBuffer=pcomm→Input；

RcvText+=RBuffer；

Response（RcvText）； //Response Process

}

if（m_RayOn）

{ pcomm→Output=WDTE；

Sleep（600）； //<750ms

}

Sleep（10）；

}while（！Terminated）；

}

虽然也可以使用MSCOMM控件的OnComm（）事件，接收和处理串口的信息，但是那样的话必须在TMainForm中去处理，增加了TVJXRay类和TMainForm类的耦合，对增加的每个串口都要分别处理OnComm（）消息，不利于多串口的开发。

由于采用了C++类实现方式，封装了光机的通信协议，当应用中有多个这样的光机时，只需要创建一个新的TVJXRay（）实例就可以了，图3中就创建了2个实例，即一台上位机可以控制多台光机同时工作。

运行结果

C++ Builder不仅可以快速做出漂亮的界面，而且支持COM控件和多线程机制，COM控件可以在设计时拖放到主界面上，实现控件的设置和初始化；封装的TThread类也很方便，重载Execute（）函数就实现了多线程，因此，C++ Builder是一个不错的基于C++语言的快速开发平台[9-10]。

通过MSCOMM控件，实现了串口的通信，继承C++ Builder的Thread类，实现了多线程，同时，采用类封装了IXS系列光机控制器的通信协议，在应用程序中实现了对IXS系列的射线光机的控制，可以监测其运行状态，实现看门狗通信，同时也支持对多台光机光机的控制，从实际运行的结果看，效果良好。

参考文献：

[1] 屠耀元. 射线检测技术[M]. 上海： 上海世界图书出版社， 1997.

[2] IXS系列X射线光机[EB/OL]. [2014-10-24]. www.vjt.com.

[3] 何小海，严华. 微机原理与接口技术[M]. 北京： 科学出版社， 2006.

[4] 高迎慧. C++Builder实现RS-232串口通信的研究[J]. 仪器仪表用户， 2009（6）： 37-38.

[5] 张志明. MSCOMM ActiveX控件在网络监测系统串行通信编程中的应用[J]. 电子质量， 2002（10）： 25-30.

[6] 李海燕. 基于ActiveX控件的串口通信技术[J]. 电脑与电信， 2007（12）： 58-60.

[7] Jan Axleson.串行端口大全[M]. 北京：中国电力出版社，2001.

[8] Erich Gamma， etc. Design Patterns： Elements of Reusable Object-Oriented Software[M]. Pearson education， Inc. 2002.

[9] 范逸之. C++ Builder与RS-232串行通信控制[M]. 北京： 清华大学出版社， 2002.

[10] 余明兴，吴明哲，黄世阳等. Borland C++Builder6程序设计经典[M] . 北京： 科学出版社， 2004.