一种基于组态软件的光照强度检测装置设计

白明松 李雨晴 银亮亮 刘小峰 曹 煜

(吉林建筑大学,吉林 长春130118)

随着社会发展的不断进步，人们对照明设备的质量要求也越来越严格，社会对光照度的标定、对比和检测的方法也更加完善。目前光照监测系统广泛应用于工业生产中，其对光照强度检测系统的要求极高。同时在林业、农业以及日常生活领域中也发挥着巨大的作用，比如实时监测光照对农作物光合作用的影响，对在医院里手术室的光源严格限制频闪与光照强度，避免对病人与医生带来不适。随着生产力的发展和社会的不断进步，监测系统的精度也在不断提高，硬件设备在不断更新，之前存在基于单片机或PLC的光照强度监测系统，本文提出一种基于组态软件的光照强度检测装置的设计。

1 光照传感器简介

本设计选用的光照传感器为建大仁科RS-GZ-N01-2型光照传感器，该变送器是一款光精度感光变送器，计量单位为Lux,设备采用壁挂式安装，外壳防水等级高。采用RS485总线通信，使用ModbusRTU总线通信协议，可自行调节波特率以及需检测各种设备的地址，最远通信距离可达两千米，产品使用24V直流电源进行供电，应用于种植业、园艺业、设备生产线等需要光照度监测的场合。信息传递方式采用异步通讯方式，上位机与下位机采用一主多从的方式，波特率为9600b/s，发送报文格式为起始位1位，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验位。（表1）

表1 光照传感器部分参数

2 平台介绍

2.1 系统硬件平台介绍

本方案采用MCGS（昆仑通泰）组态软件。利用Modbus-RTU协议，触摸屏组态软件同时加入了网络功能，支持RS485串口通信，可直接检测所有生产信息。

以TPC1061Ti型显示器为上位机，光照度传感器为下位机，触摸屏通过RS-232总线经RS-485转换器读取传感器中的数据。

2.2 MCGS组态软件介绍

MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、运行策略和实时数据库五个部分组成。首先在设备窗口中选择所需要测量的硬件设备，但并不是所有的设备原始软件中都有其驱动程序。没有驱动程序的设备将其对应的文件拷贝至特定文件夹下，之后在设备工具箱中选取即可，形成对该设备的组态。下一步则开始编辑各类用户窗口，窗口中可以编辑各类动画组态。双击各个构件可以进入属性设置，调节构件的外观、刻度、标注以及可见度。实时数据库中则包含工程中需要用到的所有数据量。运行策略为人机交互界面下每个按钮按下时运行的程序。最后在主控窗口中对主界面进行设定以及对不同用户设定其权限。

3 光照强度测量系统设计

3.1 硬件连接

先将电脑连接一个RS-232转RS-485接口，将232电平转换为485电平，将多个建大仁科的RS型光照传感器并联，所有传感器的电源线接在24V直流电源的V-和V+上。

3.2 设定设备窗口

在设备窗口的设备工具箱中添加通用串口父设备以及莫迪康ModbusRTU。

具体设置如下：

（1）设定串口端口号为COMX(此由电脑端口决定)。

（2）一帧报文波特率设置为9600b/s，数据位位数为8位，停止位位数为1，无奇偶校验位。

（3）在ModbusRTU设备中设定好需要采用的数据通道。

3.3 设计用户窗口和实时数据库

用户设计窗口中允许用户自行调节串口号、波特率、数据位、停止位以及校验位，按下发送指令按钮来采集当前环境下的光照强度。由此数据库中需要设定的变量有串口波特率、串口号、串口数据位、串口奇偶校验位、串口停止位，中间临时存储变量，光照强度高位字节与低位字节，以及对发送字节指令时出错标志进行计数。

3.4 编写运行策略

除了系统中默认的启动、退出和循环策略，还需编写设定串口参数策略以及向光照传感器发送指令读取示数的策略。

设定串口参数策略包括SetBaudRate(设定波特率),SetDatabit(设定数据位),SetStopbit(设定停止位),SetParitybit(设定校验位),这些数据直接从面板上由用户输入。发送策略中主要函数为!WriteSerial(Parameter1,Parameter2)，函数意义为向串口写入一个字节，例如!WriteSerial(1,1)，则需要向地址1写入一个16进制的字节01。由于ModbusRTU的发送报文为8个字节组成，则需要向串口连续发送8个字节，校验码策略可自行创建，通过计算将高低CRC校验码字直接导入需要发送的最后2个字节。之后延时一段时间，等待下位机处理完数据后，参考本光照传感器说明书，第3和第4位为光照强度的高低字节数据，先对读取的字节个数进行计数，之后利用!ReadSerial(Address)函数将当前字节读取出来。当读到光照强度数据时将其提取出，由于读取的是十六进制的数据，还需编写计算公式将其转换为十进制数。

3.5 主控窗口设计

主控窗口中可进行用户窗口管理。

整个系统的测试流程为：首先进行串口初始化设定，之后按下设置串口参数按钮，根据用户界面所设定的条件来读取光照传感器数值，最后将光照度数据反馈到人机交互界面。

4 实验流程

利用方形USB接口将电脑与触摸屏连接，将编写好的工程通过MCGS软件下载到触摸屏中，串口编号固定为1，通过触摸屏输入波特率、数据位、停止位和校验位位数，之后点击设置串口参数按钮，便可读取当前环境下光照强度。各设备连接框图如图1所示。

图1 各设备连接框图

将光照传感器放在完全黑暗、夜晚实验室正常光照与手电筒直接照射以上三种环境中，光照强度如表2所示。

表2 触摸屏用户操作界面

5 结论

本文针对实际需求设计了一款基于组态软件的光照强度远程检测装置。运用MCGS嵌入版组态软件进行设备设置、用户操作界面设计、实时数据库的建立以及编写运行策略程序，实现用户在远程操控屏幕的情况下来进行传感器数据的读写。此系统将明显提高当下的工作效率，在人机交互界面中，管理人员在屏幕操作中便可知道整个系统各个部分的工作状态。随着计算机技术的发展以及数字工业化程度的加深，有望实现在更多领域中得到发展和推广。