計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真開發(fā)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建與教學(xué)應(yīng)用研究

孫 冰,汪文彬,馬玉春

(瓊州學(xué)院 海南省嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南 三亞 572022)

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計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真開發(fā)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建與教學(xué)應(yīng)用研究

孫 冰,汪文彬,馬玉春

(瓊州學(xué)院 海南省嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南 三亞 572022)

提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)應(yīng)用型人才是當(dāng)前我國(guó)高等教育辦學(xué)的主要目標(biāo)之一.本文以通用計(jì)算機(jī)房為載體,結(jié)合自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模塊仿真軟件搭建可裁剪的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺(tái),綜合了計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言、.NET程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等專業(yè)平臺(tái)課的內(nèi)容,將各種理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的項(xiàng)目中,從不同的角度實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù),強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合,在不增加課時(shí)的情況下,使得學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提高.

計(jì)算機(jī)監(jiān)控;RS-485;數(shù)據(jù)處理;教學(xué)應(yīng)用

0 引言

《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》指出,職業(yè)教育要服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人的全面發(fā)展,推動(dòng)專業(yè)設(shè)置與產(chǎn)業(yè)需求對(duì)接,課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接,教學(xué)過(guò)程與生產(chǎn)過(guò)程對(duì)接,畢業(yè)證書與職業(yè)資格證書對(duì)接,職業(yè)教育與終身學(xué)習(xí)對(duì)接.重點(diǎn)提高青年就業(yè)能力.要大力宣傳高素質(zhì)勞動(dòng)者和技術(shù)技能人才的先進(jìn)事跡和重要貢獻(xiàn),引導(dǎo)全社會(huì)確立尊重勞動(dòng)、尊重知識(shí)、尊重技術(shù)、尊重創(chuàng)新的觀念,促進(jìn)形成“崇尚一技之長(zhǎng)、不唯學(xué)歷憑能力”的社會(huì)氛圍,提高職業(yè)教育社會(huì)影響力和吸引力.擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源,激發(fā)學(xué)校發(fā)展活力,促進(jìn)職業(yè)教育與社會(huì)需求緊密對(duì)接.支持一批本科高等學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展為應(yīng)用技術(shù)類型高等學(xué)校[1].

教育部新辦本科院校合格評(píng)估方案中要求教師隊(duì)伍中碩士、博士比例大于50%,這在目前我國(guó)每年碩士、博士畢業(yè)生大量增加的情況下不難做到.然而,比學(xué)歷更重要、也更難解決的是教師的實(shí)踐經(jīng)歷和能力.現(xiàn)在的青年教師,無(wú)論是碩士還是博士,都普遍缺少實(shí)踐經(jīng)歷,而光靠書本知識(shí)是不可能培養(yǎng)出高質(zhì)量應(yīng)用型人才的.所以新建本科院校的教師隊(duì)伍建設(shè),不僅要追求高學(xué)歷,更要追求“雙師型”,一定要通過(guò)多種渠道,盡快為中青年教師補(bǔ)上實(shí)踐經(jīng)歷這一課,使更多的教師真正成為“雙師型”[2].

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)軟件、硬件和信息通信系統(tǒng),綜合了計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識(shí)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、.NET程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)接口、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、移動(dòng)通信等知識(shí),適用專業(yè)廣,而且,這些知識(shí)的獲取,其時(shí)間跨度大,因而,對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)學(xué)習(xí),可以貫穿于計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的整個(gè)學(xué)制,融入各門具體的課程,使得學(xué)生學(xué)有所用,可以有效提高學(xué)習(xí)興趣,并使得他們?cè)诋厴I(yè)時(shí)即可獲得工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn).跟教育部合格評(píng)估的要求“提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)應(yīng)用型人才”不謀而合.而且,任課教師通過(guò)研究和實(shí)際研發(fā)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),可以有效成為雙師型教師.

本文以現(xiàn)有通用計(jì)算機(jī)房為基礎(chǔ),通過(guò)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的仿真軟件搭建可裁剪的仿真計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái),并提供軟件開發(fā)包和測(cè)試工具,除計(jì)算機(jī)外無(wú)需任何設(shè)備成本即可創(chuàng)建仿真開發(fā)實(shí)驗(yàn)室,用于行業(yè)技能培訓(xùn)和綜合知識(shí)的實(shí)踐.

1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)與主要技術(shù)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)為主體,加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象共同構(gòu)成的整體.在這個(gè)系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)直接參與被監(jiān)控對(duì)象的檢測(cè)、監(jiān)督和控制.檢測(cè)主要是通過(guò)傳感器和相應(yīng)的輸入模塊來(lái)取得被監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)數(shù)據(jù),監(jiān)督主要是對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后給操作員提供手動(dòng)操作的參考,控制則是手動(dòng)或按照一定的策略自動(dòng)地對(duì)被監(jiān)控對(duì)象執(zhí)行相應(yīng)的操作[3].

工業(yè)控制總線RS-485在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用較多,因?yàn)檫@種總線結(jié)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)方便,簡(jiǎn)單可靠,傳輸距離可達(dá)1200米,文獻(xiàn)[4]中的井下多級(jí)機(jī)站通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)就采用了RS-485總線.隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,采用網(wǎng)絡(luò)接口RJ-45的模塊逐漸增多.監(jiān)控用的計(jì)算機(jī)一般稱為主控機(jī)(或上位機(jī)),各種檢測(cè)與控制模塊或嵌入式系統(tǒng)一般稱為受控機(jī)(或下位機(jī)).

主控機(jī)軟件一般采用可視化高級(jí)語(yǔ)言(如.NET)進(jìn)行開發(fā)；受控機(jī)軟件沒(méi)有軟件界面,僅實(shí)現(xiàn)相關(guān)的邏輯功能,一般采用C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和梯形圖等進(jìn)行開發(fā),通過(guò)調(diào)試后,再下載到受控機(jī)系統(tǒng)中.主控機(jī)可通過(guò)RS-485或者RJ-45接口與受控機(jī)通信,進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢與命令的發(fā)送.各種控制策略、設(shè)備的狀態(tài)等的保存,都需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù).有時(shí),為了使用方便或者架設(shè)有線比較困難,還需要使用無(wú)線通信技術(shù)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)或者進(jìn)行短信報(bào)警.

因而,實(shí)現(xiàn)一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),需要綜合使用多種相關(guān)專業(yè)知識(shí),利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)作為計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練的主線,可以較好地培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)的綜合應(yīng)用能力,而且,學(xué)有所用,可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的主要通信協(xié)議

沒(méi)有信息通信系統(tǒng),計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就不能完成系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)外部的信息傳輸.所謂的信息通信,可以簡(jiǎn)單地理解為“有特定意義”的字節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收.雙方通信必須遵循的規(guī)范就是所謂的通信協(xié)議,如下所示是通信協(xié)議的常用格式：

前導(dǎo)字符,地址碼,功能碼[,數(shù)據(jù)字節(jié)][,校驗(yàn)碼][,結(jié)尾碼]

相同廠家或類型的模塊往往有相同的前導(dǎo)字符；地址碼一般為一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度,是對(duì)一條數(shù)據(jù)總線上的設(shè)備標(biāo)識(shí),就象IP地址是對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的標(biāo)識(shí)一樣；功能碼表示這條協(xié)議是讀取對(duì)方模塊中的數(shù)據(jù),還是發(fā)送控制命令等,如果是返回的狀態(tài)查詢協(xié)議,一般會(huì)跟若干數(shù)據(jù)字節(jié)；校驗(yàn)碼用來(lái)檢查所發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)是否正確；結(jié)尾碼是協(xié)議結(jié)束的標(biāo)志.對(duì)方收到此協(xié)議后,首先對(duì)協(xié)議進(jìn)行檢查：前導(dǎo)字符、地址碼、校驗(yàn)碼與結(jié)尾碼是否正確,如果錯(cuò)誤,就不予理睬；如果正確,就開始檢查功能碼,根據(jù)功能碼做出相應(yīng)的處理.

按照協(xié)議的表達(dá)來(lái)分,有字符型協(xié)議與字節(jié)型協(xié)議.字符型協(xié)議便于接收顯示,但是,需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的字節(jié),才能提取其中的數(shù)據(jù).例如,下一節(jié)介紹的DCON協(xié)議就是一種字符協(xié)議[5],讀取模塊的命令為：

$ 01 6 BB (CR)

其中“$”為前導(dǎo)字符,“01”為地址碼,“6”為讀取模塊數(shù)據(jù)的功能碼,“BB”為累加和校驗(yàn)碼,是“$016”四個(gè)字符的ASCII碼累加取低字節(jié)得到0xBB,然后再轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字符串“BB”,CR為回車符,對(duì)應(yīng)字節(jié)0x0D.主控機(jī)在發(fā)送命令的時(shí)候,需要將校驗(yàn)碼轉(zhuǎn)換為字符串,同樣,主控機(jī)在收到受控機(jī)響應(yīng)數(shù)據(jù)的時(shí)候,也需要將字符串形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字節(jié),才能進(jìn)行處理,如位測(cè)試,用于判斷開關(guān)是否閉合或斷開.

無(wú)論是主控機(jī)還是受控機(jī),校驗(yàn)碼的計(jì)算,數(shù)據(jù)的位操作處理等環(huán)節(jié),都需要進(jìn)行計(jì)算,主控機(jī)資源比較豐富,可以采用.NET類的開發(fā)工具或者Java技術(shù).但是,受控機(jī)系統(tǒng)需要采用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn),相對(duì)繁瑣一些.

3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

每所高校都有通用計(jì)算機(jī)房,為了便于安排全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試,計(jì)算機(jī)都要通過(guò)交換機(jī)連接在一起,這些計(jì)算機(jī)可以用于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的軟件開發(fā)的教學(xué)實(shí)踐.每臺(tái)計(jì)算機(jī)一般都有網(wǎng)口和USB接口,插上一個(gè)“USB/RS-485”轉(zhuǎn)接口(40元以內(nèi)即可),即可構(gòu)建工業(yè)控制RS-485總線網(wǎng)絡(luò).

I-7065D模塊是跨國(guó)企業(yè)集團(tuán)臺(tái)灣泓格公司的產(chǎn)品,采用RS-485接口,DCON通信協(xié)議,配有5路繼電器輸出(可外接指示燈作為輸出控制對(duì)象),4路開關(guān)量輸入(采用光電傳感器采集輸入數(shù)據(jù)).這里采用I-7065D模塊仿真軟件[6]來(lái)進(jìn)行教學(xué)工作.如圖1所示即是仿真軟件的原理圖,中間粗線框?yàn)槟K的平面實(shí)物圖,【輸入/輸出】指示燈根據(jù)狀態(tài)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示,用紅色圓形圖片表示燈亮,用原始灰色圓形背景表示燈滅；輸出開關(guān)也進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示,如果輸出開關(guān)閉合,則在輸出開關(guān)的兩個(gè)接線端子之間顯示一條紅線,否則隱藏紅線.

圖1 1-7065D仿真模塊原理圖

圖1下半部分的光電傳感器、開關(guān)電源、初始化(連線)、RS-485接口都是實(shí)物圖片,通過(guò)點(diǎn)擊復(fù)選框連接到I-7065D.I-7065D加電后,鼠標(biāo)在光電傳感器的信號(hào)采集部分移動(dòng),鼠標(biāo)指針變?yōu)槭种傅男螤?表示有輸入信號(hào)；離開敏感區(qū)域,則表示沒(méi)有輸入信號(hào),輸入信號(hào)與輸入指示燈的變化相對(duì)應(yīng).

I-7065D有4個(gè)光電傳感器,在實(shí)際操作中,可以隨機(jī)遮擋其中的一個(gè)或者幾個(gè),為了模仿該動(dòng)作,設(shè)置3種“輸入切換”模式,在“手動(dòng)”模式下,只有當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到光電傳感器的敏感部位才產(chǎn)生信號(hào)變化；“自動(dòng)”模式下,用照片隨機(jī)遮擋0-4個(gè)傳感器；“鎖定”模式下,鼠標(biāo)移動(dòng)到光電傳感器的敏感區(qū)域,即在該區(qū)域顯示一張照片(遮擋光電傳感器).由于引入了“輸入切換”功能,I-7065D模塊仿真軟件用于教學(xué)更加方便.

在仿真模塊軟件的主界面上,還顯示查詢和控制I-7065D模塊的DCON協(xié)議,這樣就不需要查詢產(chǎn)品說(shuō)明書.由于通信是真實(shí)的,I-7065D仿真模塊軟件的通信協(xié)議和內(nèi)部控制邏輯與實(shí)物模塊的都一致,因而,監(jiān)控仿真模塊的軟件一樣可以監(jiān)控實(shí)物模塊,不需要修改任何代碼.另外,本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還設(shè)計(jì)了I-7013D仿真模塊,可以通過(guò)溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù),與I-7065D屬于同一系列,也使用DCON通信協(xié)議.

利用I-7065D和I-7013D模塊仿真軟件,即可搭建可裁剪的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺(tái),每臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)“USB/RS-485”轉(zhuǎn)接口充當(dāng)一個(gè)I-7065D或I-7013D模塊,主控機(jī)(另一臺(tái)計(jì)算機(jī)充當(dāng))可以監(jiān)控一個(gè)仿真模塊,也可監(jiān)控若干個(gè)仿真模塊或者兩種仿真模塊的組合.如圖2所示,每個(gè)粗線框都表示一臺(tái)計(jì)算機(jī),主控機(jī)監(jiān)控3個(gè)仿真模塊.對(duì)于信號(hào)的變化,主控機(jī)可以通過(guò)E-mail轉(zhuǎn)短信的方式進(jìn)行報(bào)警,也可通過(guò)外接短信貓直接發(fā)送短信進(jìn)行報(bào)警.由于主控機(jī)與仿真模塊之間的通信是通過(guò)RS-485網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行,因而,為了遠(yuǎn)程查看模塊狀態(tài),可以用一臺(tái)計(jì)算機(jī)充當(dāng)RS-485/TCP轉(zhuǎn)換接口,這樣,即可通過(guò)遠(yuǎn)程機(jī)了解模塊的狀態(tài),報(bào)警功能也可在遠(yuǎn)程機(jī)上實(shí)現(xiàn).

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)例

在監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)中,需要進(jìn)行各種測(cè)試,本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還準(zhǔn)備了基于RS-485和TCP客戶機(jī)的“通用多功能計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試軟件”、各種輔助工具和演示軟件,以及關(guān)于Visual Basic 2010版本的主控機(jī)軟件包及基于C語(yǔ)言的受控機(jī)軟件包,可以用來(lái)快速研發(fā)和測(cè)試計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).

4 教學(xué)模式的具體實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)專業(yè)的多門主干課程,可以將計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)有效融入各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中,介紹本門課程中的知識(shí)點(diǎn)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中所起的作用,通過(guò)實(shí)際的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生看得到自己的進(jìn)步.在新生入學(xué)教育中,可以向?qū)W生介紹創(chuàng)新平臺(tái)的基本功能與應(yīng)用,讓學(xué)生操作創(chuàng)新平臺(tái),產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí).

4.1 計(jì)算機(jī)導(dǎo)論中的應(yīng)用

不同的數(shù)據(jù)采集和控制模塊經(jīng)常有不同的編碼方式,為了跟這些模塊打交道,就必須采用其認(rèn)可的編碼方式,因而,掌握字節(jié)、16進(jìn)制字符串、字符的ASCII碼、漢字的Unicode編碼(可用于中文短信編碼)的基本概念及其相互轉(zhuǎn)換,就為數(shù)據(jù)處理打下良好的基礎(chǔ).

“與”、“或”、“非”、“異或”是編程實(shí)踐中的基本條件判斷和計(jì)算思維的重要基礎(chǔ).在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中,通常用二進(jìn)制數(shù)1和0來(lái)表示開關(guān)的狀態(tài),因而,1個(gè)字節(jié)可以表示8位開關(guān)的狀態(tài),通過(guò)“與”運(yùn)算可以用來(lái)測(cè)試開關(guān)的狀態(tài),通過(guò)“或”運(yùn)算置位,通過(guò)“非”運(yùn)算取反,通過(guò)“異或”運(yùn)算測(cè)試開關(guān)是否發(fā)生變化.

計(jì)算機(jī)導(dǎo)論是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,將編碼與位運(yùn)算知識(shí)點(diǎn)跟計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合起來(lái),講授變得具體而有針對(duì)性,在考試中適當(dāng)加大字節(jié)編碼和兩個(gè)字節(jié)的位運(yùn)算所占分?jǐn)?shù),將可以有效引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí),而并不占用任何額外的教學(xué)時(shí)間.

4.2 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的應(yīng)用

C語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課,也是理工類非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、建立和培養(yǎng)編程思想與程序語(yǔ)言能力和素質(zhì)的基礎(chǔ)課程.C語(yǔ)言與其它高級(jí)語(yǔ)言相比有其顯著的優(yōu)點(diǎn),它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn),又具有低級(jí)語(yǔ)言的許多特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成中.

在計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程中學(xué)習(xí)了字節(jié)編碼與兩個(gè)字節(jié)的位運(yùn)算的基本概念,在C語(yǔ)言中可以適當(dāng)擴(kuò)展,引入通信協(xié)議的概念.可以利用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)異或校驗(yàn)碼的生成程序,即對(duì)給定的一批字節(jié),計(jì)算其異或校驗(yàn)碼；對(duì)于含異或校驗(yàn)碼的一批字節(jié),編寫子程序檢查其是否正確.同理,可以編寫其它校驗(yàn)碼處理程序.還可以設(shè)計(jì)對(duì)一個(gè)字節(jié)進(jìn)行位測(cè)試、置位與復(fù)位的子程序以及編碼實(shí)現(xiàn)的子程序,在此基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步講解在一個(gè)C語(yǔ)言項(xiàng)目中集成子程序的方法.學(xué)生如果掌握了這些方法,就基本掌握了用C語(yǔ)言開發(fā)受控機(jī)軟件的主要技術(shù).

匯編語(yǔ)言是符號(hào)化了的面向機(jī)器的語(yǔ)言,用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的操作,都可以用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn).相同的功能,可以比較兩種語(yǔ)言所編寫的源代碼,所編譯完成的應(yīng)用程序的大小,由此可以觀察程序運(yùn)行的效率.通過(guò)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的強(qiáng)化,數(shù)據(jù)處理的技術(shù)必將得到良好的提升,可為后續(xù)的計(jì)算機(jī)組成原理課程的學(xué)習(xí)奠定匯編語(yǔ)言基礎(chǔ).

4.3 計(jì)算機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用

RS-485接口和RS-232接口的編程相似,不但廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中,而且,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中也廣泛采用.在計(jì)算機(jī)接口中講解“串行通信技術(shù)”時(shí),可以分別通過(guò)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言設(shè)置串口參數(shù),對(duì)串口進(jìn)行初始化,然后,發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù),讀取I-7065D的狀態(tài)數(shù)據(jù),控制輸出開關(guān)的變化.這里就用到了字節(jié)編碼、位運(yùn)算、通信協(xié)議的處理等知識(shí)點(diǎn).在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,會(huì)發(fā)現(xiàn)字節(jié)流不連續(xù),這就涉及到數(shù)據(jù)的可靠接收問(wèn)題.可以借助通用多功能計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試軟件[7]觀察數(shù)據(jù)的收發(fā),不斷改進(jìn)通信程序的可靠性.4.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

在C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言,以及計(jì)算機(jī)接口技術(shù)中都涉及到RS-485通信的字節(jié)數(shù)據(jù)流,這就是串行通信協(xié)議,通過(guò)此協(xié)議,可以自然過(guò)渡到TCP/IP協(xié)議.串行通信協(xié)議中主要采用異或、累加和與循環(huán)冗余校驗(yàn)碼,而TCP/IP協(xié)議采用累加求補(bǔ)校驗(yàn)碼,前導(dǎo)課程所學(xué)的串行通信協(xié)議與校驗(yàn)碼的處理,對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是一個(gè)很好的鋪墊.

圖2中的“RS-485/TCP”協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件,在網(wǎng)口端,該計(jì)算機(jī)既可以服務(wù)器方式工作,等候遠(yuǎn)程客戶機(jī)的連接；也可以客戶機(jī)的方式工作,主動(dòng)連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器,從而實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)到網(wǎng)口數(shù)據(jù)的透明傳輸.文獻(xiàn)[3]中設(shè)計(jì)了TCP客戶機(jī)和服務(wù)器類,可以用于快速開發(fā)客戶機(jī)與服務(wù)器軟件.

4.5 數(shù)據(jù)庫(kù)與.NET的應(yīng)用

數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)控制策略、通信協(xié)議及設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄等.主控程序可以使用.NET框架中的Visual Basic快速開發(fā)版來(lái)實(shí)現(xiàn),這種開發(fā)工具可以方便地調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)各種編碼與位運(yùn)算以及完善地解決串行通信方案和網(wǎng)絡(luò)通信方案.

5 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真開發(fā)實(shí)驗(yàn)室以現(xiàn)有通用計(jì)算機(jī)房為載體,結(jié)合自主研發(fā)的I-7065D開關(guān)量輸入與輸出模塊仿真軟件和I-7013D溫度采集模塊仿真軟件,通過(guò)“USB/RS-485”轉(zhuǎn)接口和現(xiàn)有TCP網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,即可搭建可裁剪的基于工業(yè)控制總線RS-485網(wǎng)絡(luò)和TCP網(wǎng)絡(luò)的混合結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),將多門計(jì)算機(jī)專業(yè)的主干課程用于工程實(shí)踐.實(shí)驗(yàn)條件無(wú)需硬件設(shè)備,因而,學(xué)生可以在宿舍自主學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù).為了更好地提升教學(xué)效果,高校可以設(shè)置小批量的實(shí)物實(shí)驗(yàn)室,以加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),為更好地宣傳和利用仿真模塊做好鋪墊.

[1]國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定(國(guó)發(fā)[2014]19號(hào)) [EB/OL]. (2014-06)[2014-11-10].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1778/201406/170691.html.

[2]教育部高等教育司.提高質(zhì)量 內(nèi)涵發(fā)展——全面提高高等教育質(zhì)量工作會(huì)議文件匯編(2012年)[M].北京：高等教育出版社,2012.

[3]馬玉春.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的仿真開發(fā)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2015.

[4]賈安民.井下多級(jí)機(jī)站通風(fēng)監(jiān)控與節(jié)能技術(shù)研究[J].金屬礦山,2012(6):113-119.

[5]孫冰,汪文彬,馬玉春.一種DCON協(xié)議通信的快速處理方法[J].瓊州學(xué)院學(xué)報(bào),2014，21(5):26-29.

[6]馬玉春.I-7065D模塊仿真軟件:中國(guó),2014SR069070[P].2014-05-29.

[7]馬玉春.通用多功能計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試軟件:中國(guó),2011SR025314[P].2011-5-3.

Teaching Application of Simulated Laboratory on Computer Monitoring System

SUN Bing, WANG Wen-bin, MA Yu-chun

(Hainan Key Laboratory of Embedded Systems, Qiongzhou University, Sanya Hainan, 572022, China)

To improve the quality of teaching and train application-oriented talents is one of the main goals of Chinese higher education at present. In this paper, a simulated platform of computer monitoring system is constructed based on general computer laboratory, which theory can be integrated into many subjects such as introduction to computers, assembly language, C language, .NET programming, computer interface technology, computer network, database system etc. without adding any burden to students. Finally, engineering technology of computer monitoring is mastered and quality of teaching is improved by practice the platform.

computer monitoring; RS-485; data processing; teaching application

2014-11-10

海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(613170)；三亞市院地科技合作項(xiàng)目(2013YD29)

孫冰(1974-),女,湖南隆回人,瓊州學(xué)院電子信息工程學(xué)院助理實(shí)驗(yàn)師,研究方向?yàn)閃eb技術(shù)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用.

馬玉春(1969-),男,江蘇南京人,瓊州學(xué)院電子信息工程學(xué)院教授,博士,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù).

TP311.5

A

1008-6722(2015) 02-0118-05

10.13307/j.issn.1008-6722．2015．02．25