上位機設(shè)計技術(shù)剖析

王奉武（上海國際主題樂園有限公司,上海 201205）

上位機設(shè)計技術(shù)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(shù)據(jù)進行處理、生成測量曲線，并且以報表的形式進行呈現(xiàn)。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(xiàn)的以下幾個方面剖析了上位機設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容：電表結(jié)構(gòu)設(shè)計、用戶配置界面設(shè)計、備份數(shù)據(jù)的處理設(shè)計以及軟件校表的設(shè)計。

上位機；設(shè)計技術(shù)；工作原理；電表結(jié)構(gòu)

0 引言

近年來，計算機技術(shù)得到高速發(fā)展，計算機系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用，計算機網(wǎng)絡(luò)間的通訊也顯得越來越為重要。在單片機系統(tǒng)的實際應(yīng)用過程中，通常會遇到數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換時，通常需從PC端接收控制信息，或者直接將數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。因此，設(shè)計上位機時可以借助COM和UART兩個端口進行通訊，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。

1 上位機系統(tǒng)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(shù)據(jù)進行簡單的處理，生成測量曲線，并且以報表的形式呈現(xiàn)，這極大地方便了用戶對數(shù)據(jù)的查看。同時，上位機還能根據(jù)自身的配置管理功能實現(xiàn)電表的個性化配置和所有信息的設(shè)置，這也方便了用戶在PC機里設(shè)置個性化模式。上位機能夠結(jié)合電表實現(xiàn)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(fā)上位機運行程序的常用工具有Java，C++和C#等，上位機開發(fā)和運行程序的環(huán)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(shù)庫，采用C++語言進行上位機程序開發(fā)，可以實現(xiàn)上位機強大的繪圖功能和文件處理能力。上位機主體結(jié)構(gòu)較為簡單，數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)視圖和校表數(shù)據(jù)三個內(nèi)容能設(shè)計到不同的獨立進程中，而且互不干擾。

2 上位機設(shè)計

2.1 上位機電表的接口設(shè)計

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

2.2 用戶配置界面設(shè)計

良好的人機操作界面是上位機設(shè)計的關(guān)鍵，人機操作界面的主要功能就是通過界面的配置來實現(xiàn)一定的定制業(yè)務(wù)。同現(xiàn)在的電腦系統(tǒng)類似，當(dāng)上位機上有相關(guān)接口（如USB）插入時，上位機就會顯示發(fā)現(xiàn)新的硬件，并且自動安裝預(yù)先定義好的USB驅(qū)動程序。新的驅(qū)動已經(jīng)安裝好的標(biāo)志是會在上位機設(shè)備管理器中發(fā)現(xiàn)PORT_3符號。USB驅(qū)動安裝好后，電表就會收到上位機發(fā)出的狀態(tài)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(shè)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(shù)設(shè)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(nèi)容，例如在進行模擬設(shè)計時，如果用戶不關(guān)心Energy模式下的季度用電量，在界面設(shè)計中就不用勾選這個選項，而后將該信息發(fā)送到電表中。在進行用戶界面設(shè)計時參數(shù)設(shè)計還有不同于其他業(yè)務(wù)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(shè)計，這就給用戶設(shè)計的相關(guān)參數(shù)帶來很大的靈活性，圖1就是參數(shù)設(shè)計的相關(guān)界面。在進行用戶配置界面設(shè)計的時候，Upload 按鍵的主要功能是將獲取的數(shù)據(jù)上傳至上位機的系統(tǒng)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(shù)據(jù)，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(shù)設(shè)計界面

2.3 備份數(shù)據(jù)處理設(shè)計

上位機最重要的功能之一就是將備份數(shù)據(jù)以圖表的形式反映給用戶。在進行設(shè)計時，用戶可以通過調(diào)用圖形設(shè)備接口，進行函數(shù)和設(shè)備的調(diào)整，并且通過調(diào)用不同的設(shè)備驅(qū)動程序，來給出不同的設(shè)備制圖指令，這樣就實現(xiàn)了設(shè)備的直接關(guān)聯(lián)，避免了用戶對硬件進行直接的操作，數(shù)據(jù)的處理和上位機的通訊接口實現(xiàn)了通訊功能

上的相互獨立，并且可以實現(xiàn)設(shè)計獨立的進程。通常情況下，數(shù)據(jù)被處理成3種方式呈現(xiàn)給用戶，分別為測量參量曲線圖、備份數(shù)據(jù)表和電費報表。在智能電表里面能夠進行數(shù)據(jù)的直接讀取，這種數(shù)據(jù)是一種中間的數(shù)據(jù)，并且為參數(shù)曲線圖提供數(shù)據(jù)。電費報表數(shù)據(jù)主要參照電力公司提供給居民的電力清單進行設(shè)計，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的起始和結(jié)束時間等。上位機能夠通過這些數(shù)據(jù)自行對每天、每個月所產(chǎn)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(shù)據(jù)。在進行數(shù)據(jù)備份的時候，智能電表對電壓、電流參量的計算一般是1s執(zhí)行一次，因此用戶進行數(shù)據(jù)備份的最小間隙為1s，上位機備份數(shù)據(jù)最大提供30天的存儲空間。用戶可以將鼠標(biāo)置于相應(yīng)的位置，來查看每個數(shù)據(jù)點的具體數(shù)值，并且可以調(diào)整顯示圖表的長短和顯示時間，這極大地方便了用戶對數(shù)據(jù)的分析。

3 結(jié)語

本文概述了上位機的系統(tǒng)，分別從電表結(jié)構(gòu)設(shè)計、用戶配置界面設(shè)計、備份數(shù)據(jù)的處理設(shè)計等幾個方面，介紹了上位機設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。上位機和嵌入部分的相關(guān)接口設(shè)計是上位機設(shè)計的基礎(chǔ)工作，也是實現(xiàn)上位機相關(guān)功能的基礎(chǔ)。其中備份數(shù)據(jù)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(guān)應(yīng)用程序的設(shè)計性能。

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