摘 要: 應(yīng)用Visual Basic6.0開(kāi)發(fā)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)軟件，包括動(dòng)態(tài)主控界面設(shè)計(jì)、通訊程序設(shè)計(jì)、控制程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)。描述了整個(gè)監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)原理和方法，詳細(xì)地介紹了通信協(xié)議和上位機(jī)監(jiān)控程序的工作流程，并補(bǔ)充說(shuō)明了VB中PID控制算法的實(shí)現(xiàn)，用以調(diào)整電堆溫度、壓力、水位等各種監(jiān)控參數(shù);最后介紹了歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序的操作方法。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)圖形界面友好，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠，操作簡(jiǎn)單，安全穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞: VB;燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī);串行數(shù)據(jù)通信;PID控制 前言 　　為了保護(hù)地球環(huán)境，以燃料電池代替燃油發(fā)動(dòng)機(jī)是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。燃料電池汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的區(qū)別主要在于由燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)替換了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。顯然，其發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的研究成了燃料電池電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)的關(guān)鍵。因此，在研發(fā)過(guò)程中，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，記錄各種相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析其運(yùn)行特性，為發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的不斷改進(jìn)提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)整車(chē)性能進(jìn)行評(píng)估。因此，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)載控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。 　　VisualBasic6.0提供了豐富的控件，可以方便、快捷地開(kāi)發(fā)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)載系統(tǒng)的整個(gè)軟件程序，達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)參數(shù)有效監(jiān)控的目的。同時(shí)，VB中PID控制算法也可以對(duì)燃料電池水量、溫度、壓力等各個(gè)監(jiān)控量進(jìn)行實(shí)時(shí)整定。 1 燃料電池車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 　　Visual Basic（簡(jiǎn)稱(chēng)VB），是微軟公司推出的強(qiáng)有力的系列開(kāi)發(fā)軟件之一。不但提供了良好的界面設(shè)計(jì)能力，而且在微機(jī)串口通信方面也有很強(qiáng)的功能，它提供的串行通信控件MSComm32.OCX，全面提供了使用RS-232進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的所有協(xié)議,我們可以使用不同的工作方式來(lái)處理和解決燃料電池車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)通信軟件設(shè)計(jì)的所有問(wèn)題。 　　1.1 主控界面設(shè)計(jì) 　　燃料電池主控界面的設(shè)計(jì)是整個(gè)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，它直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控效率的高低。因此，清晰、人性化的界面設(shè)計(jì)是整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的重要前提。 　　以VB6.0為軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)的燃料電池車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的主控畫(huà)面如圖1所示。 通過(guò)該主界面可以完成對(duì)系統(tǒng)主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括用不同的顏色來(lái)表示設(shè)備的啟、停，用文本框顯示系統(tǒng)主要的運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、壓力等，利用CommandButton控件的Click事件完成布爾變量的發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)和閥門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉控制。同時(shí)，添加各種控件，導(dǎo)入圖片，并通過(guò)設(shè)置其不同屬性，達(dá)到了美觀、實(shí)用的效果。 [align=center] 圖1 燃料電池車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面[/align] 　　1.2 通信程序設(shè)計(jì) 　　燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的通信包括上位機(jī)和下位機(jī)的通信。主要是PC機(jī)和下位機(jī)硬件之間通過(guò)串口線完成數(shù)據(jù)的傳輸，以期對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采集的信息進(jìn)行適時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控。 　　1.2.1 通信協(xié)議 　　在串行通信的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，底層為通信工作以及操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件提供了有力的支持，但是為了實(shí)現(xiàn)特定的用戶(hù)功能，必須在軟件中制定基于應(yīng)用的通信協(xié)議。在開(kāi)發(fā)燃料電池串行數(shù)據(jù)通信程序的過(guò)程中，通過(guò)長(zhǎng)期的調(diào)試和不斷的總結(jié)，最終得到一套完整而可靠的通信協(xié)議.該協(xié)議一共分為3層，分別為： 　　1.物理層。規(guī)定了電子電氣方面的特性及原始位流在物理鏈路上的傳輸，提供了原始位流傳輸信道; 　　串行通信口：RS-232串口 　　硬件接口：DSP輸出的TTL電平經(jīng)專(zhuān)用集成塊轉(zhuǎn)換成RS-232信號(hào) 　　波特率：9600 　　字符格式：8位數(shù)據(jù)位，1位停止位 　　差錯(cuò)校驗(yàn)：無(wú)奇偶校驗(yàn) 　　2.數(shù)據(jù)鏈接層。定義了數(shù)據(jù)幀作為信息傳輸單元，使用差錯(cuò)校驗(yàn)和幀應(yīng)答等技術(shù)，屏蔽物理路上的噪聲，使傳輸通道變成一條可靠的信道;數(shù)據(jù)鏈接層為數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確通信提供了充足的信息。表1描述了設(shè)備數(shù)據(jù)包傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。 　　表1 數(shù)據(jù)包傳輸結(jié)構(gòu) 　　LENGTH——數(shù)據(jù)包字節(jié)總數(shù); 　　TYPE——命令類(lèi)型。分為系統(tǒng)型（0X00）、具體型（0X11，0X13，0X15，0X16，0X17，0X18，0X1A，0X1B）和多協(xié)議型（0X14）; 　　CMD——命令的ID號(hào)。決定命令類(lèi)型為命令信息還是應(yīng)答信息; 　　DATA——由CMD決定數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度; 　　CHKSUM——校驗(yàn)和碼。循環(huán)冗余校驗(yàn)是一種常用的校驗(yàn)碼。 　　3.應(yīng)用層。負(fù)責(zé)建立通信伙伴之間的連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)操作同步，報(bào)警及數(shù)據(jù)完整性等管理任務(wù)。對(duì)用戶(hù)及用戶(hù)程序提供以下功能： 　?。?）選擇控制多臺(tái)下位機(jī)定時(shí)，即時(shí)或適時(shí)跟蹤采樣現(xiàn)場(chǎng)信息，將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)庫(kù)保存，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)一定時(shí)段的數(shù)據(jù)，程序具有對(duì)數(shù)據(jù)二次處理，繪制曲線圖及報(bào)警等功能; 　?。?）設(shè)置采樣參數(shù); 　?。?）當(dāng)通信線路中斷或通信失敗時(shí)，往下位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息; 　　1.2.2 上位機(jī)工作流程 　　燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件分為手動(dòng)程序和自動(dòng)程序，自動(dòng)程序是通信程序設(shè)計(jì)的最終版，一旦進(jìn)入開(kāi)機(jī)工作狀態(tài)，就能夠自動(dòng)完成對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控功能，包括發(fā)送和接收信息。（‘＊＊＊＊＊＊＊為注釋部分） 　　（1） 發(fā)送信息程序段。其工作流程如下圖2。簡(jiǎn)單代碼舉例如下： 　　Private Sub Cmdstop_Click（） ‘＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊發(fā)送開(kāi)機(jī)命令＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 　　byteout（0） = &HAA 　　byteout（1） = &H55 　　MSComm1.Output = byteout 　　End Sub 　?。?）接收信息程序段。接收部分需要準(zhǔn)確采集現(xiàn)場(chǎng)上傳的適時(shí)參數(shù)，如溫度、電流、電壓、水位等，以便分析和改進(jìn)整車(chē)性能，是通信程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，通過(guò)VB中MSComm控件的OnComm事件來(lái)完成。其工作流程如下圖3，簡(jiǎn)單代碼舉例如下： 　　Private Sub MSComm1_OnComm（） ‘＊＊＊數(shù)據(jù)接收 　　Dim buf（） As Variant 　　Dim buf1（1 To 2） As Byte 　　buf = MSComm1.Input ‘＊＊＊通過(guò)MSComm的Iutput屬性接收數(shù)據(jù) 　　buf1（1） = buf（0） 　　buf1（2） = buf（1） 　　Text1.Text = buf1（2） ＊ 256 + buf1（1） 　　End Sub [align=center] 圖2 上位機(jī)發(fā)送信息流程圖 圖3 上位機(jī)接收信息流程圖[/align] 2 控制程序設(shè)計(jì) 　　PID控制是比例，積分，微分控制的縮寫(xiě)。它具有原理簡(jiǎn)單、使用方便、適用性廣和魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有強(qiáng)大的生命力。改變P可提高響應(yīng)速度，減小靜態(tài)誤差，但太大會(huì)增大超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間;I與P的作用基本相似，但要使靜態(tài)誤差為0，必須使用積分;D與P,I的作用相反，主要是為了減小超調(diào)，減小穩(wěn)定時(shí)間。在仿真和實(shí)驗(yàn)中，如果被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全把握，或者得不到精確的數(shù)學(xué)模型，而且其它常規(guī)的控制方法難以實(shí)現(xiàn)，這時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，采用PID控制技術(shù)最為方便。 　　現(xiàn)階段，我們對(duì)燃料電池電堆的模型不是十分了解，還不能通過(guò)有效的測(cè)試手段來(lái)獲得系統(tǒng)的參數(shù)，因此，采用增量PID控制算法比較適合。在VB中，增量PID控制算法是通過(guò)自定義Function函數(shù)及調(diào)用該函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 　　自定義Function函數(shù)： 　　Public Function PID（ByVal P As Single, I As Single, D As Single, PIDset As Single, PIDreturn As Single, DeltaPIDpre_1 As Single, DeltaPIDpre_2 As Single） As Single ‘＊＊＊＊＊＊＊＊增量PID計(jì)算自定義函數(shù)＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 　　‘＊＊P——PID比例系數(shù);I——PID積分系數(shù);D——PID微分系數(shù) 　　‘＊＊PIDset——PID設(shè)定值 　　‘＊＊PIDreturn——PID反饋值 　　‘＊＊DeltaPIDpre_1——PID偏差前值 　　‘＊＊DeltaPIDpre_2——PID偏差前前值 　　Dim PIDout As Single ‘＊＊PID輸出值＊＊ 　　Dim DeltaPID As Single ‘＊＊PID偏差值,為中間變量＊＊ 　　DeltaPID = PIDset - PIDreturn 　　PIDout = P ＊ （DeltaPID - DeltaPIDpre_1） + I ＊ DeltaPID + D ＊ （DeltaPID - 2 ＊ DeltaPIDpre_1 + DeltaPIDpre_2） 　　DeltaPIDpre_2 = DeltaPIDpre_1 　　DeltaPIDpre_1 = DeltaPID 　　End Function 　　要對(duì)輸入的控制量進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，只需簡(jiǎn)單的調(diào)用上述函數(shù)即可。 　　例如，在對(duì)電堆的輸入溫度進(jìn)行控制時(shí)，調(diào)用上述函數(shù)過(guò)程如下： 　　Private Sub MSComm1_OnComm（） ‘＊＊＊＊＊＊＊數(shù)據(jù)接收＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 　　Dim Mid As Single 　　Mid = Format（Round（（buf1（5） ＊ 256 + buf1（4） - 4095 / 5） ＊ 125 / 4095, 2）, "0.0"） ‘＊＊＊＊＊輸入電堆溫度＊＊＊＊＊ 　　Text1.Text = Mid + PID（outTP, outTI, outTD, outTPIDset, outTPIDreturn, outTDeltaPIDpre_1, outTDeltaPIDpre_2） 　　‘＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊outTP——溫度P, outTI——溫度I, outTD——溫度D, outTPIDset——溫度設(shè)定, outTPIDreturn——溫度, outTDeltaPIDpre_1——溫度前值, outTDeltaPIDpre_2——溫度后值 　　End Sub 3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì) 　　VB語(yǔ)言提供了多種操縱數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，使用Ado Data控件訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)就是一種很常用的操縱方法。通過(guò)設(shè)置和操縱其屬性就可以實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，通過(guò)綁定數(shù)據(jù)感知控件就能提供一個(gè)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的界面，用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的瀏覽，添加，刪除，修改等操作。整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)和操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單方便。具體連接步驟如下： 　　（1）建立Access數(shù)據(jù)庫(kù) 　?。?）引用Ado Data控件和數(shù)據(jù)感知控件DataGrid 　?。?）分別設(shè)置Ado Data控件的ConnectionString、CommandType、RecordSource三個(gè)重要的屬性以及DataGrid控件的DataSource屬性 　　在設(shè)置Ado Data控件的ConnectionString屬性的最后，將出現(xiàn)“測(cè)試連接”的按扭，通過(guò)單擊此按扭可以清楚的了解到數(shù)據(jù)庫(kù)連接成功與否，非常簡(jiǎn)單方便。具體程序的編寫(xiě)格式為： 　　數(shù)據(jù)庫(kù)畫(huà)面名稱(chēng).Adodc1.Recordset.AddNew 　　數(shù)據(jù)庫(kù)畫(huà)面名稱(chēng).Adodc1.Recordset.Fields（"日期"） = Date 　　數(shù)據(jù)庫(kù)畫(huà)面名稱(chēng).Adodc1.Recordset.Fields（"時(shí)間"） = Format（Now, "h:mm:ss"） 　　數(shù)據(jù)庫(kù)畫(huà)面名稱(chēng).Adodc1.Recordset.Fields（"參數(shù)名稱(chēng)"） =接收到的參量數(shù)據(jù) 　　數(shù)據(jù)庫(kù)畫(huà)面名稱(chēng).Adodc1.Recordset.Update 　　數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)需要特別注意的是： 　　1.在Access數(shù)據(jù)庫(kù)定義的各個(gè)參數(shù)的名稱(chēng)、類(lèi)型、出現(xiàn)的順序以及格式都必須與代碼中的“參數(shù)名稱(chēng)“完全一致。 　　2.設(shè)置Ado Data控件的ConnectionString屬性的時(shí)候，必須選擇正確的數(shù)據(jù)庫(kù)所在路徑。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試表明，該車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，并且抗干擾能力較強(qiáng)，能方便有效地監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)庫(kù)管理操作也具有極大的靈活性和控制力。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn): 　　1. VB中PID控制算法的實(shí)現(xiàn)，以調(diào)整電堆溫度、壓力、水位等各種監(jiān)控參數(shù); 　　2. 基于VB的串口通信技術(shù)在燃料電池車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 　　【1】 冀常鵬，包劍 基于CANBUS的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器研究 技術(shù) 2005 　　【2】 王文東，陳實(shí)，吳鋒　溫度、壓力和濕度對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池性能的影響 能源研究與信息 Vol.19 No.1 2003 　　【3】 張永宏，胡德金 基于Visual Basic的串行通信技術(shù)在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) 2003年第10期 　　【4】 夏臨閩，胡仁杰 串行通信中數(shù)據(jù)正確性的保證 電子工程師2000年第11期 　　【5】 宋娟，羅志平，全書(shū)海 基于PID算法的燃料電池實(shí)驗(yàn)室組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng) 微計(jì)算機(jī)信息 2006年第22卷第1—1期第28頁(yè)