在我室研制的某型測控系統(tǒng)中，遇到一彈丸狀物體的初速測量要求，速度范圍在0～150m/s,要求測速模塊實現(xiàn)成本低、可靠性高，測速數(shù)據(jù)送上位機顯示。
目前科研生產(chǎn)中采用的速度測量方法可分為兩類；直接測量法和間接測量法兩大類。直接測量法是通過某種測量原理或效應(yīng)直接獲得速度量, 如多普勒測速儀、空間濾波測速等。這種方法的最大優(yōu)點是反應(yīng)快、可測量瞬時速度，但設(shè)備成本高，且受到大氣物理環(huán)境的限制。間接測量法是測量目標(biāo)的移動距離和時間, 通過計算得到速度量, 如光電測速、光柵測速、磁柵測速和圖像測速等，用于測量小型彈丸的天幕法和光幕法測速系統(tǒng)、用于車輛測速的激光測速儀，以及用于生產(chǎn)流水線上的光電脈沖測速方法等等。
根據(jù)本系統(tǒng)的特點，我室采用了基于光電脈沖的間接測量方法，構(gòu)建了基于AT89C51單片機測速系統(tǒng)，并采用DDE技術(shù)、VB和組態(tài)王實現(xiàn)速度信息的上位機顯示，滿足了成本低、可靠性好的測速要求；此外本文提出的單片機與上位機數(shù)據(jù)通信方法為多種工控軟件和非通用性設(shè)備的數(shù)據(jù)交換問題提供了思路。
2. 單片機測速模塊的實現(xiàn)
a) 測速原理
在本系統(tǒng)中，兩對光電對射管布置在彈丸的通過路徑上，光電對射管間距為S，當(dāng)彈丸經(jīng)過遮蔽光電管1,2時，光電管1,2產(chǎn)生一個上升沿或下降沿，以光電管1的上升沿或下降沿作為單片機計數(shù)器的啟動脈沖，啟動計數(shù)器開始記時，光電管2的上升沿或下降沿作為單片機計數(shù)器的停止脈沖，計數(shù)器停止記時。此時，得到計數(shù)器的記時值n。將值n傳送至上位機，已知單片機的機器周期為T，則，可在上位機內(nèi)計算出彈丸在定距s內(nèi)的平均速度V,為V=S/nT。見如下圖1。
b) 測速部分硬件實現(xiàn)
如下圖2硬件原理示意圖，光電對射管Q1和Q2分別接入AT89C51的外部中斷0和1引腳相聯(lián)，Q1和Q2均為遮斷式對射管（無遮斷時導(dǎo)通，遮斷時截止）。INT0和INT1均設(shè)置為下降沿觸發(fā)。在INT0中斷處理程序中，啟動AT89C51內(nèi)計數(shù)器T0開始計數(shù)，在INT1中斷處理程序中，計數(shù)器T0停止計數(shù)。計數(shù)值暫存于單片機寄存器內(nèi)。當(dāng)單片機接收到上位機發(fā)出的取數(shù)指令時，單片機通過串口將寄存器內(nèi)計數(shù)值發(fā)送至上位機進行處理。
3. 單片機與上位機通信
本例上位機控制程序采用組態(tài)王組態(tài)軟件（Kingview 6.5版）編寫，但其為數(shù)據(jù)采集和控制提供的底層硬件設(shè)備的驅(qū)動僅是針對知名廠商的板卡和模塊。因此，針對自行開發(fā)的數(shù)據(jù)采集模塊，需要編寫組態(tài)王與單片機串口通信驅(qū)動程序。在本例中，應(yīng)用DDE方式實現(xiàn)組態(tài)王和VB進行數(shù)據(jù)交換，通過編寫串口通信程序?qū)崿F(xiàn)VB和單片機的通信，完成整個通信流程。
a) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程
動態(tài)數(shù)據(jù)交換(dynamic data exchange ,簡稱DDE)，它是Windows 提供的一種基于消息的進程間通信技術(shù)協(xié)議[2]。其實質(zhì)是在兩個應(yīng)用程序之間建立一個數(shù)據(jù)通道(channel)，通過特定的會話過程，由windows作中介,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。DDE應(yīng)用程序以對話(conversations)的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，會話采用客戶/ 服務(wù)器模式，啟動會話并要求接收數(shù)據(jù)的進程是客戶進程(client)，而響應(yīng)客戶請求提供數(shù)據(jù)的進程是服務(wù)器進程( server)。組態(tài)王采用DDE方式和VB進行數(shù)據(jù)交換，同時通過編寫串口通信程序?qū)崿F(xiàn)VB和單片機的通信。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換流程如圖3所示。
b) 系統(tǒng)實現(xiàn)
系統(tǒng)實現(xiàn)分為兩個部分：VB與組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換以及單片機與VB的數(shù)據(jù)交換。
i. VB與組態(tài)王通過DDE鏈接的數(shù)據(jù)交換
DDE對話的內(nèi)容是通過應(yīng)用程序名(application)、主題( topic)和項目(item) 3 個標(biāo)示名來約定的。其中，應(yīng)用程序名是進行DDE對話的雙方的名稱，組態(tài)王運行系統(tǒng)的程序名是“VIEW”，VB程序使用的是可執(zhí)行文件的名稱。主題是指被討論的數(shù)據(jù)域(domain)。對于組態(tài)王來說，主題規(guī)定為“tagname”，VB程序的主題由窗體的LinkTopic屬性值指定。項目是指被討論的特定數(shù)據(jù)對象，在組態(tài)王的數(shù)據(jù)辭典中定義I/O變量的同時，也定義項目名稱。對VB程序而言，項目是具有文本屬性控件的名稱[3]。
VB作為客戶端程序從組態(tài)王中得到數(shù)據(jù)時,首先需要在組態(tài)王中定義DDE設(shè)備,然后在組態(tài)王的數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)辭典)中按照預(yù)先需要通訊的變量點數(shù)和變量類型建立I/O變量,定義變量的初始值、最大值、連接設(shè)備和項目名，還需要在VB中定義控件的屬性和方法。一般的設(shè)置如下:
Control.LinkTopic=服務(wù)器程序名|主題名
Control.LinkItem=項目名
Control.LinkMode=0,1,2,3 (其中0=關(guān)閉DDE,1=熱鏈接,2=冷鏈接,3=通告鏈接)
Control為VB應(yīng)用程序中特定的文本框、標(biāo)簽框或圖片框的名稱。
VB作為服務(wù)器程序向組態(tài)王提供數(shù)據(jù)時,首先要在組態(tài)王中設(shè)置服務(wù)器程序的3個標(biāo)志名,然后把VB 應(yīng)用程序中提供數(shù)據(jù)的窗體的LinkMode屬性設(shè)置為1。例如，將VB中的txt to Speed 文本框控件中的數(shù)據(jù)傳給組態(tài)王中的I/O變量Speed ,其實現(xiàn)方法如下：
在組態(tài)王中建立一個名為VBDDE的DDE設(shè)備，服務(wù)程序名為vbdde，話題名為FormTopic，數(shù)據(jù)交換方式為標(biāo)準(zhǔn)Windows DDE交換。新建一個I/O變量Speed，將其連接設(shè)備名定義為VBDDE，項目名設(shè)為txt to Speed。在VB中,將窗體VBDDE的LinkMode屬性設(shè)置為1(source)，LinkTopic屬性設(shè)置為FormTopic，然后編譯為可執(zhí)行文件vbdde.exe，即可實現(xiàn)與組態(tài)王的通信。
ii. VB與單片機的數(shù)據(jù)交換
本例采用MSComm控件實現(xiàn)VB與單片機之間的數(shù)據(jù)交換，具有程序?qū)崿F(xiàn)簡便、程序模塊化、工作可靠等優(yōu)點，并能滿足多數(shù)情況下的工控要求。使用MSComm控件主要是通過事件來處理串行口的交互?？丶腛nComm事件負(fù)責(zé)捕獲或處理這些通訊事件和通訊錯誤。在實際應(yīng)用中，一個MSComm控件和一個串行口一一對應(yīng)，所以如果要處理多個串行口的話，必須有相應(yīng)數(shù)量的控件與之對應(yīng)。
利用MSComm控件進行串口通信的具體操作和具體的程序代碼已經(jīng)有很多論述，在這里強調(diào)兩點：
1. 無論發(fā)送或者接收，都需要用一個Variant變量作中介；
2. 使用MSComm控件的Input及Output屬性來接收或者傳輸文本數(shù)據(jù)或二進制數(shù)據(jù)的方法不同：如果發(fā)送一個ANSI字符串到串口,可以以文本數(shù)據(jù)的形式發(fā)送；當(dāng)要傳輸二進制數(shù)據(jù)時，由于Output屬性支持的變量類型為Variant類型,所以發(fā)送二進制數(shù)據(jù)時必須傳遞一個包含字節(jié)數(shù)組的Variant到Output屬性。使用MSComm控件的Input屬性讀取數(shù)據(jù)時，如果接收的數(shù)據(jù)類型為文本數(shù)據(jù)，Input屬性通過一個Variant返回文本數(shù)據(jù)；如果接收的數(shù)據(jù)模式采用二進制形式，用Input屬性讀取數(shù)據(jù)時，不能直接賦值給Byte類型變量，只能通過先賦值給一個Variant類型變量，返回一個二進制數(shù)據(jù)的數(shù)組，再轉(zhuǎn)換保存到Byte類型數(shù)組變量中。
4. 結(jié)束語
本文論述的基于單片機的速度測量方法已在工程測控系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，適用于中低速物體的測量，具有良好的使用效果，具有實現(xiàn)成本低、可靠性好、精度良好的優(yōu)點。此外，本文提出的單片機與上位機數(shù)據(jù)通信方法為多種工控軟件和非通用性設(shè)備的數(shù)據(jù)交換問題提供了思路。還需注意的一點是：通過控件MSCOMM控件的input和out2put屬性可以很方便地接受和發(fā)送串口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，但要編制比較完善的通訊應(yīng)用程序,還需要進行更深入的研究,比如通過使用“握手”的機制來增強通訊的安全性和穩(wěn)定性,另外通過數(shù)據(jù)的重復(fù)發(fā)送達(dá)到收發(fā)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等等.