化学反应检测系统软件说明书.docx

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化学反应检测系统软件说明书

化学反应检测系统软件

说明书

1概述

1.1项目背景

在化学实验室里做化学物质反应，通过人的肉眼不容易观察到物质反应的情况，特别是化学反应需要检测到物质反应的微小变化。

传统的检测方法需要人工操作，而化学反应的速度缓慢，这样大大浪费了我们的时间，而且白天和晚上都需要人工记录对实验员的作息影响不好。

虽然一直提倡跨领域专业学习，也产生了多学科相结合的专业，但很多化学专家对电子技术的掌握不熟练，很难根据自己的需要动手设计化学电子设备。

因此，化学教授找到我们，互相沟通之后我们了解到化学实验室需要的检测系统要实现的功能。

1.2编写目的

本系统使用在化学实验中，检测化学反应液体中物质反应的速率，速率是通过相应传感器输出频率信号反应出来，基于Cortex-M3平台的下位机实时从传感器获取信号，并通过UART接口上传到上位机，上位机主界面是从UART口获取的数据并以时间坐标曲线的形式显示，同时将数据保存到excel表格文件中。

并且下位机检测化学反应的环境温度，将环境温度上传到上位机。

本系统是上位机和下位机基于UART通信结合的检测系统。

上位机是基于VB.NET软件设计的，下位机是基于Cortex-M31300平台设计的。

上位机涉及到excel表格文件的操作（包括文件的建立，文件的保存，数据的保存），串口的数据读取，Chart图形控件的操作，表格控件的操作，菜单的设计等；下位机涉及到通用I/O接口，UART接口，Timer定时器模块等。

1.3开发单位

厦门大学

1.4上位机软件的开发环境

上位机是基于VB.NET的，在WindowsXP系统下，安装VisualBasic2010开发软件和WPS软件，VB建立工程，编写好程序编译，之后产生可执行的应用程序。

1.5下位机软件的开发硬件环境

在微型计算机的支持下，任何可以产生文本文件的编辑软件都可以完成本软件的书写，完成下位机软件由Cortex-M31300指令系统语句构成C语言程序。

C语言由KeilMDK编译软件在系统计算机的支持下转化为十六进制的机器代码，并产生.hex文件。

1.6下位机软件的开发软件环境

下位机软件的开发过程需要在微型计算的支持下进行，还需要可以对于Cortex-M31300芯片写入程序的编程器，微型计算机将本软件经过编译软件转化成的后缀名为hex文件下载到编程器，由编程器写入Cortex-M3芯片中。

2系统的物理结构

UART通信

I/O外部中断

I/O控制

3上位机软件设计

3.1打开软件

图3-1软件主界面

软件界面主要是坐标曲线和信息显示，坐标X轴为第N秒，Y轴为频率值，接收的频率范围在50K以下，系统可以检测四组化学反应实验情况，因此界面坐标可以通过菜单选择四个坐标曲线的切换，下面是四组实验的当前温度和频率值的显示。

3.2打开串口

如果计算机硬件有串口一般选择COM1，如果是USB转串口线连接下位机和PC，那么可以通过计算机属性可以查看到串口编号，然后选择相应的COM，点击串口，会提示串口打开是否成功。

点击COM之后，COM的选项会变成灰色，即不能更改选择，这时候可以单击“重新设置串口”更改串口的选择。

图3-2选择COM

图3-3打开串口成功

3.3新建文件

默认情况下“文件”选项是灰色，只有用户选择好串口才允许用户新建表格文件。

单击“新建表格文件”，软件会调用计算机已经安装的WPS软件新建excel文件，从下面截图可以看出，软件会弹出WPS软件界面和表格文件保存窗口，用户选择好保存的途径，接下来上位机接收的数据会保存到这个excel文件中。

图3-4新建文件

图3-5保存文件

3.4功能操作

功能的操作包括启动上位机接收数据，切换坐标曲线的显示。

点击“开始”，软件界面的坐标曲线开始工作，其他信息显示总共采集的数量，另外显示四组实验当前的频率值和温度值。

单击“切换”可以选择坐标控件要显示的坐标曲线。

图3-6启动接收数据

图3-7接收数据中

图3-8切换曲线

图3-9暂停接收数据

3.5数据操作

数据的操作是查看数据表格，单击“查看数据”可以在主界面查看数据表格，表格显示四组实验的相应数据，然后单击“隐藏数据”可以将表格隐藏。

图3-10单击“查看数据”

图3-11数据表格

3.6软件退出

当实验结束后退出软件，单击“退出”可以结束软件。

软件退出时候会弹出WPS软件界面，是开始时候新建的excel文件，实验过程中接收的数据都保存在excel文件中。

图3-12退出软件

图3-13excel文件

4下位机软件设计

4.1程序流程图

Y

N

图4-1主流程图

4.2操作说明

KeilMDK软件新建工程，编写程序，编译成功之后通过下载器将程序烧到Cortex-M31300芯片中，电路板接上电源，用串口线连接电路板和PC计算机的串口即可。

4.3软件设计方法

本软件采用事件时间片轮执行的方法，使用timer定时器中断，在中断服务子程序中设定事件执行标志位，比如，串口发送数据事件是一秒发送一次数据包，串口发送数据的事件标志变量为TaskFlag1，Timer定时器会每秒将TaskFlag1变量置位，在主程序中不断查询时间标志变量，如果事件标志变量有效，那么执行串口发送数据，因此就产生多个事件不同时间片轮执行，即多任务执行思维。

为了有效计算频率，下位机采用GPIO外部中断的方法，从传感器接收的数据经过电路的转换可以得到高低电平的脉冲，设定GPIO下降沿中断，外部信号每下降沿一次，变量会加一，如果串口发送事件开始执行，那么该事件会获取下降沿的数量，同时清除变量。

这种方法通过硬件的思维精确获取外部信号，Cortex-M3内置的Timer定时器定时精确，每秒发送一次不仅减轻数据量的保存负荷，同时提高了频率计算的精确度。

5上位机和下位机数据通信

从前面介绍的化学反应检测系统实现的功能能看出，上位机和下位机的通讯需要大量的数据传输，因此确保数据传输的有效性，可靠性很重要，本系统采用自己设定的数据协议，因此本系统的上位机和下位机是配套使用的。

下位机需要将四组化学实验的频率和温度值数据打包，将数据包发送给上位机，上位机在接收到数据包之后需要分析数据包的有效性，如果数据有效，则解析数据包然后保存和显示数据。

由于频率数据大，串口的发送每次只能发送一个字节，因此系统将每个数据分解成多个字节，形成一个数据帧，在数据帧前面都需要加数据的编码，上位机在接收到数据会根据数据的编码来解析出正确的数据。

6、出错处理设计

6.1出错输出信息

宏定义相应的错误编码,程序出错时输出错误信息。

6.2出错处理对策

提示用户系统出错,等待用户处理。