锂离子电池组监控系统研究与实现 — 上位机程序设计

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在锂离子电池监控系统中，除了下位机单片机系统电路板及其程序设计外，还需要上位机程序对锂离子电池系统的进行各种监控管理设置。根据系统要求，上位机程序的主要功能有以下几个：
          1.接收并显示下位机采集的各路数据信息，包含16路锂电池电压、主回路充放电电流、4路温度、电量等数据信息；
          2.设置下位机工作时需要配置的系统参数；
          3.校正下位机上传的各路数据；
          4.根据需要保存下位机上传的数据。
       
        该上位机程序采用VC++6.0编程工具进行程序设计，本章对上位机程序的设计思想和内容进行了描述。
       
        5.1上位机程序
          开发平台及相关技术上位机程序采用非常流行的可视化编程工具VC++6.0进行开发，为完成相应的显示和设置功能，程序采用了许多VC++6.0自带的控件，同时应用了多线程编程技术。
       
        5.1.1 VC++6.0简介
          VC++6.0是微软公司开发的编程平台，具有强大的功能。本软件是基于Windows系统开发的，编程语言采用的是C++语言，并且微软给该软件提供了功能强大的MFC（Microsoft Foundation Class）类库。MFC中封装了大部分Windows API函数和Windows控件，它包含的功能涉及到整个Windows操作系统。MFC不仅给用户提供了Windows图形环境下应用程序的框架，而且还提供了创建应用程序的组件，这样，开发人员不必从头设计创建和管理一个标准Windows应用程序所需的程序，而是从一个比较高的起点编程，故节省了大量的时间。另外，它提供了大量的代码，指导用户编程时实现某些技术和功能。因此，使用VC++可以使程序员更加方便的进行应用程序开发。
       
        5.1.2相关控件介绍
          系统使用了Edit Box控件、Static Text控件、Button控件、Group Box控件、Check Box控件、Combo Box控件、Tab Control控件和MSComm控件八个控件，本部分对这些控件进行简单介绍。
       
        1.Edit Box控件CEdit类提供了Windows编辑控件中的功能。编辑控件是一个子窗口矩形，用户可以向其中输入文本。可以通过对话模板或直接从代码中创建一个编辑控件。
       
        在两种情形下，首先调用CEdit构造程序构造CEdit对象，再调用Create成员函数创建Windows编辑控件并将其与CEdit对象连接。
       
        2.Static Text控件CStatic类提供了一个Windows静态控件的性能。一个静态控件用来显示一个文本字符串、框、矩形、图标、光标、位图或增强的图元文件。它可以被用来作为标签、框或用来分隔其它的控件。一个静态控件不接收输入，也不提供输出；但是，如果它是用SS_NOTIFY风格创建的，则它可以通知其父有关设备点击的消息。
       
        3.Button控件类CButton提供了对Windows按钮控件的操作。按钮控件是一个小的矩形子窗口，可以通过单击选中（按下）或不选中。按钮可以单独使用，也可以成组使用，它还可以具有文本标题。在用户单击它的时候，按钮通常要改变显示外观。
       
        典型的按钮控件有：复选框、单选钮和下压式按钮（push button）。一个CButton对象可以是它们中的一种，这由它的按钮风格和成员函数Create的初始化决定。
       
        4.Check Box控件CheckBox控件就是我们一般所说的复选框，通常用于某选项的打开或关闭。
       
        大多数应用程序的“设置”对话框内均有此控件。我们看到的可以打勾的就是CheckBox.该控件表明一个特定的状态（即选项）是选定（on，值为1）还是清除（off，值为0）。在应用程序中使用该控件为用户提供“True/False”或“yes/no”的选择。因为CheckBox彼此独立工作，所以用户可以同时选择任意多个CheckBox，进行选项组合。
       
        5.Combo Box控件类CCombo Box封装了Windows组合框。组合框由一个列表框和一个静态控件（或编辑控件）组成。列表框部分可以是一直显示的，也可以是隐藏的，在用户单击编辑控件边上的按钮（下拉箭头）时下拉该列表框。列表框中当前选中的项（如果有的话）显示在静态控件或编辑控件中。如果组合框带有下拉风格，则当用户在编辑框中输入列表项的开始字符时，对应项（如果有的话）中的第一个将会加亮显示。
       
        可以从对话框模板中建立一个CComboBox对象，也可以直接在代码中创建。
       
        无论采用哪种方法，都要先调用CComboBox的构造函数构造一个CComboBox对象，然后调用成员函数Create创建控件并在CComboBox对象上应用它。
       
        消息映射入口的格式如下：
          ON_Notification（ id，memberFxn ）
       
        其中id指定了发送通知的组合框控件的子窗口ID，而memberFxn是用于处理该通知的父成员函数的名字。
       
        父窗口的函数原型的格式如下：
          afx_msg void memberFxn（ ）；
          6.Tab Control控件一个“标签控件”类似于一个笔记本中的分隔器，或一个文件柜上的标签。通过使用标签控件，应用程序可以将一个窗口或对话框的相同区域定义为多个页面。
       
        每一页包含了一套信息或一组控件，当用户选择了相应的标签时应用程序就会显示相应的信息或控件。一种特殊类型的标签控件把标签显示得像按钮一样。点击一个按钮将立即执行一条命令而不是显示一个页。
       
        CTabCtrl类提供了Windows通用标签控件的性能。这个控件（也就是CTabCtrl类）只对运行在Windows 95和Windows NT 3.51或更新版本下的程序来说是可用的。
       
        7.Group Box控件Group Box控件本质上确实是class CStatic的一个实例化对象。在一个对话框上布置好一个Group Box控件后，默认ID为IDC_STATIC，这时候是无法在代码里动态地控制它的隐藏/显示属性。必须给它一个新的ID号，比如IDC_GROUPBOX1，最后再给它关联一个CStatic控件变量（这个你应该自己会吧），然后就可以在必要时候（另一个控件被选择）调用ModifyStyle（0，SWP_HIDEWINDOW/*SWP_SHOWWINDOW*/）；实现Group Box的隐藏/显示状态的动态切换。
       
        8. MSComm控件Visual C++为我们提供了一种好用的ActiveX控件Microsoft Communications
       
        Control（即MSComm）来支持应用程序对串口的访问，在应用程序中插入MSComm控件后就可以较为方便地实现对通过计算机串口收发数据。
       
        使用VC++提供的串行通信控件MSComm进行编程，首先，在对话框中创建通信控件，若Control工具栏中缺少该控件，可通过菜单Project ——>Add to Project——> Components and Control插入即可，再将该控件从工具箱中拉到对话框中。此时，你只需要关心控件提供的对Windows通讯驱动程序的API函数的接口。换句话说，只需要设置和监视MSComm控件的属性和事件。
       
        在ClassWizard中为新创建的通信控件定义成员对象（CMSComm m_Serial），通过该对象便可以对串口属性进行设置，MSComm控件共有27个属性，这里只介绍其中几个常用属性：CommPort设置并返回通讯端口号，缺省为COM1. Settings以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。
       
        PortOpen设置并返回通讯端口的状态，也可以打开和关闭端口。
       
        Input从接收缓冲区返回和删除字符。
       
        Output向发送缓冲区写一个字符串。
       
        InputLen设置每次读入的字符个数，缺省值为0，表明读取接收缓冲区中的全部内容。
       
        InBufferCount返回接收缓冲区中已接收到的字符数，将其置0可以清除接收缓冲区。
       
        InputMode定义Input属性获取数据的方式（为0：文本方式；为1：二进制方式）。
       
        RThreshold和SThreshold属性，表示在OnComm事件发生之前，接收缓冲区或发送缓冲区中可以接收的字符数。
       
        打开所需串口后，需要考虑串口通信的时机。在接收或发送数据过程中，可能需要监视并响应一些事件和错误，所以事件驱动是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。使用OnComm事件和CommEvent属性捕捉并检查通讯事件和错误的值。发生通讯事件或错误时，将触发OnComm事件，CommEvent属性的值将被改变，应用程序检查CommEvent属性值并作出相应的反应。
       
        5.2上位机程序方案
          上位机程序主要完成数据显示、参数设置、存储器读取、数据校正等功能。
       
        该程序通过串口与下位机板进行通信，将需要显示的信息和设置的参数等信息进行传输。
       
        上位机程序功能框图如下图5.1所示。
       
       
       
        图中下位机通过串口与上位机进行数据通信。根据通信协议，将双方传输的数据进行转换，得到对应的数值，在进行相应的操作。
       
        下面分别对数据显示、参数设置、数据保存、数据校正等功能进行如下分析。
       
        5.2.1数据显示
          上位机程序的数据显示功能直接放置在主程序界面上，如下图5.2所示。
       
       
       
        主界面主要包含显示锂电池电压、温度、电流、电量、状态等信息的文本控件和参数设置、数据校正、存储器读写的按钮以及保存数据的选项，另外还可对串口号进行选择。
       
        5.2.2参数设置
          参数设置子窗口如图5.3所示。由于需要设置的参数较多，所以在参数设置子窗口中将所有参数分为系统参数、电流参数、电压参数、温度参数、均衡参数、电量参数和版本参数共七类，在一个复选页中进行显示和设置。
       
       
       
        系统参数包含电池类型、电池数、电池内阻、数据采样频率、睡眠模式使能、睡眠模式唤醒时间、用户权限、系统密码等。
       
        电流参数包含充电过载电流、放电过载电流、判断过载电流持续时间、短路电流、放电过流恢复时间、充电过流恢复时间、短路恢复时间等。
       
        电压参数包含过充电压、释放过充电压、过放电压、释放过放电压、最大不平衡电压、判断过充过放电压持续时间等。
       
        温度参数包含外部温度通道1使能、外部温度通道2使能、判断温度超范围持续时间、可承受外部最高温度、释放可承受外部最高温度、可承受外部最低温度、释放可承受外部最低温度、可承受内部最高温度、释放可承受内部最高温度、可承受内部最低温度、释放可承受内部最低温度等。
       
        均衡参数包含均衡使能、每组均衡电池数、均衡模式、均衡开始电压、均衡压差等。
       
        电量测量参数包括电量测量电压一、测量电压二、测量电压三、测量电压四、测量电压五等。
       
        另外，还有版本版本号、工厂名、设备编号等。
       
        5.2.3数据校正
          数据校正子窗口如图5.4所示。
       
       
       
        校正采用线性修复法，即利用公式：A=K*S+B进行校正，其中A表示实际测量值，S表示通过系统获取的原始采样值，K为修正系数，B为修正基址。
       
        校正过程中对，对每一路采样电路的采样值和实测值进行若干组采集。根据上述公式，每两组组成一个二元一次方程，计算出若干个修正系数和修正基址并求平均值，获得本路采样电路的修正系数和修正基址。
       
        在上位机软件中，接收下位机传送过来的21路信号的实测值和采样值。通过两次接收，可分别得到21路采样信号的两组实测值和采样值，按上述计算方法分别计算出各路采样电路的修正系数和修正基址，按通信协议发送给下位机。
       
        5.2.4存储器读写
          存储器读写子窗口如图5.5所示。
       
       
       
        在存储器读写子窗口中，有读存储器、写存储器、存储器擦除三个按钮，可分别读出指定存储单元的数据、将指定数据写入指定单元、擦除存储器所有单元。
       
        5.3上位机程序测试