鄭恒持,，蔣丁宇，盧興泉,，劉泊江

　?。ù筮B海事大學 輪機工程學院，遼寧 大連 116026）

　　摘要：電能質量直接影響著電力系統(tǒng)能否安全運行,，為了能及時可靠地檢測電能質量,，采用全新的Windows Presentation Foundation（WPF）技術，設計了一款電能質量檢測系統(tǒng)上位機軟件,。從工業(yè)控制上位機軟件的特點出發(fā),，實現(xiàn)了上位機與下位機的串口通信，繪制了實時數(shù)據(jù)波形圖及諧波波形圖,，完成了檢測數(shù)據(jù)的清晰顯示,。該系統(tǒng)人機界面美觀，操作方便,，數(shù)據(jù)存儲量大,，功能完善。

　　關鍵詞：WPF,；串口,；波形圖；數(shù)據(jù)顯示

0引言

　　隨著電子電氣設備的不斷增多及設備功能的完善,，人們對電能質量的要求也越來越高,。電能質量檢測是評估電能質量水平、發(fā)現(xiàn)電能質量問題的主要手段［1］,。

　　WPF是基于.NET Framework框架的面向下一款操作系統(tǒng)的圖形化桌面應用設計軟件［2］,，本文采用WPF界面實現(xiàn)技術，運用C#語言編寫邏輯代碼,，設計一款功能強大的電能質量檢測上位機軟件,。

1WPF概述

　　1.1WPF體系結構

　　WPF使用的是一個多層體系結構。在頂層,，由應用程序和一個完全由托管的C#程序編寫的一組高層服務交互,。將NET對象轉化成Direct3D紋理和三角形的實際工作，在后臺由一個名為milcore.dll的低級非托管組件完成,。milcore.dll是使用非托管代碼實現(xiàn)的,，因為它要與Direct3D緊密集成，而且它對性能十分敏感,。需要明確的事實是,，在WPF中幾乎所有繪圖內容都是由Direct3D渲染的，甚至二維圖形和普通文本也被轉換為三角形傳送到Direct3D管線,，而不是使用GDI+或User32渲染圖形［3］,。

　　1.2WPF優(yōu)點

　　WPF是全新的編程模型,，底層圖形技術不再是GDI/GDI+，而是以DirectX作為核心繪圖函數(shù),。DirectX繪圖時會將盡可能多的工作交給圖形處理單元（GPU）處理,，WPF會將CPU和GPU分開利用［4］，因為GPU的浮點計算能力遠高于CPU,，從而保證了大量計算的優(yōu)先性,，同時也能最小化CPU使用率。DirectX繪圖速度高于GDI/GDI+,，能產生更好的視覺效果,。對于大量的浮點運算圖形來說，WPF是一個很好的選擇,。同時,，WPF能夠根據(jù)系統(tǒng)DPI設置，非常靈活地放大和縮小顯示內容,，以使其適合所使用的顯示器,。

2上位機軟件設計與實現(xiàn)

　　2.1界面設計

　　系統(tǒng)界面主要由串口參數(shù)設置區(qū)、電能質量參數(shù)顯示區(qū),、實時數(shù)據(jù)波形區(qū),、通道選擇區(qū)以及實時數(shù)據(jù)監(jiān)測區(qū)5部分組成。圖1為上位機界面,。

　　2.2上位機軟件功能實現(xiàn)

　　本上位機軟件主要的功能是將單片機采集的數(shù)據(jù)解析并顯示,，同時繪制波形圖來清晰地展現(xiàn)檢測的電能質量。

　　2.2.1實時數(shù)據(jù)波形圖的繪制

　　上位機軟件往往需要顯示各種信號的變化,，這時經(jīng)常需要波形圖［5］,。波形圖能夠直觀地反映出信號的變化及走勢，有助于分析檢測信號,。雖然WPF本身的繪圖功能非常強大,，但是如果每種圖表都要自己重新去實現(xiàn)一次的話，工作量就會變得異常大,。這時就非常有必要使用一種專業(yè)的圖表生成工具Visifire,。

　　Visifire是一款適用于微軟平臺下的控件，能夠用于WPF,、Sliverlight,、SharePoint以及WindowsPhone平臺，并且各平臺使用相同的API,，易于開發(fā)和跨平臺使用［6］,。本軟件的實時數(shù)據(jù)波形圖和實時諧波波形圖就是利用Visifire控件將采集來的信號點處理后繪制成曲線。其中曲線圖滿足以下特點：

　?。?）通過Chart的ScrollingEnabled屬性實現(xiàn)圖表的滾動功能,；

　　（2）可以通過ZoomingEnabled和ZoomingMode實現(xiàn)鼠標框選放大和鼠標滾輪放大或縮??；

　　（3）Demo已經(jīng)實現(xiàn),，原理是Series［0］.DataPoints綁定DataPoints值集合時,，按需求移出該集合的第一個點并添加最后一個點，界面圖會跟隨變化,；

　?。?）將Chart的ToolBarEnabled的屬性值設置為true，則將鼠標指針移動到圖表上時右上角會顯示導出,、打印的圖標,。

　　2.2.2實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示

　　數(shù)據(jù)顯示主要包括了電能質量參數(shù)、實時檢測數(shù)據(jù),、諧波數(shù)據(jù)的顯示,。其中由于實時檢測數(shù)據(jù)較多，因此顯示最為復雜,。這里使用DataGrid控件,。DataGrid是WPF中功能最完備的數(shù)據(jù)顯示工具。它將數(shù)據(jù)分割到包含行和列的網(wǎng)格中,，每行都與一個單獨的對象相對應,，每列與該對象的一個屬性相對應。創(chuàng)建DataGrid關鍵是去定義列,。

　　這里使用繼承自DataGridColumn的DataGridColumn類來動態(tài)地生成列,。這種列對于大部分數(shù)據(jù)類型是標準選擇。當定義列時,，幾乎總是設置3個細節(jié)：在列頂部顯示的題頭文本,、列的寬度以及獲取數(shù)據(jù)綁定。

　　列的題頭可以通過設置DataGridColumn.Header屬性實現(xiàn),，但不必限制為普通文本,。列的題頭是內容控件可以為Header屬性提供任何內容，包括圖像或者具有元素組合的布局面板,。

　　列的寬度可以通過設置DataGridColumn.Width屬性和DataGrid.ColumnWidth來實現(xiàn),。二者唯一的區(qū)別是前者屬性應用于單個列，而后者為整個表中所有的列設置默認寬度,，而且當設置前者時會覆蓋后者,。

　　最重要的細節(jié)是為列提供恰當?shù)男畔⒔壎ū磉_式，通過設置DataGridColumn.Binding屬性提供該綁定表達式。如果把Binding比作數(shù)據(jù)的橋梁,，那么它的兩端分別是Binding的源和目標,。

3串口通信

　　電能質量檢測系統(tǒng)由以單片機為核心的采集板卡完成數(shù)據(jù)的采集，由上位機軟件通過特定的算法完成對各個復雜參數(shù)的處理并顯示,，所以需要兩者之間實現(xiàn)通信,，這里使用異步串行通信。采用WPF開發(fā)串口通信程序主要有3種方法：第一種方法是通過MSComm控件,；第二種方法是采用微軟在.NET中推出的一個串口控件SerialPort,；第三種方法是用API函數(shù)［7］。為方便起見,，使用了SerialPort控件,。

　　3.1SerialPort控件使用流程

　　在使用SerialPort控件實現(xiàn)串口通信時，首先應該根據(jù)設計要求構建出程序設計的框架,，接著設置通信對象,、通信端口、波特率,、數(shù)據(jù)位,、停止位，再根據(jù)需求編寫相應的實現(xiàn)程序完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,，接著完成數(shù)據(jù)解析和處理,，最后關閉通信端口［8］，通信過程如圖2所示,。

　　3.2串口配置

　　通過［PortName］屬性獲取或設置通信端口,，包括但不限于所有可用的COM端口，該屬性返回類型為String,，PortName正常返回值為COM1,、COM2……。SerialPort控件分別用［BaudRate］,、［Parity］,、［DataBits］、［StopBits］屬性設置通信格式中的波特率,、數(shù)據(jù)位,、停止位和校驗位［9］。

　　3.3串口讀取數(shù)據(jù)

　　當初始化工作結束,，打開串口時,，SerialPort會創(chuàng)建一個監(jiān)聽線程ListenThread，在這個線程中,，等待注冊的串口中斷,，當收到中斷后,，會調用DataReceived事件［10］，根據(jù)已設定的通信協(xié)議,，運用Read方法讀取數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)的解析,。調用完成后，繼續(xù)進入循環(huán)等待,，直到串口被關閉退出線程,。

　　3.4關閉串口

　　通信結束后,，通過調用Close（）方法關閉串口,。

4結論

　　經(jīng)過驗證，本文設計的上位機軟件與下位機實現(xiàn)了很好的配合,，能夠充分完成電能質量各個參數(shù)的實時檢測與顯示,。同時將全新的WPF技術應用到上位機軟件的開發(fā)中，使軟件開發(fā)簡單化,、界面美觀化,、功能強大化。

參考文獻

　?。?］ 葉敦范,劉鑫,李亞敏,，等.一種電源智能測試儀的設計與實現(xiàn)［J］.電子技術應用,2014,40(5):9396.

　　［2］ Su Haikang, Sheng Jin. Application of video anaglyph maker for 3-D flow simulation［J］. Journal of Hydrodynamics,2010,22（2）:289294.

　?。?］ MACDONALD M. WPF編程寶典［M］.王德才,，譯.北京：清華大學出版社，2011.

　?。?］ 李成剛,，馮靜，凌琳. 基于WPF的交互式繪圖系統(tǒng)的開發(fā)［J］.微型機與應用,，2011,，30（6）:50.

　　［5］ 劉亞雷,于艷美,孟春寧,，等.一種便攜式水下圖像實時采集系統(tǒng)軟件設計［J］.微型機與應用,2015, 34 (19):2023.

　?。?］ MAGDA Y. Serial port controls ADC［J］. Test & Measurement World,2008,28(9):22.

　　［7］ 李江全,，鄧紅濤,，劉巧，等. Visual C#.NET串口通信及測控應用典型實例［M］.北京：電子工業(yè)出版社,，2012.

　?。?］ 王文泉. 基于SerialPort的串口通信系統(tǒng)實現(xiàn)［J］. 科技廣場,2011(5):2123.

　　［9］ 李麗萍,魏權利.NET中SerialPort類在短信收發(fā)軟件中的應用［J］. 微型機與應用,2012,31(21):1113.

　?。?0］ Zhang Tao. Research and application of serial communication modules based on VB［J］. Energy Procedia,2013,180:10291033.