振弦式传感器电子标签管理系统的设计与实现

0 引 言 

    在土木工程中，经常要用振弦式传感器测量各种指标参数，包括拉力、压力、应力、位移等。而振弦式传感器因制造工艺所致，其产品性能参数离散性很大，每个传感器都必须单独标定，得出一组基本上是惟一的性能参数(重复的概率极低)。在使用时，必须分清每一个传感器及其所对应的测量值，然后将每个传感器的特性参数和测量值代人其标定公式进行计算，才能得到所需的物理量。如果所测传感器不是一个型号，则所用公式也不一样。

    目前，在实际应用中，每个传感器的编号(ID号)写在一个套管上作为标签，然后将标签套在传感器引出的电缆上。测量人员在现场完成测量后，根据标签上的编号可以从产品出厂手册上查出该传感器的指标参数，即可进行物理量的计算。然而由于人为因素以及受周围施工环境的影响，传感器标签很容易磨损或丢失，这样就导致传感器因参数不可知(身份不明)而成为废品。为此，设计一个传感器电子标签管理系统，用存储器充当电子标签，将传感器编号(ID)和相关参数固化在存储器中，然后将存储器置入传感器内部。这样，即使外套标签丢失或磨损，依然可以利用手持设备从电子标签中读出传感器编号和参数，从而解决了应用中的这一难题。

1 设计与实现

1．1 系统构成与工作原理

    系统主要由四部分组成：后台计算机(上位机)、通信电路、前台单片机(下位机)和存储器(电子标签)，见图1。其工作流程为： 

    (1)传感器参数的录入。PC机进入“电子标签管理系统”环境，接收键盘键入的传感器参数数据，并将数据存人数据库中。完成传感器参数的录入功能。 

    (2)PC机与单片机串行通信。通过通信电路中的MAX232电平转换器实现。RS 232电平与TTL电平之间的转换，通过自定通信协议实现通信数据传输格式的一致，完成PC机与单片机之间的通信任务。

    (3)存储器的数据读写。单片机与存储芯片之间采用I2C总线连接。单片机可将从PC机接收到的传感器数据通过I2C总线写入存储器芯片，完成电子标签的制作工作；还可能把存到存储器芯片中的数据读出并回传给PC机，完成电子标签的读出与检验。

1．2 后台PC机程序设计

    “电子标签管理系统”是以传感器参数为应用对象，结合当前和未来管理的发展需求进行设计的。系统的后台采用目前流行的面向对象编程语言Visual C++6．0开发，并挂接Access数据库。厂家除了可以为每个传感器制作电子标签外，还可以对出厂产品进行信息管理，包括产品的查询、品种的增加、删除，每日或每月的产量统计等。程序主要由用户登录界面、文件、基本信息管理、历史记录、用户管理、数据通信、帮助、退出等模块组成。程序功能结构图如图2所示。 

    系统数据库中共包含6个表：用户信息表、传感器型号表、传感器参数表、已录入传感器参数表、型号名称对应表、保存文件表等，其中保存文件表作为数据文件存储表，型号名称对应表是为了避免重复输入而建立的一个特定数据库表。

    VC与数据库的接口有多种方式，本系统采用活动数据对象(Active Data Object，ADO)技术访问数据库。ADO实际上是一种基于COM(组件对象模型)的自动化接口(IDispatch)技术，并以OLEDB(对象连接和嵌入的数据库)为基础，经过OLEDB精心包装后的数据库访问技术。利用它可以快速地创建数据库应用程序。

    在VC中使用ADO的步骤如下：

    (1)在头文件中引入相应的ADO库文件 

    这行语句声明在工程中使用ADO，但不使用ADO的名字空间，并且为了避免常数冲突，将常数EOF改名为adoEOF。 

    (2)初始化OLE／COM库环境

    ：：CoInitialize(NULL)；

    放在所有ADO调用的前面，一般放在函数BOOLCTheApp：：InitInstance()里面。

    (3)关于数据类型转换

    由于COM对象是跨平台的，它使用了一种通用的方法来处理各种类型的数据，因此CString类和COM对象是不兼容的，需要一组API来转换COM对象和C++类型的数据。_variant_t和_bstr_t就是这样两种对象。它们提供了通用的方法转换COM对象和C++类型的数据。

    系统采用Win32 API函数实现后台与前台的串行数据传送。

1．3 前台单片机程序设计

    前台单片机(下位机)主要完成两个功能：一是与后台PC机(上位机)的串行通信；二是对电子标签(存储器芯片)的读写操作。单片机选用51系列即可。在与PC机的通信中，采用定时器T1，定时器工作于方式2，串行口工作于方式1，波特率设为2 400 b／s。串行E2PROM是近几年出现的一种新型的电可擦除存储器。与以往的并行存储器相比，其优点是体积小、占用硬件资源少、价格低；缺点是存取数据速度较慢。该类器件采用I2C总线进行通信，擦写次数达100万次，数据保存时间100年，非常适合做电子标签。由于所要存储的传感器数据量少于256个字节，所以选用ATMEL公司的串行E2PROM存储器AT24C02作为电子标签。系统采用单字节写、随机读方式，对存储器芯片AT24C02进行读写操作。

2 结 语

    振弦式传感器是土木工程中必不可少的质量监测器件，因其制造和应用场合的特殊性，在使用中有不少特殊问题。本文介绍的电子标签可以有效地解决因人为和环境因素造成的标签信息丢失问题，扫除了振弦式传感器在工程应用中的一个障碍。具有电子标签的传感器其引出电缆共有五根线。除原来的信号线和地线外，多了三根线，即电源线、I2C总线的SCL和SDA线。使用时，只需将手持仪接到上述三根线上即可读出传感器数据。显然，该系统只要稍加修改就可应用于其他电子或非电子产品中，因此，系统具有广泛的应用场合和较高的应用价值。