0 引言

　　開放式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前CNC技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,而基于/PC+運動控制器0結(jié)構(gòu)體系的開放式數(shù)控系統(tǒng)也已成為自動化領(lǐng)域備受關(guān)注的數(shù)控裝置之一。含有DSP處理器的運動控制器,實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和功能,完成數(shù)控系統(tǒng)中補償處理、速度控制、位置控制等實時性任務(wù); PC機利用其豐富的軟件資源,在Windows環(huán)境下開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序模塊,專注于人機界面、輸入輸出、預(yù)處理、發(fā)送指令等弱實時和非實時性任務(wù)的實現(xiàn)。人機界面是集成各種應(yīng)用程序模塊的平臺,設(shè)計一個界面簡潔,操控方便的人機界面,是構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)的重要內(nèi)容。本文介紹采用C++Builder編程語言構(gòu)建基于固高GT400-SV型運動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)人機界面的實現(xiàn)方法。

1 界面顯示方案選擇

　　在界面的設(shè)計初期,擬訂了兩種界面顯示方案:多窗口模式和窗口分頁顯示模式。

　　在多窗口模式下,將每一個功能模塊設(shè)計在一個功能子窗口上。即先設(shè)計一個主窗口,在主窗口下分設(shè)多個子窗口來作為各個功能模塊的接口。但這種模式的界面整體性不夠好,每需要一種功能時必須得激活相應(yīng)窗口,其他窗口會被隱藏起來,而這種隱藏會使各個功能窗口混到一起,當(dāng)需要激活某一特定功能時,無法確認(rèn)所要打開的窗口。

　　單一窗口分頁顯示模式是在一個主窗口上設(shè)計出多個分頁,將特定的功能模塊設(shè)計在相應(yīng)的分頁上,這樣每個分頁在主窗口上都有確定的位置。這種顯示方式能夠很方便地在各個功能之間進(jìn)行切換。通過兩種方案的對比,決定采用第二種方案。

2 界面設(shè)計與文件銜接

　　界面設(shè)計與文件的銜接是界面設(shè)計的重點。下面針對具有代表性的模塊論述銜接過程。在同一類功能當(dāng)中,設(shè)計思想是一樣的,不同的只是所響應(yīng)的事件不同而已。

　　2.1 主程序文件與程序編輯器

　　設(shè)計程序編輯器是為了讓主程序文件當(dāng)中的函數(shù)能夠讀取和編輯程序編輯器當(dāng)中的代碼。通過以下函數(shù)來實現(xiàn)其銜接:

　　(1)Dword CallbackThreadFunc(void* ptr)

　　這個函數(shù)是一個線程回調(diào)函數(shù),函數(shù)體實現(xiàn)的功能跟一般的函數(shù)類似,唯一不同的是這種函數(shù)只能夠用于多線程,只能由某一線程調(diào)用。當(dāng)一個線程建立起來后,它必須調(diào)用某一個線程函數(shù)才能夠完成某一特定功能。例如在程序設(shè)計中,通過建立一個線程來執(zhí)行G代碼轉(zhuǎn)換,這個線程的作用是從編輯器讀取G代碼,經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換,再調(diào)用GT400基本功能函數(shù)。由于C++Builder中的RichEdit編輯器控件本身的功能就很完善,所以只要一條原代碼,就完成了從編輯器中讀取G代碼的功能。原代碼是: pedit=Form1->RichEdit1->Lines->GetText();

　　(2)void _fastcallTForm1:: SetFileName(constAn-siString FileName)

　　這個函數(shù)完成的功能是為編輯器當(dāng)中所編輯的未命名或重命名文件設(shè)定文件名并在標(biāo)題欄顯示出來。這個函數(shù)與界面的關(guān)系,可以從整條語句看出:TForm1是一個窗體類,而Form1為控制界面的主窗體,因而它屬于主窗體文件,要連接到界面還須配合界面的相應(yīng)功能按鈕。

　　(3)void _fastcallTForm1::CheckFileSave(void)

　　這個函數(shù)檢查G代碼是否被修改過,如果被修改過則在文件關(guān)閉或進(jìn)行一些其他操作時,提示是否要對當(dāng)前文件進(jìn)行存儲。這個函數(shù)可以由其它函數(shù)調(diào)用,也可以響應(yīng)界面編輯按鈕來完成對G代碼文件的檢驗。

　　(4)TTextAttributes* _ fastcall TForm1:: CurrText(void)

　　這個函數(shù)從編輯器中返回所選擇字體的屬性。這些函數(shù)完成了編輯器與主程序的連接,是界面和G代碼轉(zhuǎn)換的橋梁。

　　2.2 界面功能按鈕與響應(yīng)事件的銜接

　　在控制界面當(dāng)中,功能按鈕大致可以分為三類:第一類是主菜單底下的子菜單按鈕;第二類是工具欄中的快捷按鈕;第三類是界面上的其它功能按鈕。這三類按鈕是程序與界面銜接的重要部分,現(xiàn)以第一類按鈕當(dāng)中存儲子菜單為例說明銜接過程:

　　在完成菜單項的界面設(shè)計之后,先在集成開發(fā)環(huán)境當(dāng)中單擊存儲子菜單按鈕,則在主程序文件當(dāng)中會自動生成這樣一個函數(shù):

　　void __fastcallTForm1::N7Click(TObject* Sender)　　{　　}

　　由于沒有響應(yīng)事件,在編譯運行后點擊該子菜單時,系統(tǒng)不做任何響應(yīng)。然后在響應(yīng)函數(shù)當(dāng)中添加如下實體,以便完成存儲功能:

　　void __fastcallTForm1::N7Click(TObject* Sender)　　{　　if(! strcmp(FFileName. c_str(), "未命名")); //判斷G　　代碼文件是否命名　　{ if(SaveDialog1->Execute()); //沒有命名,打開存儲　　文件對話框　　 { RichEdit1->Lines->SaveToFile(SaveDialog1->　　FileName); //存儲文件 SetFileName(SaveDialog1->FileName); //在文件標(biāo)題上顯示　　 RichEdit1->Modified=false; //復(fù)位文件修改標(biāo)志　　 }　　 }　　else //如果文件已命名則直接存儲　　{　　RichEdit1->Lines->SaveToFile(FFileName);　　RichEdit1->Modified=false;　　}　　}

　　這樣,程序運行之后點擊存儲按鈕,就可完成將編輯器當(dāng)中的G代碼存儲起來。

　　第二類是工具欄上的快捷工具按鈕,而在子菜單當(dāng)中又都能夠找到它們的響應(yīng)按鈕,所以可以直接將它們與各個相應(yīng)子菜單按鈕銜接,這樣就不用在它們的函數(shù)當(dāng)中添加同樣的函數(shù)體以省去寫原代碼的麻煩。仍以存儲按鈕為例,通過兩種方法來實現(xiàn)兩個按鈕的銜接:

　　(1)在集成開發(fā)環(huán)境當(dāng)中的界面工具欄上選中存儲按鈕(假設(shè)界面已設(shè)計好),在左邊控件屬性欄中點擊even,t再點擊Onclick右邊的框子,在下拉菜單中選相應(yīng)按鈕名稱即可完成銜接。

　　(2)在集成開發(fā)環(huán)境當(dāng)中的界面工具欄上雙擊存儲按鈕,在主程序文件當(dāng)中會自動生成如下響應(yīng)函數(shù):

　　void __fastcallTForm1::ToolButton1Click(TObject* Sender)　　{　　}　　在函數(shù)體中添加如下代碼即可完成兩個按鈕之間的銜接:

　　void __fastcallTForm1::ToolButton1Click(TObject* Sender)　　{　　N7Click(Sender);　　}

　　由于設(shè)計思路一樣,對其他按鈕的銜接問題不再贅述。

　　2.3 界面參數(shù)的讀入

　　在控制界面上讀入各種控制參數(shù),才能建立起系統(tǒng)的運行環(huán)境。界面參數(shù)輸入一般通過Edit和Com-boBox等控件來實現(xiàn)。

　　如圖1所示為設(shè)定系統(tǒng)周期的輸入框,通過下面函數(shù),可將輸入框中的各個參數(shù)輸入系統(tǒng):

　　void ZhouqiSet()　　{　　 short rtn;　　 tm=StrToFloat(Form1->cbotm->Text);　　 lmt=StrToFloat(Form1->cbolmt->Text);　　 enc=StrToFloat(Form1->cboenc->Text);　　 .　　}

　　圖中三個輸入框都是ComboBox控件,從上到下被命名為cbotm、cbolmt、cboenc。系統(tǒng)伺服周期通過Form1->cbotm->Text語句讀入,此語句在功能上相當(dāng)于一個指針,對應(yīng)地址當(dāng)中的內(nèi)容就是向輸入框當(dāng)中輸入的數(shù)字,這時參數(shù)的類型為String而不是整形或浮點型,因而需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換后再賦予相應(yīng)變量,以便系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用。轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)類型通過這樣的語句實現(xiàn): tm=StrToFloat(Form1->cbotm->Text),這句將周期輸入框中的輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成浮點型,再賦予周期變量。

　　Edit控件的讀入原理跟ComboBox一樣。

　　2.4 界面參數(shù)的輸出

　　在程序設(shè)計中,用到的數(shù)據(jù)輸出控件主要有Lable控件、PaintBox控件及狀態(tài)條StatusBar控件。PaintBox控件的使用與圖形顯示有關(guān),而Lable控件是一個標(biāo)簽控件,它可以用于在界面上標(biāo)示各種輸入輸出框的作用,也可以直接用于輸出某一數(shù)據(jù),在設(shè)計中,除了利用這個控件來標(biāo)示各種輸入框外,還用于輸出X軸和Y軸的位置坐標(biāo)。以顯示運行軌跡界面X、Y位置坐標(biāo)為例,論述其輸出過程。

　　首先,訪問GT400運動控制器的位置寄存器。訪問函數(shù)為: shortGT_GetAtlPos(long* Apos);這個函數(shù)返回各坐標(biāo)的位置數(shù)據(jù),以便實現(xiàn)必要的位置數(shù)據(jù)輸出和圖形顯示。位置坐標(biāo)的讀回代碼為:

　　EnterCriticalSection(&Sect1); //多線程中初始化臨界區(qū)域　　rtn=GT_Axis(1); error(rtn);　　rtn=GT_GetAtlPos(&actl_xpos); error(rtn); //讀回X位置值,放到變量actl_xpos中　　rtn=GT_Axis(3); error(rtn);　　rtn=GT_GetAtlPos(&actl_ypos); error(rtn); //讀回Y位置值,放到變量actl_ypos中　　LeaveCriticalSection(&Sect1); //釋放臨界區(qū)然后,在界面上顯示坐標(biāo)位置:　　Form1->xpos->Caption=" " +IntToStr(actl_xpos); //　　將X軸的位置值向運行軌跡分頁的X軸標(biāo)簽處輸出　　Form1->StatusBar1->Panels->Items[1] ->Text="　　X: "+IntToStr(actl_xpos); //將X位置值向控制界面的狀態(tài)欄輸出　　Form1->ypos->Caption=" " + IntToStr( actl_ypos);　　//將Y軸的位置值向運行軌跡分頁的Y軸標(biāo)簽處輸出　　Form1->StatusBar1->Panels->Items[2] ->Text="　　Y: "+IntToStr(actl_ypos); //將Y位置值向控制界面的狀態(tài)欄輸出

　　第一句涉及到多線程當(dāng)中對公共變量的訪問問題。為了避免在多線程中因為同時訪問公共數(shù)據(jù)塊而造成不良后果,需要對公共數(shù)據(jù)塊進(jìn)行保護(hù),直到一個線程對它的訪問結(jié)束為止,在設(shè)計中調(diào)用的是W in32的API函數(shù)進(jìn)行臨界區(qū)域的劃定,即EnterCriticalSec-tion(&Sect1)和LeaveCriticalSection(&Sect1)。設(shè)定臨界區(qū)域后就可以保證一次只有一個線程對該區(qū)域進(jìn)行訪問,而不會引起數(shù)據(jù)訪問的沖突。

3 軌跡顯示設(shè)計過程

　　分的執(zhí)行代碼包含在Display. cpp程序文件當(dāng)中。運行軌跡界面設(shè)計成其被激活時才顯示軌跡,其它界面被激活時不顯示。運動軌跡顯示的坐標(biāo)軸采用紅色,運行G00時運動軌跡采用黃色,其它軌跡采用藍(lán)色。設(shè)計中用到C++Builder中的兩個控件:一個是Standard組件當(dāng)中的GroupBox控件,它用來標(biāo)記出軌跡顯示的邊界;另一個是System組件當(dāng)中的PaintBox控件,即圖形顯示控件,它能夠在窗體上指定形成一個Canvas對象的繪圖區(qū)域,通過這個繪圖區(qū)域可以實現(xiàn)運動軌跡的實時顯示。實現(xiàn)步驟分為兩步:

　　(1)在窗體初始化時先畫出坐標(biāo)軸,它通過Dis-play. cpp程序文件當(dāng)中的void Coordinate()函數(shù)實現(xiàn);

　　(2)當(dāng)程序運行時,通過位置讀回函數(shù)GT_GetAt-lPos(double)不斷讀回坐標(biāo)位置值,并將其映射到坐標(biāo)軸中去,再利用定時器快速刷新坐標(biāo)值,而每一個坐標(biāo)值勾畫一段小直線,這樣無數(shù)段小直線便勾畫出各種運動軌跡。該部分的功能通過Display. cpp程序文件當(dāng)中的void Display ()函數(shù)來實現(xiàn)。

4 結(jié)束語

　　初步完成了以固高GT400-SV運動控制器構(gòu)建的開放式數(shù)控系統(tǒng)人機界面部分的設(shè)計。通過調(diào)試證明,所設(shè)計的人機界面滿足兩坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)的要求。此界面包括了常用的菜單欄、工具欄、界面顯示欄等。設(shè)計方法和過程對構(gòu)建基于運動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)人機界面具有一定的通用性。設(shè)計中對界面作了相應(yīng)地優(yōu)化,去掉了那些具有重復(fù)功能的按鈕,并使菜單欄和工具欄中的按鈕只有在編程界面上有效,而在其它界面上無效,提高了系統(tǒng)的可靠性。