用MCGS实现霓虹灯显示设计论文

1、MCGS 组态软件课程设计组态软件课程设计题题 目：目： 基于基于 MCGS 实现霓虹灯显示实现霓虹灯显示 姓姓 名：名： 卢鹏飞卢鹏飞 学学 号：号： P101813412 学学 院：院： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 11 级自动化（级自动化（2）班）班 指导教师：指导教师： 王彩霞老师王彩霞老师 同同 组组 人：人： 何睦何睦 柴伟柴伟 吴冠南吴冠南 潘姣凤潘姣凤 成成 绩：绩： 西北民族大学西北民族大学 2014 年年 6 月月 12 日日霓虹灯显示设计霓虹灯显示设计专业：自动化 组员：卢鹏飞 吴冠南 何睦 柴伟 潘姣凤 指导教师：王彩霞老师摘要摘要 本课题的主要内容

2、为用 MCGS 组态软件对控制对象霓虹灯完成模拟设计。制作过程中，可以根据工程实际情况，利用 MCGS工控组态软件提供的底层设备的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、具有网络功能的工程，不受行业限制。关键词关键词：MCGS 组态软件 霓虹灯 数据库 实时数据处理ABSTRACTABSTRACTIn this paper，the main content is for using MCGS software to control objectneon complete simulation design. The production process,

3、 can according to engineering practice, use MCGS software provides equipment of the device driver, open database and picture production tools, can finish with an animation effects, real-time data processing, historical data and curve has the function of network coexist,engineering,not affected by in

4、dustry restrictions. Keywords: MCGS software、neon、database、real-time data processing。1 目目 录录1 绪论绪论.11.1 引言.11.2 组态软件的发展.11.3 本文主要研究内容.31.4 课题研究意义.32 MCGS 组态软件功能简介组态软件功能简介.42.1 MCGS 组态软件的整体结构.43 运行画面的设计运行画面的设计.53.1 工程的建立.53.2 用户窗口组态.73.3 定义数据对象.103.4 动画连接.113.5 运行策略组态.133.6组态画面的完善和组控窗口的设置.234 4 运行结果运

5、行结果.245 结论结论.25参考文献参考文献.26致致 谢谢.27成员工作成员工作: .28 西北民族大学电气工程学院 2013-2014 学年第二学期组态软件课程设计 11 绪论绪论1.1 引言引言 每当夜幕降临，楼宇上、道路旁缤纷夺目的霓虹灯广告，构筑了一道璀璨的城市夜景，作为主角-霓虹灯功不可没，而编程程序控制器是专用于工业自动化的工业计算机，是现代化的三大支柱之一。长期以来，MCGS 监控始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，其主要原因在于它能够为动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业和企业对自动化的需要。但在开

6、发传统的工业控制软件时，当被控制对象一旦变动，就必须修改控制程序，导致开发周期长。组态软件的出现解决了这个问题，通过 MCGS 组态软件仿真，我们不需要实物而通过微机的显示器就可以检验所编程程序的正确与否和执行结果。1.2 组态软件的发展组态软件的发展 新型的工业自动化控制系统正以标准的工业计算软件、硬件平台构成的集成系统，具有适应性强、开发性好、易于扩展、经济、开发周期短等明显优点。组态软件指数据采集于过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简洁的使用方法，并同时支持各种硬件厂家的计算机和 I/O 产品。目前世界上不

7、少专业厂商提供各种组态软基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 2件产品。 1.2.1 组态软件在我国的发展历程 最早开发的通用组态软件是 DOS 环境下的组态软件，其特点是具有简单的人机界面、图库、绘图工具箱的基本功能。随着 Windows 的广泛应用，Windows 环境下得组态软件与 DOS 环境下得组态软件成为主流。与 DOS 环境下得组态软件相比，其最突出的特点是图形功能有了很大的增强。国外很多优秀通过组态软件是在英文状态下开发的，对国内而言，它具有应用时间长，用户界面不理想，不支持国内普遍使用的硬件设备，这些正是国外通用状态组件的国内部能广泛应用的原因。随着国内计算机水平和工业

8、自动化水平的不断提高，近年来，一些技术力量雄厚的高科技公司相继开发出了适合国内使用组态软件。MCGS 组态软件就是其中的一种。 1.2.2 流行的组态软件 目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致分为万类：国外专业软件厂商提供的产品；国外硬件和系统厂商提供的产品；国内自行开发的国产化产品。近年来国外一些著名硬件或系统厂商亦推出了日趋成熟的组态软件产品，如美国的 Cimplicity，德国西门子公司的 WinCC 等。这些软件一改过去仅为其本身硬件配套发展的 OEM 形式，通过大力加强对其他硬件产品的驱动支持和软件内部的各种功能，而发展成为专业化的通用组态软件。基于 51 单片机的点阵广告板设

9、计（论文） 31.3 本文主要研究内容本文主要研究内容 课题主要内容为霓虹灯仿真系统的设计，组态软件主要用于实现实时监控；同时编辑相应的脚本程序控制功能。MCGS 组态软件用以制作仿真画面、编写仿真程序并与下位机进行通信。本界面需实现的控制要求为： A A、主要是控制“国家名”几个字形霓虹灯的闪亮过程，具体运行策略为：几个字段依次闪亮，再沿相反的方向依次熄灭。 B B、要求按动控制按钮时打开相应国家球队图片窗口。 C C、利用脚本程序可以完成霓虹灯的控制功能。D D、利用闪烁效果实现星星灯的闪烁。1.4 课题研究意义课题研究意义 长期以来，MCGS 监控始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各

10、种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。但在开发系统的工业控制软件时，当被控 对象一旦变动，就必须修改控制系统源程序，导致开发周期长。组态软件的出现解决了这个问题，使用户能通过自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动控制目的。另一方面，组态软件还可以用于教学实验中。由于条件所限，学校可能无法提供一些实验设备，同学们通过实验只能看到 I/O 口得输入输出情况，验证程序的真确性。运基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 4用组态软件就可以让同学们看到直观生动的实验结果，使得

11、理论和实际得到了完美的结合。2 MCGS 组态软件功能简介组态软件功能简介 MCGS 全文工业自动化控制组态软件为用户建立全新的过程测控系统通过了一整套解决方案。MCGS 工程组态软件是一套 32 位工控组态软件，可稳定运行于 Windows95/98/NT 和 windows 7 操作系统中，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备。 2.1 MCGS 组态软件的整体结构组态软件的整体结构 MCGS 组态软件由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境”两个系统组成。两部分相互独立，有紧密联系

12、。MCGS 组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序 McgsSet.exe 支持，其存放于 MCGSMU 目录的 Program 子目录中。用户在 MCGS 组态环境中生成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg 的工程文件，又称为组态结果数据库，其与 MCGS 运行环境一起， 构成了用户应用系统，统称为“工程” 。MCGS 运行环境是用户应用系统的运行环境，又可执行程序 McgsRun.exe 支持，其存放于 MCGS 目录的 Program 子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。 基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文）

13、53 运行画面的设计运行画面的设计 清楚霓虹灯运行工作的基础上，制定出设计方案。确定任务目标，以设计出合乎情理的仿真系统。仿真系统由上位机和下位机两部份组成，现在我们先着手于 MCGS 组态的设计工作仿真界面的设计工作。对工程设计人员来说，使用 MCGS 首先要了解整个工程的系统结构成和工艺流程，弄清测控对象的特征，明确主要的监控要求和技术要求等问题。在此基础上，拟定组建工程的总体规划和设想，主要包括系统应实现哪些功能，控制流程如何实现，需要什么样的用户窗口界面，实现何种动画效果以及如何在实时数据库中定义数据变量等环节，同时还要分析工程中设备的采集及输出通道与实时数据库中定义的变量的对应关系，

14、分清哪些变量是要求与设备连接的哪些变量是软件内部用来传递数据及用于实现动画显示的等问题。作好工程的整体规划，在项目的组态过程中能够尽量避免一些无谓的劳动，快速有效地完成工程项目。3.1 工程的建立工程的建立 进入 MCGS 组态环境后，单击工具条上的“新建”按钮，或执行“文件”菜单中的“新建工程”命令，系统自动创建一个名为“新建工程 X.MCG”的新工程（X 为数字，表示建立新工程的顺序，如1、2、3 等） 。由于尚未进行组态操作，新工程只是一个“空壳” ，一个包含五个基本组成部分的结构框架，接下来要逐步在框架中配置不同的功能部件，构造完成特定任务的应用系统。基于 51 单片机的点阵广告板设计

15、（论文） 63.1.1 工程功能分析 本课题是利用 MCGS 来控制霓虹灯的闪烁及工作过程。本界面需实现的控制要求为：A A、主要是控制“Brazil” ， “Spain” ， “German” ， “China” ， “France” ， “USA” ， “Australia” 7 个字形霓虹灯的闪亮过程，具体实现的控制功能为：7 个灯依次点亮，再沿相反的方向依次点亮，然后 7个灯间隔一个依次点亮，再沿相反方向间隔一个依次点亮，一个循环结束。B B、要求按动控制按钮时灯按控制要求打开对应国家球队图片窗口。在相应窗口添加位图，然后装载相应图片。 C C、利用脚本程序可以完成流水灯的控制功能。根

16、据流水灯的填充颜色的定义，可改变流水灯闪烁颜色。脚本程序添加到循环策略中。D D、利用闪烁效果实现星星灯闪烁以及主题灯的闪烁。闪烁效果表达式为：1。3.1.2 工程的定义A A、选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。B B、在文件名一栏内输入“霓虹灯演示工程” ，点击“保存”按钮，工程创建完毕基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 73.2 用户窗口组态用户窗口组态3.2.1 建立画面在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口 0” 。如图 3.1 图 3.1 窗口的建立3.2.2 编辑画面设置用户窗口属性：选择带定义的用户窗口图标，点鼠标右键选择属性，弹出“用户窗

17、口属性设置”对话框，按所列款项设置有关属性。用户窗口的属性包括基本属性、扩充属性和脚本控制（启动脚本、循环脚本、退出脚本） 。由用户选择设置。窗口的基本属性包括窗口名称、显示标题、背景颜色、窗口位置、窗口边界、窗口大小等项内容。窗口的扩充属性包括窗口的外观、位置坐标和视区大小等项内容。窗口的视区是指实际可用的区域，与屏幕上所见的区域可以不同，当选择视区大于可见区时，窗口侧边滚动条，操作滚动条可以浏览窗口内所有的图形对象。脚本控制包括启动脚本，循环脚本和退出脚本，启动脚本在用户基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 8窗口打开时执行，循环脚本是在窗口打开期间以指定的间隔循环执行，退出脚本则是

18、在用户窗口关闭时执行。具体操作步骤为：双击“窗口0”窗口图标，进入动画组态窗口，开始编辑画面；双击画面，弹出设置窗口。见图 3.2 图 3.2 窗口属性按上图将“窗口名称”设置为“霓虹灯” ；“窗口位置”选中最大化显示；“窗口边界”设定为可变边，其余不变。3.2.3 主画面的编辑MCGS 提供了三类图形对象供用户选用，即图元对象、图符对象和动画构件。这些图形对象位于常用符号工具箱和动画工具箱内，用户从工具箱中选择所需要的图形对象，配置在用户窗口内，可以创建各种复杂的图形。图形对象创建完成后，要对图形对象进行各种编辑工作，如：改变图形的颜色和大小，调整图形的位置和排列形式，图形的选转及组合分解等

19、项操作，MCGS 提供了完善的编辑工具，使用户能快速制作各种复杂基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 9的图形界面，以图形方式精确表示外部物理对象。具体操作步骤如下：A A、单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。B B、选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈十字形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。C C、在光标闪烁的位置输入文字“the” ，按回车键或在窗口任意位置单击一下，文字输入完毕。D D、选中文字框，作如下设置：点击（填充色）按钮，设定文字框的背景颜色为：无填充色。点击（填线色）按钮，设定文字框的边线颜色为：无边线颜色。点击（字符颜色）按

20、钮，将文字颜色设为：兰色。点击（字符字体）按钮，设文字字体为：cityblueprint；字型为：粗体；大小为：72。E E、按照以上步骤分别输入 “world”，“cup”的字样，设置相应的颜色。加入可见度控制。F F、接着对每个字段进行复制，将字符颜色设置为白色，没有其他的设置。然后将两个相同的字段叠加在一起，兰色的在上面。其他字段也作此设置。最后将三个字段合成单元。G G、点击“工具箱”内的“矩形”按钮，鼠标的光标呈十字形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个条状的矩形。填充色为红色，填线色为无边线颜色，加入填充颜色控制，设置如图 3.3 所示，制作如图 3.4 所示：基于 51

21、 单片机的点阵广告板设计（论文） 10 图 3.3 流水灯的属性设置 图 3.4 流水灯制作最后， 本设计小组设计的最终效果显示图如图 3.5 所示图 3.5 霓虹灯主画面3.3 定义数据对象定义数据对象 数据对象是实时数据库的基本单元。将系统参数加以定义，定义中不只包含了数值类型，还包含参数的属性及其操作方法，这种把数值、属性和方法定义成一体的数据就称为数据对象。构造实时数据库的工程，就是定义数据对象的过程。在实际组态过程中，一般无法一次全部定义所需的数据对象，而是根据情况需要逐步增加。MCGS 中定义的数据对象的作用域是全局的，像通常意义的全局变量一样，数据对象的各个属性在整个运行过程中都

22、保持有效，系统中的其他部分都能对实时数据库中的数据对象进行操作处理。为了方便用户对数据变量的统计，MCGS 组态软件提供了计数检验功能。通过使用计数检查，用户可清楚的掌握各种类型数据变量的数据及使用情况。具体操作基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 11方式极其简单，只需单击工具栏中“工具”菜单中的“使用计数检查”选项即可。定义数据对象的工程，就是构造实时数据库的工程。定义数据对象时，在组态环境工作台窗口中，选择“实时数据库”标签，进入实时数据库窗口页面，显然已定义的数据对象。见图 3.6 所示图 3.6 实时数据库3.4 动画连接动画连接 到现在为止，我们由图形对象搭制而成的图形界面是

23、静止的，需要我们对这些图形对象进行动画属性设置，使它们“动”起来，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS 实现图形动画设计的主要方式是将用户窗口中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性，这样在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，就会由数据对象的实时采集结果进行驱动，从而实现图形的动画效果，使图形界面“动”起来。所谓动画连接，实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象，建立起对应的关系，在不同的数值区间内设置不基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 12同的图形状态属性（如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果

24、等） ，将物理对象的特征参数以动画图形方式来进行描述，这样在系统运行过程中，用数据对象的值来驱动图形对象的状态改变，进而产生形象逼真的动画效果。3.4.1 动画连接方式 图元、图符对象的动画的动画连接方法，如下图 3.7 所示，图元、图符对象所包含的动画连接方式用四类共 11 种： 图 3.7 动画连接方式3.4.2 特殊动画连接在 MCGS 中，特殊动画连接包括可见度和闪烁效果两种方式，用于实现图元、图符对象的可见与不可见交替变换和图形闪烁效果，图形的可见度变换也是闪烁动画的一种。MCGS 中每一个图元、图符对象都可以定义特殊动画连接的方式。基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 133

25、.4.3 设计连接 本设计中需要制作动画效果的部分包括：A A、字段灯的点亮和熄灭B B、流水灯的循环流动和熄灭 字段灯的点亮和熄灭： 字段灯的点亮和熄灭效果是通过特殊动画连接中的可见度实现的。设置步骤如下：（以字灯 0 的设置为例）A A、双击字灯 0，弹出单元属性设置窗口。B B、选中“特殊动画连接”标签中的“可见度” 。C C、选中标题栏的“可见度” 。如图 3.8。D D、表达式一栏填“字灯 0” ，选“对应图符可见” 。E E、按此方法设置其余的六个灯。图 3.8 属性设置3.5 运行策略组态运行策略组态 到目前为止，经各部分组态配置生成的组态工程，只是一个顺序执行的监控系统，不能对

26、系统的运行流程进行自由控制，这只能适应基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 14简单工程项目的需要。对于复杂的工程，监控系统必须设计成多分枝，多层循环嵌套结构，按照预定的条件，对系统的运行状态进行有针对性选择和精确的控制，为此，MCGS 引入运行策略的概念，用以解决上述问题。3.5.1 设置方法 根据运行策略的不同作用和功能，MCGS 把运行策略分为启动策略，退出策略，循环策略，用户策略，报警策略，事件策略，热键策略八种。 由于霓虹灯是按人的意志而点亮和熄灭及闪烁，因此就需用到运行策略里的脚本程序控制和开关按钮控制。控制要求为“Brazil” ，“Spain” ， “German” ，

27、“China” ， “France” ， “USA” ， “Australia” ，7个字段灯以中间变量自加 1 的时间间隔依次点亮后，再沿相反的方向依次熄灭。7 个字段灯以中间变量自加 2 的时间间隔依次点亮后，再沿相反的方向依次熄灭。然后又顺时针依次点亮，在沿相反方向依次熄灭。如此循环往复。 （策略构件）：策略行中的功能部分为策略构件。提供了“策略工具箱” ，一般情况下，用户只需要从工具箱中选择标准构件，配置到“策略组态”窗口内，即可创建用户所需的策略块，当标准构件满足不了要求时，由于采用了构件作为最小元素来构造运行策略，使得MCGS 具有良好的开放性和可扩充性。对于特别复杂的工程，只需定

28、制若干能完成特定功能的构件，将其增加到 MCGS 系统中来，就可使已有的基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 15监控系统增添各种控制功能，而无需对整个系统做任何修改。A在“运行策略”中，双击“循环策略”进入策略组态窗口。B双击图标进入“策略属性设置” ，将：循环时间设为200ms，按“确认” 。在运行策略中，双击“循环策略”进入策略组态窗口。C 在策略组态窗口中，单击工具条中的“新增策略行”图标，增加一策略行，如图 3.9。如果策略组态窗口中，没有策略工具箱，请单击工具条中的“工具箱”图标，弹出“策略工具箱” 。如图 3.9图 3.9 新增策略行和策略工具箱D 单击“策略工具箱”中的策

29、略调用，将鼠标移到策略块图标 上，双击鼠标左键，添加策略调用构件。3.5.2 脚本程序单击“运行策略”中的“新建策略” ，选中“用户策略”再单击确定，添加策略块，如图 3.10 所示图 3.10 添加策略块双击新建的策略块进入策略组态编辑环境，按照 3.5.1 中的步骤 D基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 16来增加策略行且加入脚本程序构件。如图 3.11 所示图 3.11 添加脚本程序策略行双击脚本程序图标进入脚本程序编辑环境，主要用到条件语句和赋值语句。字段灯控制循环程序如下：if flag=0 thenif k0 thenk=k-1elseflag=2exitendifendi

30、fif flag=2 then基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 17if k=2 thenk=k-2elseflag=0exitendifendifif k=0 then字灯 0=1else字灯 0=0endifif k=1 then字灯 1=1else字灯 1=0endif基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 18if k=2 then字灯 2=1else字灯 2=0endifif k=3 then字灯 3=1else字灯 3=0endifif k=4 then字灯 4=1else字灯 4=0endifif k=5 then字灯 5=1else字灯 5=0endifif k=

31、6 then字灯 6=1else基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 19字灯 6=0endif流水灯的循环程序如下：IF T1=0 THEN 流水灯 1=2流水灯 3=2流水灯 5=2流水灯 7=2流水灯 9=2流水灯 11=2流水灯 13=2流水灯 15=2流水灯 17=2流水灯 2=2流水灯 4=2流水灯 6=2流水灯 8=2流水灯 10=2流水灯 12=2流水灯 14=2流水灯 16=2endifT1=T1 + 1IF T1=1 THEN 流水灯 2=1流水灯 4=1流水灯 6=1流水灯 8=1基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 20流水灯 10=1流水灯 12=1流水灯

32、 14=1流水灯 16=1流水灯 1=0流水灯 3=0流水灯 5=0流水灯 7=0流水灯 9=0流水灯 11=0流水灯 13=0流水灯 15=0流水灯 17=0 endifIF T1=2 THEN 流水灯 1=1流水灯 3=1流水灯 5=1流水灯 7=1流水灯 9=1流水灯 11=1流水灯 13=1流水灯 15=1流水灯 17=1流水灯 2=0流水灯 4=0流水灯 6=0流水灯 8=0基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 21流水灯 10=0流水灯 12=0流水灯 14=0流水灯 16=0endifIF T1=2 THEN T1=0Endif流水灯的控制开关程序如下:IF 流水灯开关=0

33、 THEN 流水灯 1=2流水灯 3=2流水灯 5=2流水灯 7=2流水灯 9=2流水灯 11=2流水灯 13=2流水灯 15=2流水灯 17=2流水灯 2=2流水灯 4=2流水灯 6=2流水灯 8=2流水灯 10=2流水灯 12=2流水灯 14=2流水灯 16=2endif基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 22IF 流水灯 16=2 THEN T1=0endif封面足球移动的程序为：move=move+6if move50 thenmove=move-50endif3.5.3 策略调用在完成上述程序编写后，需要在循环策略里调用已建立的用户策略，如图 3.12 所示图 3.12 策略

34、调用在设置控制个循环程序时的控制模块，需在策略调用时加入表达式条件，点击按钮，弹出策略行条件属性，设置如下，如图 3.13所示图 3.13 策略行条件属性设置基于 51 单片机的点阵广告板设计（论文） 233.6 组态画面的完善和组控窗口的设置组态画面的完善和组控窗口的设置主画面设置完毕，可以加以完善。在用户窗口增加“封面” ，封面绘制好后，先选中封面窗口单击右键弹出对话框选择“设置为启动窗口”。然后通过标签按钮制作出。双击进入属性设置，添加按钮功能，对应的功能为“打开用户窗口”的“霓虹灯”窗口。主控画面的设置方法也类似与前面“用户窗口”的设置方法。过程如图 3.14 所示图 3.14 属性设置制作好的封面效果显示如图 3.15 所示图 3.15 封面画面对于新建的工程，MCGS 提供了一套缺省菜单，用户也可以根据需要设计自己的菜单。鼠标双击主控窗口图标，弹出组态窗口，输入各级菜单。 具体设置方法：点击