3監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)3.1監(jiān)控終端總體設(shè)計(jì)3.1.1電控系統(tǒng)的基本構(gòu)成整個(gè)提升機(jī)電控系統(tǒng)的重點(diǎn)是主控制系統(tǒng)，它的作用是結(jié)合傳動(dòng)系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)及其它設(shè)備的各種信號(hào)和數(shù)據(jù)，對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障提升機(jī)是在安全穩(wěn)定地運(yùn)行中以及工作人員的生命安全。其中，電控系統(tǒng)由低壓配電柜、可編程控制箱、變頻電源柜，操作臺(tái)、制動(dòng)電阻柜、觸摸屏等組成[6]張智永.礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].安徽理工大學(xué).，[6]張智永.礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].安徽理工大學(xué).圖3-1提升機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖簡而言之，電控系統(tǒng)主要是兩個(gè)微型計(jì)算機(jī)組成，分別為有主控制系統(tǒng)的PLC以及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。下位機(jī)主要是通過對(duì)數(shù)據(jù)的采集，實(shí)時(shí)地發(fā)布控制信號(hào)；上位機(jī)是具備著實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的檢測(cè)功能，同時(shí)還具備人工智能的后臺(tái)管理，還有能夠完成多畫面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及能夠顯示多種參量的曲線和數(shù)碼并且自動(dòng)記錄下來，在出現(xiàn)故障后完成報(bào)警并記錄下來[7]趙偉光.礦井提升機(jī)電控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)與研究[D].。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、智能儀器的發(fā)展及各類監(jiān)控軟件的開發(fā)，礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能也越來越有好，能夠?qū)崟r(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，也能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行速度、設(shè)備的工作狀態(tài)、并及時(shí)故障報(bào)警等功能[7]趙偉光.礦井提升機(jī)電控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)與研究[D].[8]劉濤.新型礦井提升機(jī)變頻電控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].河南理工大學(xué).提升機(jī)控制器通過總線和各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連接，在信號(hào)傳輸通道作用下，單片機(jī)采用基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103ZET6，通過Lora芯片SX1278接收終端傳來的監(jiān)測(cè)信息，然后進(jìn)行信息分析，將信息傳給控制室或者遠(yuǎn)程控制中心。系統(tǒng)一方面將輸出處理后的信號(hào)送入顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示，當(dāng)檢測(cè)到出現(xiàn)反常事件時(shí)，會(huì)自覺發(fā)出中斷信號(hào)，這時(shí)控制器操控?cái)z像頭拍攝各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，將拍攝的圖片存儲(chǔ)到控制器數(shù)據(jù)庫中并獲取圖片數(shù)據(jù)，同時(shí)如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常，及時(shí)啟動(dòng)語音模塊進(jìn)行語音報(bào)警，便于現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)處理情況，從而保證整個(gè)井下人員的安全[9][9]刁志剛,王宏宇.DesignofIntelligentMulti-levelMineMonitoringTerminalBasedonLoRa%基于LoRa的智能多級(jí)礦井監(jiān)控終端設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2019,040(005):180-182.3.2可編程控制器簡介3.2.1PLC的基本概念可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，簡稱PLC，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一部分，它最初是由繼電器進(jìn)行的邏輯控制的，隨著科技技術(shù)的發(fā)展，才逐漸成為現(xiàn)如今的PLC。由于它采用的是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，所以在工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備中應(yīng)用也十分廣泛，也成為了自動(dòng)控制的最基本組成部分。目前，國內(nèi)先進(jìn)水平的工業(yè)控制就是PLC的控制技術(shù)，并且伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，它的功能已經(jīng)不僅僅局限于邏輯方面的控制，而且還有了強(qiáng)大的可延展性和發(fā)展性，因此，今天這種裝置也稱作可編程控制器，簡稱PC[10][10]孫劍鋒.礦井提升機(jī)數(shù)字交流變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].3.2.2PLC的基本結(jié)構(gòu)事實(shí)上，PLC就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的基本結(jié)構(gòu)主要由中央處理器（CPU）、輸入模塊、輸出模塊、編程終端、存儲(chǔ)器、電源等部分組成，如圖3-2所示。其中，CPU是PLC的核心，而輸入模塊與輸出模塊的作用就是連接CPU之間的接口與現(xiàn)場(chǎng)輸入、輸出設(shè)備的電路，編程器用于上位機(jī)等設(shè)備連接進(jìn)行的編程控制[11][11]李敬儒.井采鐵礦提升機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].2019.圖3-2PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2.3監(jiān)控終端與PLC通訊監(jiān)控終端與PLC通訊采用的是PLC自身的通訊適配器，不需要再使用另外的通訊設(shè)備，PLC處直接接入PLC的MPI端口，上位機(jī)使用以太網(wǎng)通信模塊進(jìn)行接口的連接，如下圖3-3所示。圖3-3PLC通信原理圖3.3監(jiān)控終端組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)作為提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的上位機(jī)，通過監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)提升系統(tǒng)運(yùn)行過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控[12]董青青.基于SCREENWARE2的礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2016,No.209(09):36-37.。監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分是監(jiān)控終端，它由計(jì)算機(jī)和控制器通過以太網(wǎng)通信連接組成，利用監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控良好的運(yùn)行，具有顯示、報(bào)警、存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集等等功能[12]董青青.基于SCREENWARE2的礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2016,No.209(09):36-37.圖3-3監(jiān)控終端的組成結(jié)構(gòu)3.4硬件設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)3.3.1處理器模塊處理器主要的任務(wù)是協(xié)調(diào)各個(gè)其他部分的工作，完成運(yùn)算和控制功能，是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)單元。因此，處理器選擇采用ST公司基于Cortex-M3內(nèi)核的32位增強(qiáng)型閃存微控制器STM32F103ZET6作為控制核心，它具有3種低功耗模式，包括支持等待、睡眠和停止。由于該控制器的特殊性，讓它具備系統(tǒng)存儲(chǔ)的低要求，同時(shí)中斷處理快速的特點(diǎn)，也能夠快速地滿足控制需求。該芯片最高工作頻率可達(dá)到72MHz，具有512K字節(jié)的閃存以及64K字節(jié)的SRAM，大大減少了系統(tǒng)硬件，配合ST公司發(fā)布的函數(shù)庫,還可同時(shí)大大收縮開發(fā)周期，從而降低開發(fā)成本[13]李楠,[13]李楠,李建義,張紅亮,等.DesignandRealizationofanEnvironmentMonitoringTerminalBasedonSTM32%基于STM32的環(huán)境監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2013,023(001):15-18,21.3.3.2無線通信模塊無線通信模塊由實(shí)現(xiàn)SX1278，TCXO(溫度補(bǔ)償晶體振蕩器)和射頻切換電路組成。它是一款遠(yuǎn)程通信組網(wǎng)用無線射頻芯片，具有成本低、功耗低、通信距離遠(yuǎn)、抗干擾性好等特點(diǎn)；TCXO為SXl278提供精確時(shí)鐘；射頻切換電路負(fù)責(zé)SXl278半雙工通信模式切換。SXl278在睡眠模式下，處理器對(duì)SXl278配置寄存器Re90pMode進(jìn)行設(shè)置，使SXl278工作在Lora調(diào)制模式；處理器通過SPI接口對(duì)SXl278的配置寄存器、狀態(tài)寄存器和FIFO緩存器進(jìn)行讀寫操作來完成控制[14]。如下圖3-4所示：圖3-4無線通信模塊電路原理圖3.3.3傳感器模塊由于礦井中環(huán)境的不同，所用傳感器數(shù)量和種類各有千秋，也為了能使設(shè)計(jì)平臺(tái)具有通用接入的能力，傳感器采用成熟的插人式標(biāo)準(zhǔn)化模塊，將模塊安裝在監(jiān)控終端內(nèi)部插座上，實(shí)現(xiàn)通用化靈活配置[14]。3.3.4電源模塊電源模塊將外部不同的輸入電壓值轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的電壓值，保持輸出電壓的穩(wěn)定，提供足夠的電流，保證電能的連續(xù)供應(yīng)。整個(gè)電路系統(tǒng)包括多個(gè)芯片，對(duì)電壓提出了不同的要求，使系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定地工作。如圖3-5所示：圖3-5電源模塊電路圖3.3.5儲(chǔ)存器模塊存儲(chǔ)器模塊采用SD卡，接口方式選擇SPI通信方式，主要用于系統(tǒng)參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。在flash存儲(chǔ)器的新一代記憶設(shè)備的基礎(chǔ)上，它被廣泛運(yùn)用到遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，當(dāng)然也可以在便攜式裝置上使用，并且它支持文件系統(tǒng)操作，可以在計(jì)算機(jī)中直接查看相關(guān)文件。由于它的容量大，達(dá)到GB級(jí)別的原因并且最大支持讀寫4GB，使它的讀取數(shù)據(jù)的速度快，為數(shù)據(jù)的傳輸提供了支持[15][15]黃冬冬.天然氣無人值守站遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].2015.圖3-6儲(chǔ)存器模塊電路原理圖3.3.6語音報(bào)警模塊語音模塊采用SYN7318，它使用UART接口通信方式接收命令幀。在它強(qiáng)大的語音識(shí)別能力背景下，具有著語音合成、語音喚醒和語音識(shí)別等功能，同時(shí)它也支持10000多條詞條，實(shí)現(xiàn)語義的理解，滿足了人機(jī)交互的需求[9]。如圖3-7所示：3.3.7以太網(wǎng)模塊由于以往大多數(shù)同類傳感器終端都采用串口與上位機(jī)進(jìn)行通信,導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸距離近且速率低。因此，本設(shè)計(jì)采用以太網(wǎng)接口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的串口，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，降低了下位機(jī)的開發(fā)難度，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的遠(yuǎn)程控制。以太網(wǎng)模塊與處理器的通信端口采用標(biāo)準(zhǔn)SPI接口和TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使控制器可以較輕松地聯(lián)上互聯(lián)網(wǎng)。3.3.8顯示模塊顯示器作為監(jiān)控系統(tǒng)的部分之一，是屬于必不可少的設(shè)備，則本文顯示模塊選擇采用發(fā)光二極管和LED，發(fā)光二極管具有提示提升方向、傳感器信號(hào)和故障的狀態(tài)等作用；LED則是用來顯示提升機(jī)運(yùn)行速度、行程、當(dāng)前時(shí)間等信息。一套設(shè)計(jì)良好的儀器能方便地進(jìn)行人機(jī)交互，對(duì)于控制系統(tǒng)與操作人員來說，是一座溝通的橋梁，并且通過系統(tǒng)顯示的內(nèi)容獲取所需的信息，可以讓操作人員及時(shí)掌握系統(tǒng)的狀態(tài)，保障了運(yùn)行的安全性。3.5本章小結(jié)本章首先通過電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析出監(jiān)控終端的主要組成和結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上給出了監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案，以模塊化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，介紹了監(jiān)控終端各部分組成的模塊，并為有些模塊大概畫出了它的電路原理圖。4監(jiān)控終端軟件設(shè)計(jì)4.1軟件功能和組成4.1.1軟件功能軟件設(shè)計(jì)是提升機(jī)監(jiān)控終端的重要組成部分之一，是監(jiān)控終端設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和重點(diǎn)，它的使用直接決定著系統(tǒng)的性能是否是完善的以及運(yùn)行行程是否安全穩(wěn)當(dāng)。本文的監(jiān)控終端的軟件設(shè)計(jì)部分主要是Python程序、監(jiān)控登錄界面、登錄主界面以及控制器與計(jì)算機(jī)的通訊。根據(jù)理論知識(shí)和實(shí)際，軟件系統(tǒng)需要具備數(shù)據(jù)的采集，提升狀況的顯示，還有參數(shù)設(shè)置，故障報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)的管理，存儲(chǔ)等等功能，監(jiān)控終端具體的軟件功能如下：對(duì)提升方向、位置及高度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，還有提升機(jī)速度-時(shí)間的顯示以及加速度的監(jiān)測(cè)，對(duì)一些超速、加速度過大、過卷等故障進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)油溫、油壓及油泵運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。對(duì)電樞電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),就是對(duì)提升機(jī)的間接監(jiān)視，可以防止提升量的超載。（4）對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置以及通過存儲(chǔ)可以提供對(duì)歷史數(shù)據(jù)和故障的查詢，防止事故的意外發(fā)生。4.1.2軟件組成監(jiān)控系統(tǒng)作為人機(jī)界面，通過動(dòng)態(tài)的、可視化的界面反映出自動(dòng)控制任務(wù)的工作過程[16]茹瑞鵬.礦井提升機(jī)上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,000(025):145-145.。在提升機(jī)的監(jiān)控終端設(shè)計(jì)中，是由主程序和多個(gè)子程序組成，根據(jù)系統(tǒng)的所要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)以及它的功能,基于Python的提升機(jī)監(jiān)控終端的軟件組成如圖4-1所示。利用對(duì)Python語言的編程，可以把提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)地顯示出來，包括重要參數(shù)的設(shè)置，數(shù)據(jù)采集，異常狀況的分類以及故障報(bào)警等[16]茹瑞鵬.礦井提升機(jī)上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,000(025):145-145.圖4-1軟件設(shè)計(jì)組成框圖4.1.3軟件開發(fā)環(huán)境的搭建提升機(jī)監(jiān)控終端軟件的服務(wù)器為Windows1064位操作系統(tǒng)。開發(fā)平臺(tái)采用Anaconda（Python3.8）+PyCharm+Pyside2+QtDesigner。由于在安裝上因?yàn)槟K和庫的依賴性，特別是在添加庫和升級(jí)庫的時(shí)候，總是會(huì)出現(xiàn)很多問題，由此可以選擇使用Anaconda能在安裝的時(shí)候避免很多不必要的麻煩。Anaconda是一個(gè)開源的Python發(fā)行版本，相當(dāng)于一個(gè)Python的整合包，其本身包含著大量的常用模塊，可以很大程度上減少工作量[17][17]鐘娟娟.基于Python的紙張參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].2019.為了使提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)更加高效，使用PyCharm作為PythonIDE的開發(fā)工具，因?yàn)樗鼡碛幸徽卓梢詭椭O(shè)計(jì)者在使用Python進(jìn)行語言開發(fā)時(shí)，用來提高開發(fā)工作效率的工具，同時(shí)，它具備很多功能，例如，斷點(diǎn)調(diào)試、語法高亮顯示、項(xiàng)目管理、代碼跳轉(zhuǎn)、智能提示等[17]。配置PyCharm：（1）首先點(diǎn)開PyCharm，在File中選擇settings，之后再點(diǎn)開tool，選擇externaltools后對(duì)QtDesigner進(jìn)行配置。點(diǎn)擊左上角的加號(hào)，配置步驟如下：在QtDesigner的設(shè)置界面中，Program選擇Pyside2安裝目錄中designer.exe的路徑。（2）繼續(xù)點(diǎn)擊左上角加號(hào)，配置“PyUIC”。PyUIC的設(shè)置使用可以把Qt界面的.ui的文件直接轉(zhuǎn)換成.py文件。首先，設(shè)計(jì)好后用QtDesigner生成.ui文件，然后通過工具PyUIC將.ui文件轉(zhuǎn)換成Python所對(duì)應(yīng)的.py文件，可以將轉(zhuǎn)換好的.py文件引入自己的程序中。至此，開發(fā)環(huán)境便搭建完成。4.2關(guān)鍵技術(shù)4.2.1Python與Pyside2Python作為一種計(jì)算機(jī)編程語言，可以跨平臺(tái)使用，并且它的編程語言是一種解釋性、面對(duì)對(duì)象的腳本語言。同時(shí)，作為一個(gè)功能特別強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)庫以及功能齊全的第三方庫，Python不僅把其他的語言轉(zhuǎn)換成各種所需的語言，而且還能很好的結(jié)合使用，同時(shí)也提供了效果顯著的API和工具。在開發(fā)過程中，可能會(huì)遇到不同的應(yīng)用場(chǎng)景，運(yùn)用Python語言快速有效生成程序的原型，特別是對(duì)某些特殊部分的開發(fā)，可以選擇使用更加合適的語言開發(fā)。不過，有一些可能不會(huì)提供跨平臺(tái)的開發(fā)，因此，在使用擴(kuò)展類庫時(shí)，可能需要去考慮平臺(tái)方面的問題。Python語言同樣也有類，支持其它語言的重載、派生、繼承、多繼承，這樣不僅增強(qiáng)了Python代碼的復(fù)用性[18]李悅.基于Python+Tkinter的LinuxGUI輔助管理工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].吉林大學(xué).。Python的應(yīng)用也十分廣泛，在Web編程中，應(yīng)用于開發(fā)語言，并且它支持最新的XML技術(shù)；在數(shù)學(xué)處理中，它有大量的數(shù)據(jù)可以對(duì)Python庫進(jìn)行處理；在圖形處理中，它具有很多豐富的關(guān)于圖像處理的功能；在系統(tǒng)編程中，尤其在Linux操作系統(tǒng)下，它提供了完整的數(shù)據(jù)庫供系統(tǒng)編程使用以及許多的API來進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)和管理；在文本處理中，它提供的強(qiáng)大文本處理功能。Python也支持sockets編程，提供充裕的模塊供開發(fā)使用，通過模塊就能夠快速開發(fā)分網(wǎng)路應(yīng)用程序[19]孔德民.基于Python開發(fā)預(yù)警機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)計(jì)與研究[D].。[18]李悅.基于Python+Tkinter的LinuxGUI輔助管理工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].吉林大學(xué).[19]孔德民.基于Python開發(fā)預(yù)警機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)計(jì)與研究[D].作為一種優(yōu)秀的腳本語言，Python語言表達(dá)簡單，容易讀寫，能夠快速開發(fā)程序，它的特點(diǎn)也與其他很多優(yōu)秀的腳本語言一樣：面向?qū)ο螅忉屨Z言，支持模塊和包，支持多種平臺(tái)，內(nèi)建的高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展性，而且它還支持圖形方式運(yùn)行和交互式方式運(yùn)行，同時(shí)它的語法有很多與眾不同的特性[18]。圖形用戶界面，英文稱為GUI，是一種以圖形方式顯示的計(jì)算機(jī)操作用戶界面，Python在進(jìn)行圖形界面開發(fā)的時(shí)候就需要使用它。Python的GUI庫，主要有Tkinter、wxPython、pyqt5和pyside2。下面簡要介紹常見的GUI庫及其優(yōu)缺點(diǎn)：Tkinter：基于Tk的Python庫，這是Python自帶的標(biāo)準(zhǔn)庫，優(yōu)點(diǎn)是作為Python的標(biāo)準(zhǔn)庫，不需要另外再單獨(dú)安裝，可以方便地進(jìn)行圖形界面設(shè)計(jì)，并且Tkinter相比較于PythonGUI這一些其他編程的包來說，是相對(duì)容易上手的、發(fā)布程序較小，學(xué)起來和用起來都相對(duì)比較簡單，缺點(diǎn)是控件較少，只適合簡單界面的開發(fā)。wxPython：基于wxWidgets的Python庫，是Python的一個(gè)擴(kuò)展模塊的展現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是控件比較豐富，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性相對(duì)弱一點(diǎn)、文檔和用戶少。PyQt5、PySide2：根據(jù)Qt的Python庫，它具有控件比較豐富、可以跨平臺(tái)使用、文檔完善、用戶也多等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是庫比較大，發(fā)布出來的程序比較大。其中PySide2、PyQt5都是基于著名的Qt庫。Qt庫里有非常強(qiáng)大的圖形界面開發(fā)庫，但是Qt庫是C++語言開發(fā)的，PyQt5和Pyside2則都是對(duì)Qt的封裝，因此，PySide2和PyQt5是Python和Qt之間結(jié)合的橋梁。PyQt發(fā)布的較早，它的開發(fā)商是RiverbankComputing，但是由于推出時(shí)間早，PyQt就相對(duì)比較成熟了，并且十分穩(wěn)定，資料也相對(duì)完善，使用了解的人相比較于Pyside就比較多了，最開始是有PyQt4，對(duì)應(yīng)的是Qt4版本，后來推出了PyQt5，對(duì)應(yīng)Qt5版本，目前的版本就是PyQt5，且PyQt5是GPL/商業(yè)協(xié)議。而PySide由于起步比較晚，項(xiàng)目也不是很完善，又缺乏文檔，所以存在感也不是很強(qiáng)，直到2018年6月正式發(fā)布PySide2的第一個(gè)版本，從無到有是最難的一步，后面就相對(duì)容易很多了，現(xiàn)在的PySide2已經(jīng)日趨完善，而且Pyside2因?yàn)橛蒕t公司維護(hù)，可以視為Qt的親自開發(fā)，再加上還有LGPL開源協(xié)議的加持，在未來Pyside2的前景或許會(huì)更好一些。因此，在本文軟件設(shè)計(jì)中，使用Python3.x版本，關(guān)于登錄界面的設(shè)計(jì)，則使用的是Pyside2。4.2.2QtDesignerQtDesigner，又簡稱Qt設(shè)計(jì)師，它是一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，是具有特別強(qiáng)大的可視化GUI設(shè)計(jì)工具，它可以幫助應(yīng)用開發(fā)者提供構(gòu)建圖形用戶界面所需的所有功能。它是完全面向?qū)ο蟮?，易擴(kuò)展的，并且允許真正的組件編程。它可以用來開發(fā)GUI程序和非GUI程序，例如控制臺(tái)工具和服務(wù)器。QT包含QT圖形用戶界面工具包和應(yīng)用程序類以及可視化的QTt圖形用戶界面的生成器，它們都與平臺(tái)無關(guān)。Qt的基本模塊有工具、核心、窗口部件和對(duì)話框等。QT使用信號(hào)和槽機(jī)制，還提供了豐富的API，并且具有很高的開發(fā)銷量。隨著CPU技術(shù)的飛速發(fā)展，CPU的快速計(jì)算已經(jīng)覆蓋了QT運(yùn)算的速度，最重要的是QT能夠跨平臺(tái)使用了。通過上述闡述，所以選擇Qt進(jìn)行開發(fā)。直接通過拖拽的方式放置控件是QtDesigner操作的使用方法，操作過程中可以隨時(shí)隨地進(jìn)行布局效果的查看，方便簡單且靈活。Qt根據(jù)不同的版本發(fā)行，可以分為商業(yè)版和開源版，且QtDesigner的特點(diǎn)如下:（1）可以跨平臺(tái)使用，如Windows、Unix和Macintosh等平臺(tái)。（2）上手容易，接口簡單，學(xué)習(xí)Qt框架對(duì)學(xué)習(xí)其他框架有一定的基礎(chǔ)。（3）一定程度上簡化了內(nèi)存回收機(jī)制。（4）開發(fā)高效率，能夠快速構(gòu)造應(yīng)用程序。（5）可以進(jìn)行嵌入式開發(fā)。（6）提供一整套種類繁雜的窗口控件。本文軟件方面的設(shè)計(jì)主要就是采用了Pyside2與QtDesigner，簡單來說Pyside2是Qt框架的Python語言實(shí)現(xiàn)。4.3監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)4.3.1監(jiān)控登錄界面的設(shè)計(jì)為了防止他人操作的失誤和限制操作人員的使用權(quán)限，則需要設(shè)計(jì)一個(gè)具有登錄界面功能的方式，只有當(dāng)輸入正確的用戶名和密碼時(shí)，才允許登錄該監(jiān)控終端。在輸入密碼時(shí)，設(shè)置密碼隱藏功能；當(dāng)輸入正確的密碼時(shí)，將跳轉(zhuǎn)到主程序界面；當(dāng)輸入錯(cuò)誤的密碼時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入的提示。程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2登錄界面流程圖通過隱藏密碼來達(dá)到安全登錄的作用，得到監(jiān)控登錄界面的實(shí)現(xiàn)，如下圖4-3所示：圖4-3監(jiān)控登錄實(shí)現(xiàn)圖其中關(guān)鍵的程序：輸入用戶名，登錄錯(cuò)誤密碼時(shí)，提示密碼錯(cuò)誤，如圖4-4所示。主頁面設(shè)計(jì)如圖4-5所示。圖4-4登錄錯(cuò)誤提示設(shè)計(jì)圖4-5主頁面設(shè)計(jì)4.4.2監(jiān)控主界面的設(shè)計(jì)使用QtDesigner工具箱對(duì)提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)界面顯示框架。通過QtDesigner工具箱把搭建監(jiān)控系統(tǒng)所需的模塊經(jīng)拖拽進(jìn)總體布局中，并調(diào)整好各個(gè)部分的布局方案和大小屬性。通過PyUIC轉(zhuǎn)換成Python程序，提高開發(fā)工作效率，避免了大量的代碼編寫。如下圖4-6所示：圖4-6監(jiān)控主界面的實(shí)現(xiàn)提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控主界面，其監(jiān)控界面主要包括日期時(shí)間、提升位置、提升速度－時(shí)間圖、提升的速度、提升的加速度、電樞電流、油溫、故障報(bào)警、參數(shù)設(shè)置等顯示。通過對(duì)提升位置、速度以及速度-時(shí)間表的監(jiān)測(cè)，能夠反映出提升機(jī)當(dāng)下的運(yùn)行狀態(tài)；通過對(duì)電樞電流的監(jiān)視可以間接地反映出提升力的運(yùn)行狀況，由此可以防止提升機(jī)的超重；通過對(duì)油壓、油溫的監(jiān)測(cè)是反映實(shí)時(shí)的制動(dòng)狀態(tài)。一旦在運(yùn)行過程中，參數(shù)超出允許的范圍值,就立刻開啟語音報(bào)警模塊進(jìn)行聲光報(bào)警,同時(shí)發(fā)信號(hào)通知實(shí)施安全制動(dòng),確保提升系統(tǒng)以及人員的安全[1]。4.3.3參數(shù)設(shè)置界面當(dāng)點(diǎn)開參數(shù)設(shè)置畫面時(shí)，能夠知道各個(gè)參數(shù)的設(shè)定值，主要包括一般的參數(shù)設(shè)定值、軟行程點(diǎn)參數(shù)設(shè)定值等，通過這些設(shè)置量，操作人員可以隨時(shí)改變?cè)O(shè)定值，進(jìn)行檢測(cè)與參考，參數(shù)設(shè)置界面如圖4-7所示圖4-7參數(shù)設(shè)置界面4.4控制器與計(jì)算機(jī)通訊對(duì)于過往的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式來說，無論是從經(jīng)濟(jì)成本，還是從以后的系統(tǒng)的維護(hù)上來說，都會(huì)給工作人員帶來一定的困難,然而，隨著網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)代的發(fā)展，利用控制器通過以太網(wǎng)來進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ芤呀?jīng)成為一種普遍的現(xiàn)象[20]楊紅波,朱磊,張博,等.STM32的W5500以太網(wǎng)通信模塊快速實(shí)現(xiàn)方法[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2018,v.18；No.212(08):17-22.[20]楊紅波,朱磊,張博,等.STM32的W5500以太網(wǎng)通信模塊快速實(shí)現(xiàn)方法[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2018,v.18；No.212(08):17-22.TCP/IP協(xié)議全稱為傳輸控制協(xié)議因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又叫網(wǎng)絡(luò)通迅協(xié)議，如何將電子設(shè)備連入因特網(wǎng)，以及如何將數(shù)據(jù)在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)是它的主要定義。在TCP/IP協(xié)議分層模型方面來講，它主要由網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層四個(gè)層次組成,但是協(xié)議與OSI的七層參考模型并不完全符合[21]索楠,馬春燕,李永剛.基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2012,000(002):139-140.。因此，TCP/IP協(xié)議組成了4層結(jié)構(gòu)的層級(jí)，其中每一層執(zhí)行某一層特定[21]索楠,馬春燕,李永剛.基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2012,000(002):139-140.圖4-7TCP/IP結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)OSI層1、應(yīng)用層應(yīng)用層它處于協(xié)議的最上層，負(fù)責(zé)提供一組常見的應(yīng)用程序給用戶，例如遠(yuǎn)程登錄、簡單的電子郵件、文件傳輸訪問等。2、傳輸層在傳輸層此層中，它用于了節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳送，提供應(yīng)用程序之間的通信服務(wù)，主要功能是數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)確認(rèn)以及面向連接的服務(wù)等。3、網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的負(fù)責(zé)在相近的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在通信子網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層是處在最高層的，其功能主要有以下三個(gè)方面：（1）接收到來傳輸層的分組發(fā)送的請(qǐng)求時(shí)，需要進(jìn)行及時(shí)地處理，分成組數(shù)裝入數(shù)據(jù)報(bào)再選擇填充報(bào)頭，選擇去到信宿機(jī)的路徑，最后將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往到適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口。（2）在輸入數(shù)據(jù)報(bào)處理過程中，首先需要檢查其是否具有合法性，然后開始尋找路徑。如果該數(shù)據(jù)報(bào)已經(jīng)到達(dá)信宿機(jī)，則去掉報(bào)頭，將剩下部分交給適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議，如果該數(shù)據(jù)報(bào)還沒到達(dá)信宿機(jī)，則轉(zhuǎn)發(fā)掉該數(shù)據(jù)報(bào)[21]。（3）擁塞、路徑、流控等問題都能進(jìn)行處理。4、網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)接收和發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)，從網(wǎng)絡(luò)接收物理幀，提取IP數(shù)據(jù)報(bào)并將其傳輸?shù)絀P層。本系統(tǒng)中利用控制器，使它能夠通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，而Python也能良好地與控制器直接進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)地實(shí)完成上位機(jī)與下位機(jī)兩者之間的信息交換。4.5本章小結(jié)本章主要介紹在基于Python的基礎(chǔ)上，使用Pyside2對(duì)監(jiān)控登錄界面進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，并使用QtDesigner工具箱對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的主界面進(jìn)行搭建和整體布