2024年6月11日发(作者：)
基于VC++的超声无损检测上位机软件设计与实现
董庆庆;高丹华;杨恋;耿瑞华;何爱军
【摘 要】研发一款用于超声无损检测的上位机软件,支持远程和短距离的实时探测,
实现离线文件分析和数据存储;在Visual Studio2008环境中实现软件页面设计,通
过以太网和USB两种通信方式建立与下位机的连接,实现远近距离的数据传输;基于
NI Measure-ment Studio显示控件,实现回波数据的实时监测与显示;依托
MySQL创建数据库,管理各种文件和单帧回波数据;测试表明,该系统软件页面设计
良好,上下位机支持两种通信方式,数据传输稳定,可实时显示、分析、存储和管理数
据;此外,针对不同尺寸的探测工件,在100 Hz～1 kHz范围内,选择相应脉冲重复频
率,进行抽样处理后,显示频率可稳定达到50 Hz,满足了无损检测的要求.
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2014(022)004
【总页数】4页(P1307-1309,1313)
【关键词】超声无损检测;上位机;VC++;MySQL
【作 者】董庆庆;高丹华;杨恋;耿瑞华;何爱军
【作者单位】南京大学电子科学与工程学院,南京 210046;南京大学电子科学与工
程学院,南京 210046;南京大学电子科学与工程学院,南京 210046;南京大学电子科
学与工程学院,南京 210046;南京大学电子科学与工程学院,南京 210046
【正文语种】中 文
【中图分类】TP399
0 引言
超声无损检测技术，是利用超声的特性，在不损害或不影响被检对象的前提下，检
测被检对象中是否存在缺陷，并确定缺陷的大小、位置和数量等信息，进而判定被
检对象的合格与否、剩余寿命等状态［1］。
本文研发了一款基于超声无损检测技术的上位机软件，用于控制下位机，实现远程
的实时探测，克服了现场探测的局限性，并可对离线文件上传和分析，对单帧回波
数据及其他文件导出相应的Excel报表。该软件在Visual Studio2008环境下开发
设计，基于NI Measurement Studio显示控件，对回波数据实时显示，依托
MySQL创建数据库，方便对回波数据存储、查看和删除，并以以太网和USB两
种通信方式建立与下位机的连接。
本文简要介绍上下位机系统的总体设计，详细说明上位机软件页面设计、联机、实
时探测、上传回放及数据管理等5个主要模块的设计与实现。
1 系统总体设计
本系统主要由上位机（PC端软件）、下位机（ARM核心板和FPGA采集系统）、
探头等3部分组成，系统框架如图1所示。上位机软件基于Visual Stutdio 2008
＋NI Measurement Studio 8.6＋ MySQL 5.5架构开发设计，开发语言采用VC
＋＋。ARM核心板选用S5PV210处理器，FPGA采集系统使用XC3S250E－4
芯片，内部程序编写使用Verilog HDL语言［2］。
图1 系统框架图
2 上位机软件设计
上位机软件主要包括5个模块：页面设计、联机、实时探测、上传回放及数据管
理等。（1）页面设计模块介绍主体框架的设计与实现；（2）联机模块实现PC连
接下位机，设置基本参数；（3）实时探测模块实现回波数据的实时显示，保存回
波缺陷数据的连续帧；（4）上传回放模块实现下位机文件的上传，打开本地文件
后的解析、显示、回放及保存单帧回波缺陷数据，并可导出Excel报表；（5）数
据管理模块实现对回波缺陷数据的按时间显示和按关键字查找，并可查看和删除查
找到的不同文件及单帧数据。上位机主体功能框架如图2所示。
图2 上位机主体功能框架图
2.1 页面设计
页面选用多文档界面，结合CDockablePane和CForm－View，为实时探测、上
传回放及数据管理3个模块分别创建独立的Pane和View，左侧选中某个Pane，
右侧则显示对应模块的View，增强了模块间的独立性［3－5］。显示回波数据、
波门、DAC等曲线，采用第三方显示控件NI Measurement Studio，画线时使
用该控件自带函数PlotY（const CNiVector＆y，double xFirst，double xInc），
回波数据点占坐标像素大小由xInc决定。绘制波门、DAC曲线、AVG曲线等曲
线时，需要额外添加Plot，选择某一Plot时，用显示控件内置函数Get－Plots
（）.Item（" 曲线名称"）实现［6］。
2.2 联机模块
联机是建立上下位机之间的连接，连接成功后，用户方可进行实时探测和上传文件
操作，实时探测过程中，用户也可实时的更改基本参数。上下位机连接方式包括两
种：USB和以太网。USB通信选用USB2.0高速，支持热插拔、即插即用，准确
率高、稳定性强，适用于近距离探测和文件传输［7］；以太网通信选用
100Mbit/s以太网，支持在不用插拔的情况下连接不同下位机，稳定性稍弱，适
用于远程探测和文件传输。本文引入远程探测，弥补了短距离探测的限制，操作人
员不必亲临现场，就可远程操控下位机，实时观察和分析工件性能。鉴于短距离与
远程的两种不同探测需求，我们实现了这两种通信方式，并满足较高脉冲触发重复
频率下的实时通信。联机流程如图3所示。
（1）USB
下位机采用S5PV210内置的USB2.0OTG通信接口，上位机建立连接时，调用
windows API函数CreateFile（），若连接成功，则返回一个有效句柄hDevice。
上位机程序使用hDevice，通过DeviceIoControl（）函数实现其与驱动程序间
的数据交换［7］。基于USB通信4种不同的传输类型的各自特点，发送基本命
令选用控制传输方式，设置基本参数选用BULK OUT方式，读取回波数据和文件
内容选用BULK IN方式，不同传输类型对应的控制码不同。BULK OUT和BULK
IN的区别在于管道号不同，本系统中，BULK OUT的管道号为0，BULK IN的管
道号为1。
图3 联机流程图
（2）以太网
下位机采用DM9000A以太网收发器，上下位机的以太网通信，是基于异步非阻
塞Socket封装类CAsyncSocket中的函数实现的［8］。两者通信过程中，上位
机以客户端的身份向服务端（下位机）发送数据请求，当返回数据时，上位机则以
服务端的身份来读取下位机返回的数据，具体流程如图4所示。
图4 上位机Socket通信流程图
2.3 实时探测模块
实时探测模块主要实现回波数据采集，通信线程将采集后的数据放入环形缓冲区内，
显示线程从缓冲区内取出数据后实时显示，支持有效回波数据的连续帧以文件的形
式实时存储，并将其文件路径存储到数据库中。
（1）采集
FPGA采样频率为100MHz，声程决定抽样范围，脉冲触发频率决定抽帧数量，
显示频率固定为50Hz。脉冲触发频率从100Hz～1kHz大小可调，脉冲触发频率
为1kHz时，20帧抽取1帧显示。回波数据按帧显示，每帧数据包含回波数据、
波门信息、回波缺陷参数等。本文为采集和显示创建了子线程，子线程的线程工作
函数向主窗口MainForm发送消息，主窗口收到消息后由ShowAccquistion函
数响应后显示。
（2）环形缓冲区
为解决采集与显示的速度匹配问题，我们引入了环形缓冲区。USB方式采集时，
一次最多传输512Byte，570＊2Byte的帧数据需要写入3次，才能读取1次。为
解决访问缓冲区时，读指针pRead和写指针pWrite的互斥问题，我们使用了临
界区类CCriticalSection中的Lock（）和UnLock（）。读写缓冲区之前，用
pRead＝＝pWrite判断缓冲区是否为空，用（pRead＋
CountOnceShow）%BufferSize＝＝pWrite判断缓冲区是否为满。
2.4 上传回放模块
上传回放模块主要实现上传和显示下位机数据文件，打开和显示本地文件，对不同
类型文件的解析，对单帧数据的存储，并可导出相应的Excel报表。
（1）文件命名
文件命名格式为日期＋序号＋自定义名字，例2013年6月6日保存的第一个文
件名称为：2＿测试.FAT。使用FindFirstFile（）和FindNextFile
（），读取指定路径文件夹中的所有文件名字，放入vector中。使用map记录
vector中所有日期的最大序号，当前日期的最大序号为idmax，要保存文件的序
号即为idmax＋1。
（2）不同类型文件的解析
根据保存文件的内容不同，可将文件分为单帧文件（.FAT）、连续存储文件
（.FBT）、频谱文件（.FCT）、峰值记忆文件（.FDT）、回波暴露文件（.FET）、
DAC文件（.FFT）、AVG文件（.FGT）等类型。由CFileDialog成员函数
GetFileName（）获取当前选择文件名字，结合CString中的Right（）提取出
文件类型，调用不同文件的处理方法进行解析和显示文件内容。
（3）存储单帧数据
存储单帧数据，须将该帧回波数据存储到数据库中，回波数据由于字段比较长（1
140Byte），选用大数据字段类型。大数据字段包括TEXT和BLOB类型：TEXT
类型用于保存文字；BLOB类型用于保存图片等，以二进制比特流的形式保存到数
据库中。由于回波数据字段回波数据是short，保存时需转换成char类型，而若
为TEXT字段，数据库不识别转换后的字符，导致插入失败，故采用BLOB类型
［9］。
（4）导出Excel报表
基于VC＋＋提供的ActiveX技术，通过调用VBA（Visual Basic for
Application），将报表内容输出到Excel中。用Visual C＋＋6.0将office安装
目录下的""生成Excel.h和，使用其内部＿Application等类
中的方法可制作报表［10］。绘制回波数据图线，另需＿Chart类，使用Set－
SourceData（）设置图线数据源，先将回波数据写入sheet2中，再根据该数据
在sheet1中绘制。Excel报表绘制的chart如图6所示。
图6 Excel报表中绘制的chart
2.5 数据管理模块
由于探测数据和文件的种类繁多，数据量大，本文引入mysql数据库管理系统，
来实现数据管理模块。数据管理模块主要实现对保存在数据库中的各种文件的导入、
查看和删除，在文件列表中按文件的年月日时间顺序显示，查看某一日期下的所有
文件，并可根据关键字查询文件，对查找的文件显示其内容。
（1）文件导入
文件导入分为保存回波数据和文件路径两种：保存回波数据是实时探测过程中的某
帧回波数据，及单帧回波数据文件，可以将其基本参数、回波缺陷及回波数据等信
息直接保存在数据库中；保存文件路径是将连续帧文件、频谱文件、DAC曲线文
件等文件所在路径保存到数据库中。导入文件之前，执行select max（id）from
table＊，获取当前日期下所有文件的最大id，令新导入的文件id＝max（id）＋
1。
（2）文件列表
文件列表用 MFC内置控件CTreeCtrl实现［4］，文件从数据库中读取时，按年
降序，月、日升序排列：select＊from file order by year desc，month asc，
day asc。对于获取到的年、月、日节点，使用 HasString（s，map）判断文件
名称中的年、月、日是否在当前的文件树中。若存在，则直接插入叶子节点即可；
若不存在，就在文件树中创建相应的时间节点后插入。插入节点用CTreelCtrl类
成员函数InsertItem（）结合map实现，map用于记录从根节点到叶子节点等
所有节点的句柄。
（3）访问数据库
数据库ndt中包含3个表，即基本参数表、回波数据表、文件表。基本参数表存
放探头类型、基本增益等参数，回波数据表存放某一帧的回波数据，文件表存放各
类文件的文件路径。访问数据库的基本操作流程［9，11］如图7所示。
图7 访问数据库基本操作流程图
3 结果与讨论
本文设计实现的一款超声无损检测上位机软件，增加远程探测功能，弥补了市面上
已有超声波探伤仪上位机短距离探测的不足，增加mysql数据库，对探测数据和
各种离线文件有效存储，方便查看和管理各种历史数据文件。 针对不同尺寸的探
测工件，在100Hz～1kHz内，选择相应脉冲重复频率，进行抽样处理后，显示频
率可稳定达到50Hz。实现的100Mbit/s以太网和USB2.0高速两种通信方式，数
据传输稳定，实时探测持续时间长，可以保证在较高脉冲重复频率下的实时通信。
经过测试，该系统工作稳定，操作简便，满足了超声无损检测远近距离的两种要求，
实现回波数据的有效存储和管理，具有良好的实用价值。
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