维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年５月 农机化研究 第５期 基于Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ＋＋的精确定时技术与应用 冀荣华。，祁力钧 ，傅泽田 （中国农业大学ａ．信息与电气工程学院ｂ．精细农业系统集成技术重点实验室，北京 ｌ０００８３） 摘 要：为了保证实时控制系统的控制精度，往往要求能精确定时。在Ｖｉ ｓｕａｌ ｃ＋＋中提供多种定时方案， 对常见的几种定时方法进行了对比、分析。针对精准施药系统的定时要求，分别采用ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ— Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ０和ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｕｎｔｅｒ（）函数及多媒体两种方法进行定时。经过测试，表明两种方法均 能够满足系统提出的定时精度要求，但前者与计算机的硬件配置有关，因此在精准施药系统中采用基于多 媒体的定时方法。 关键词：自动控制技术；精确定时；应用；Ｖｉ ｓｕａｌ ｃ＋＋；多媒体定时；精准施药 中图分类号：ＴＰ２７３￣．５；Ｓ１２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２００７）０５－－０１９１—０３ ０ 引言 经过测试定时精度为５５ｍｓ；三是无法处理实时性强 的问题。原因在于基于消息响应机制的程序，当ＣＰＵ 在很多控制系统中，有许多需要定时完成的操 被某个进程占用或系统资源紧张时，发送在消息队 作，如定时采集、定时向执行机构发出命令或传送 列中的消息就暂时被挂起，得不到实时处理；同时 数据等。为了保证系统的控制精度，需要进行精确 由于定时器消息ＷＭ—ＴＩＭＥＲ的优先级很低，很难保证 定时。由于Ｖｉｓｕａ］ｃ＋＋语言简练、代码结构紧凑、 定时消息能够被及时地响应和处理。 执行效率高。。等特点，已经成为大多数控制系统的 因此，本方法只应用于对定时要求不是很高的 主要程序设计语言。基于Ｖｉｓｕａ］ｃ＋＋的定时方法有 场合。 很多种，本文详细地分析对比了Ｖｉ ｓｕａ］ｃ＋＋中各种 １．２ 基于ＧｅｔＴｊｃｋＣｏｕｎｔ（）函数的定时 定时方法，并结合精准施药系统来说明该系统中精 本种方法属于一种定时精度较高的方法。定时 确定时的设计与实现。 实现思路： １ 基于Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋的定时方法 由于ＧｅｔＴｉ ｃｋＣｏｕｎｔ（）函数的返回值为ＤＷＯＲＤ 型，表示以ｍｓ为单位的计算机启动后经历的时间间 １．１ 基于ＷＭ—ＴｌＭＥＲ消息的定时 隔。其可以通过两次调用该函数，然后控制其差值 该方法是利用ＭＦＣ类库中的ＣＷｎｄ类提供的 从而进行定时，如 Ｔｉｍｅｒ来实现的。定时实现思路： ＤＷＯＲＤ ｄｗＳｔａｒｔ，ｄｗＥｎｄ； １）利用Ｓｅｔ Ｔｉｍｅｒ（）函数创建定时器，并设置 ｄｗＥｎｄ＝ＧｅｔＴｉｃｋＣｏｕｎｔ（）； 时间间隔； ｗｈｉ１ ｅ（ＴＲＵＥ） ２）设置消息响应函数ＯｎＴｉｍｅｒ（），并在该函数 ｛ 中添加消息响应的处理语句； ｄｗＳｔａｒｔ￣ｄｗＥｎｄ； ３）调用Ｋｉ１１ Ｔｉｍｅｔ（）函数删除定时器。 ／／添加定时控制任务语句 例如，Ｓｅｔ Ｔｉｍｅｔ（ｈＷｎｄ，０，２００，ＮＵＬＬ）即设置 ２００ｍｓ的时间间隔。当２００ｍｓ的时问到时会发出一 ｄ０ 个ｗＭＴＩＭＥＲ消息，调用消息响应函数０ｎ Ｔｉｍｅｔ（）， ｛ｄｗＥｎｄ＝ＧｅｔＴｉｃｋＣｏｕｎｔ（）； 以进行实时处理。 ）ｗｈ ｉ １ ｅ（ｄｗＥｎｄ一２０＜ｄｗＳｔａｒｔ）； 方法说明： ） ，一是方法简单，实现方便；二是定时精度较低， 可以发现，本方法ＣＰＵ占用率很高，为了降低 ＣＰＵ占用率可把代码改为： 收稿日期：２００６—０８—３１ 作者简介：冀荣华（１ ９７３一），女，黑龙江延寿人，讲师，博士生 ＤＷＯＲＤ ｄｗＳｔａｒｔ＝ＧｅｔＴｉＣｋＣｏｕｎｔ（）； （Ｅ－ｍａｉ ｌ）ｊｅ ｓ ｓｉ ｃ１２１２＠ｃｏｌｎ．ｅｄｕ．ｃ１３。 ＤＷＯＲＤ ｄｗＥｎｄ＝ｄｗＳｔａｒｔ： ．１９１— 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年５月 ｄ０ 农机化研究 第５期 的ＬｐＴｉｍｅＰｒｏｃ回调函数中。需要注意的是，任务处 ＭＳＧ ｍｓｇ； ｛ 理的时间不能大于周期间隔时间。 ＧｅｔＭｅＳＳａｇｅ（＆ｍｓｇ，ＮＵＬＬ，０，０）； ＴｒａｎＳ１ａｔｅＭｅＳｓａｇｅ（＆ｍｓｇ）； Ｄｉ ＳｐａｔｃｈＭｅＳＳａｇｅ（＆ｍｓｇ）； ２）多媒体定时器对实现较高精度定时是比较 理想的工具，其精度也较为可靠。 ３）定时器的任务完成后，要及时删除，否则 占用太多内存，系统会变得越来越慢。删除定时器 首先删除定时器句柄，然后删除定时器分辨率。多 ｄｗＥｎｄ：ＧｅｔＴｉｃｋＣｏｕｎｔ（）一ｄｗＳｔａｒｔ； ）ｗｈｉｌｅ（ｄｗＥｎｄ＜２０）； 这样可以降低ＣＰＵ的占有率，但经过测试发现 将会降低定时精度。经过大量的测试，发现本种方 法的定时精度为ｌｍｓ。 １．３基于多媒体定时器的定时 微软提供了精确定时器的底层ＡＰ１支持，能够 媒体定时器的定时精度可以达到ｌｍｓ。 １．４ 基于ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ（）￣Ｄ Ｑｕｅ— ｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｕｎｔｅｒ（）函数的定时 为了实现精度更高的定时，在Ｖｉ ｓｕａｌ ｃ＋＋为 Ｗｉｎｄｏｗｓ９５及其后续版本提供了更精确的时间函数， 该高精度定时器主要是通过调用函数ＯｕｅｒｙＰｅｒｆｏ— ｒｍａｎｃｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ（）和函数ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｕ— ｎｔｅｒ（） 实现的。 提供高精度的定时器服务。利用多媒体定时器可以 精确地读出系统的当前时间，并在很精确的时间间 隔内处理事件。多媒体定时器定时思路： １）在项目中插入Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｌｉｂｒ— 定时原理为：在进行定时之前，先利用函数Ｑｕ— ｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ ０函数获得机器内部定 ａｒｙ组件，此时多媒体定时器所需的头文件（ＭＭＳ— ｙｓｔａｍ．ｈ）和库（ｗｉｎｍｍ．１ ｉｂ）将自动插入工程的 Ｓｔｄａｆｘ．ｈ中； ２）利用ｔｉｍｅＧｅｔＤｅｖＣａｐＳ（）函数得到定时器分 时器的时钟频率，然后在需要严格定时的事件发生 之前和之后分别调用ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｕ—ｎｔｅｒ（） 函数，利用两次获得的计数之差及时钟频率，计算 出事件经历的精确时间。本种方法的定时精度大于 ｌｍｓ，但是定时精度与ＣＰＵ等机器配置有关。 辨率等信息； ３）利用ｔｉｍｅＢｅｇｉｎＰｅｒｉｏｄ（）函数设置定时器 分辨率； ４）利用 ｔｉｍｅｓｅｔＥ、，ｅ ｔ（）函数设置定时间隔， ２ 精确定时在精准施药系统中的应用 精准施药是精准农业在植物保护方面的一个 主要应用方向。实施精准施药不仅能够提高农产品 的产量，而且通过农药投入的合理分配，能够有效 启动定时器； ５）使用定时器后，则应及时地调用ｔｉｍｅＫ— ｉｌ１Ｅｖｅｎｔ（）函数删除定时器句柄； ６）利用ｔｉｍｅＥｎｄＰｅｒｉｏｄ０函数删除定时器的 分辨率。 在设计多媒体定时器时应注意以下事项： 地提高农药利用率 ，降低农产品中有毒物质的残 留，提高农产品品质。另外，也减少了因农药滥用 而造成环境污染的风险 。 精准施药系统由数据采集、施药决策以及施药 １）本方法比较适合系统中有周期性需要执行 的任务，如定时采集、控制等。此时可将需要周期 性执行的任务定义在ｔｉｍｅＳｅｔＥｖｅｎｔ（）函数中指定 响应３部分组成。其具体的组成如图１所示。 ｃｃｏ摄像头 Ｉ视频果集卡 数 喷 药 雷达速度传感器ｂ 压力传感器 ——ＰＣ１０４ —．．——．—１ ／ 控 数据 ———Ｊ＼ 计算机 －１／ 据 执 行 机 构 制 Ｉ竺竺 卡 采集卡 流量传感器ｂ 图１ 精准施药系统的基本组成 其组成：一是数据采集部分：由ＣＣＤ摄像头、 视频采集卡、雷达速度传感器、压力传感器、流量 ．．传感器以及数据采集卡组成。二是施药决策部分： 包括对采集的数据处理及施药决策两部分，由 １９２．． 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年５月 农机化研究 第５期 ＰＣ１０４内程序实现。三是施药响应部分：由数据控 制卡、比例减压阀、电磁阀及喷药执行机构组成。 根据数据采集系统采集到的图像、速度、压力 由雷达速度传感器测量拖拉机的速度，并传送到数 据采集卡，由数据采集卡将速度信号转换为数字信 号，由控制程序读取数字信号，并计算出拖拉机的 速度测量值，将其显示出来。每种定时方法分别在 ３０个定时时间间隔内做了测试，这样将得到两组速 以及流量等信号，给出施药控制决策，通过施药响 应部分来进行精准施药。 根据精准施药系统的控制要求，需要周期性地 采集数据、处理数据，实施精准施药。通过实际测 量拖拉机的运行速度，以及摄像头与喷头体之间的 距离，系统确定１ＯＯｍｓ为一个控制周期，即每１ＯＯｍｓ 度测量值。分别将速度测量值和实际值相比较，并 利用Ｍａｔ１ａｂ进行分析。 分析结果显示两种方法均能够满足系统的定 时精度要求。由于本系统控制较为复杂，在将基于 ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ ０函数的定时方法应 对现场的速度、流量、压力以及图像等信号进行采 集、处理一次，同时控制电磁阀响应一次。由于本 用于本系统中，发现存在一些问题。．因此，本系统 最终采用基于多媒体定时方案。 系统属于周期性定时，因此本系统采用了基于多媒 体定时器进行定时。 为了验证不同的定时方法在本系统中的定时 精度，设计一个测试实验。测试方法如下： ３ 结论 由于Ｗｉｎｄｏｗｓ为基于消息的系统，在Ｖｉ ＳＵａ１ 由于本系统的定时精度较高，因此主要验证基 于多媒体定时器及基于ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒ皿ａｎｃｅＦｒｅｑｕｅ— ｎｃｙ ０和ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｕｎｔｅｒ（）函数两种定 ｃ＋＋中直接运用高精度定时器会导致在运行时程序 大量占用ＣＰＵ时间和系统资源，可能会出现死机现 象。为此，精准施药系统将实现高精度定时器的控 制程序放在一个线程中执行，这样可以有效地防止 死机现象。 时方法。在Ｖｉ ｓｕａｌ ｃ＋＋中创建一个基于对话框的项 目，其界面如图２所示。 Ｖｉ ＳＵａ１ ｃ＋＋中实现定时的方法很多，但是各有 优缺点，在实际系统中应该根据具体情况来选择适 当的方法进行定时。 参考文献： ［１］ 何建辉，董方鹏．实用 Ｖｉ ｓｕａ１ Ｃ＋＋６１０教程［Ｍ］．北 ２０００． 京：清华大学出版社， ［２］李维林，栾海峰，顾 兵．基于ＶＣ＋＋的数据采集卡的 程序设计［Ｊ］．应用科技，２００４，３１（３）：２０—２１． 图２测试界面 ［３］ 陈 勇，郑加强．精确施药可变量喷雾控制系统的 研究［Ｊ］．农业工程学报，２００５，２１（５）：６９—７２． ［４］ 史 岩．压力式变量施药系统研究［Ｄ］．北京：中国 农业大学，２００４． 测试思路：通过在界面上选择当前定时的方 法、定时时间间隔，使拖拉机工作速度为５ｋｍ／ｈ。 则按照指定的定时方法在指定的定时时间间隔内， Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｔｉｍｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋ ＪＩ Ｒｏｎｇ—ｈｕａ ，ＱＩ Ｌｉ—ｊｕｎ ，ＦＵ Ｚｅ—ｔｉａｎ。 ｆａ．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｂ．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍｏｄｅｒｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｎｙ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｎｅｅｄ ｐｒｅｃｉｓｅ ｔｉｍｉｎｇ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｉｍｅｒｓ ｔｈａｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋ｏｆｆｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｅ ｔｉｍｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｐｒａｙｅｒ，Ｉｔ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ｔｉｍｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｗｏ ｗａｙｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｔｉｍｅｒ ａｎｄ ｔｉｍｅｒ ｗｉｔｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ ０ ａｎｄ ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｕｎｔｅｒ（），ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｐｒａｙｅｒ．Ｉｔ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｗｏ ｗａｙｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｓｔｉｎｇ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｔｉｍｅｒ，ｗｉｔｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ ０ ａｎｄ ＱｕｅｒｙＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｕｎｔｅｒ（），ｒｅａｌｉｚｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｐｒａｙｅｒ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ｔｉｍｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｔｉｍｅｒ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏ—ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒｅｃｉｓｅ ｔｉｍｉｎｇ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋；ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｔｉｍｅｒ；ｐｒｅｃｉｓｅ ｓｐｒａｙ １９３— 一
