摘 要

随着科学技术的进步，由于目前国内传统的水泵测试系统检测手段单一，方法陈旧，自动化水平不高，逐渐无法满足现今工业要求。所以为了改善当前的水泵综合测试条件和测量精度，研发高效、高自动化的水泵测试系统至关重要。

基于这种现实需求，本文将以水泵测试原理为基础，主要在eclipse平台上，根据测试系统的具体要求，利用Java语言设计开发水泵测试系统的软件架构和相关软件界面。测试系统先实现计算机与89C51单片机的串口通信功能来达到对测试数据读取的目的，然后对测试数据进行处理并将处理后的数据存储在MySQL数据库中，最后实现测试数据的显示和误差分析功能。

经过多次实验，该测试系统软件模块能够很好的实现计算机与89C51单片机的串口通信，读取测试数据便捷快速，测试数据的显示界面简洁明了，达到了我们的期望效果，具有很好的实用性。整个系统采用的模块化编程也使得该测试系统更加便于修改和系统功能的扩展及升级。

关键词：水泵；测试系统；eclipse；Java

Abstract

With the progress of science and technology, the traditional pump testing system in China has a single detection means, obsolete methods and low automation level, which gradually fails to meet the requirements of today's industry. Therefore, in order to improve the current pump comprehensive test conditions and measurement accuracy, it is very important to develop an efficient and highly automated pump test system.

Based on this practical requirement, this paper will use Java language to design and develop the software architecture and related software interface of the pump test system, mainly on the eclipse platform, according to the specific requirements of the test system. The test system first realizes the serial communication function between the computer and 89C51 MCU to read the test data, then processes the test data and stores the processed data in MySQL database, finally realizes the function of displaying test data and error analysis.

After many experiments, the software module of the test system can well realize the serial communication between the computer and 51 single chip computer. It is convenient and fast to read the test data. The display interface of the test data is concise and clear. It achieves our desired effect and has good practicability. The modular programming of the whole system also makes the test system more convenient to modify and expand and upgrade the system functions.

Key Words：Water pump; Testing system; eclipse；Java

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究内容说明 4

第2章 方案论证及选择 5

2.1开发语言方案选择 5

2.2后台数据库方案选择 5

2.3单片机方案选择 6

2.4方案确定 6

第3章 系统软件设计 7

3.1系统初始化 7

3.2测试数据获取 8

3.2.1串口通信下位机程序 8

3.2.2串口通信上位机程序 10

3.3 测试数据处理 10

3.4 测试数据存储 11

3.5 测试数据显示 13

第4章 总结 15

参考文献 16

致谢 17

第1章 绪论

作为输送液体或使液体增压的重要机械，水泵的历史及其悠久，从最早的提水器具（链泵、桔槔、辘轳、水车等）发展到具备典型活塞泵主要元件的灭火泵，再到后来的现代活塞泵、回转泵、离心泵。随着水泵的使用领域日益扩大，它的性能参数也受到越来越多的重视，如流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等。为了水泵基础理论的研究和发展、性能的改进、设计方法的创新，高精度、高自动化、多功能化、智能化的水泵测试系统的研究和开发至关重要。

1.1研究背景及意义

水泵作为一种常见的运输液体的机械，从最初的提水工具发展演变至今，不仅功能得到了极大的完善，并且种类也越来越丰富，成为当今世界经济发展不可或缺的一部分。一个国家或者地区不管是以工业为支柱还是以农业为支柱，从至关重要的电力系统到常见的污水处理系统，从农业水利系统到船舶系统等等，不同类型不同规格的水泵都被广泛的应用，完全融入现代人们的生活和工作中。

在“冷战”结束之后，世界各国逐渐将相互的竞争战场转移到经济领域。而作为当时的经济霸主，发达国家纷纷选择通过加大对科学技术的投资来促进各自经济的发展，进而维护自己的领先地位。水泵作为国民经济中基础建设不可缺少的产品，其制造技艺得到飞速发展，产值和产量都逐年上升，涌现出了一批世界著名的水泵制造商，例如ITT、福斯、KSB、苏尔寿、荏原、格兰富、威乐等等，为国外的经济发展注入了不竭动力。

然而，我国的水泵行业起步远远晚于欧美等国家，导致我国水泵前期发展较为缓慢，技术相对落后，间接地影响了我国的经济发展和社会发展。但是，改革开放以后我国在经济领域得到快速发展，这给国内水泵行业的发展带来了无限希望和机遇。同时，水泵生产商将面对如何利用开发国内广阔的水泵行业市场，紧跟发达国家的步伐，缩小和他们在水泵行业相关技术水平上的差距。2000年以后，一些世界著名的水泵生产厂商将目光放在了我国的水泵行业市场，开始在国内进行投资，利用前沿的技术换取了广阔的市场，给国内水泵生产厂商带来了极大的竞争压力，迫使我国水泵企业加快适应现有的市场竞争环境。一部分水泵企业选择提高对水泵研发的投资来寻求水泵生产技术的快速发展，另外一部分企业选择与外来的企业进行合作实现双赢，这使得我国水泵行业的格局逐渐清晰起来。

经过多年的发展，我国经济格局逐渐趋于稳定，国内的泵产品生产体系也逐渐趋于完善，技术水平也逐渐追赶上了发达国家，并且在某些领域处于国际领先地位，这使得我国成为世界泵产品的重要生产基地。根据中国产业信息网相关数据显示，截至2017年我国已经有6000多家水泵公司，其中包括超过1300家规模以上企业，整个市场规模在不断扩大，充满生机和希望。作为一个农业大国和人口大国，我国对于泵产品的需求极大，成为亚洲最大的泵产品需求国，占据整个亚洲市场的61%，约占世界市场25%的规模，充分证明水泵市场广阔的前景。这些年来，我国泵行业一直保持着产销两旺、高速发展的良好状态，产能飞速增长，2012年、2013年、2014年和2015年连续四年的一至六月的总产量分别为85,020,267、93,466,530台、124,025,781台和56,977,052台，年复合增长率达到20%。根据农机协会排灌机械分会的相关数据统计，

在“十二五”期间，我国的农业、水处理、石化、电力、能源等行业继续高速增长，并且对泵送产品的需求很旺盛。在“十三五”的规划中，国家对泵行业的支持不仅没有丝毫的减少，而且还提出要继续大力推动我国的农业现代化发展，提高全国农业机械化的整体水平；《中国制造2025发展规划》也已经将农业机械装备领域界定为未来工业4.0阶段优先发展的十大领域之一；《2008-2020年中国环境经济形势分析与预测》一文中提出“十三五”期间我国污水治理投入预计将达到15,603亿元，所以未来泵类制造业将迎来更好的发展契机，并且得到不断加速发展。

此外，在“十二五”及“十三五”期间，通过相关政策的不断推动，“煤改气”、“煤改电”等工程持续、加快推进。同时，随着相关工作的不断深入，燃气壁挂炉、空气源热泵的需求量不断增大，它们作为替代传统煤炉、实现“煤改气”、“煤改电”工程的主要供暖设备带动了作为其核心部件的屏蔽泵产品的销量。

伴随着科学技术的进步，水泵的应用领域和市场在不断扩大，而社会的进步和经济的快速发展使得人们对于泵产品的要求也日益提高，需要性能更加良好的泵产品为我们的生活和工作服务，所以研究探讨如何提高水泵的效率及其整个泵系统的运行效率，延长泵的运行寿命，降低能耗等工作迫在眉睫。不难发现，一套高精度的、现代化的水泵测试系统能够帮助我们清晰地认识到生产出的水泵的具体性能水平，这有助于我们根据相关测试结果总结出新的理论来指导泵产品的研发，提高水泵生产的技术水平，改良生产水泵的质量，提高泵产品的性能，从而生产出市场需要的产品，使产品的性能水平达到用户的要求，冲出传统产品的格局，进而提高国内泵企业的国际竞争力和影响力。

1.2国内外研究现状

发达国家在水泵领域的研究和试验起步较早，相关技术较为成熟，这意味着国外水泵生产厂商具备的水泵性能测试系统远远优于我国，并且掌握了核心技术。发达国家早早就将计算机强大的计算能力应用于水泵测试系统，使得系统的测试精度大大提升，整体更加自动化，这进一步拉大了我国与发达国家在水泵研制方面的差距。然而经济全球化促使各种技术交流越来越顺畅，我国也有机会有能力跟上世界的步伐，利用前人的经验和先进的知识理论研制出精度更高、功能更多、更加自动化的水泵测试系统。

历史上最早的水泵测试系统模型是英国国立实验室在1961年建立的，它的应用范围较窄，仅仅限于模型泵和水轮机的性能试验。但是，它可以在开、闭循环模式下进行效率和气蚀试验，有些参数可以实现半自动控制，并且可以实现自动绘制和打印测试曲线。由于该水泵测试系统采用了计算机自动采集并处理实验数据，大大减少了人工采集和处理的误差，提高了整个系统的精度。

英国的Armfield Limited公司研制的水泵试验台已经适用于较多类型的水泵，包括涡轮泵、轴流泵、离心泵、齿轮泵等常见的水泵，整个系统通过用直流半导体闸流管控制器变速调节流量，它不仅可以获得不同类型泵的工况特性曲线，而且可以来测量不同类型水泵的流量、扬程、扭矩和功率等参数，并自动绘制出试验曲线，得到不同类型泵的特性以及泵的汽蚀对其本身的影响。

印度Dynamic Engineering Equipments公司则研发出适用于离心泵的试验台，整个水泵由三相交流电动机驱动，它的优势在于通过在进口管路上安装真空计，出口管路上安装压力计和调节阀门，这种设计使得离心泵的特性更好获取。

德国FLUIDON Company公司研制的汽车冷却水泵试验台根据实际的应用环境，可以实现对高速旋转泵的流量、效率和磨损进行测量，并且绘制性能曲线。它可以测量高速旋转泵，发动机的最大允许流量和最大扭矩相对较高。整个试验台的结构可以灵活设置，通过压力控制阀门，闭环控制来控制电机的转速。同时，还有加热器和冷却器来控制系统的温度。

新中国成立以来，我国的经济发展一直较为缓慢，导致国内水泵行业与国外水泵行业水平差距较大，水泵性能的测试技术和方法也相对落后；直至改革开放以后，我国的经济开始进入飞速发展阶段，引入国外先进技术促使国内水泵行业快速发展。改革开放以前，国内水泵性能参数测试设备主要以手动操作为主，包括试验过程、测量试验数据、绘制曲线，然而手动操作导致整个测试系统的测量精度和测量效率都比较低，劳动强度极高，并且由于系统集成度不高，使得测量仪表较多，使用极为麻烦。改革开放以后，国内水泵生产厂商积极地引入国外先进的电子技术、传感器技术、计算机技术和自动控制技术，使得我国水泵测试技术进步飞快。

涂建平、裴凌等人和江西省农机鉴定站合作，根据水泵性能测试国家标准，引入虚拟仪器技术，并且通过数据采集卡与计算机实现了数据采集的自动化。它使用LabVIEW的G语言、强大的数值分析和信号处理能力，实现采集数据实时显示、拟合试验曲线和结果判定等功能。整个测试系统操作方便、界面比较人性化，降低了水泵测试的劳动强度，提高了测试精度和测试效率，降低了系统的开发难度，缩短了开发周期，增加了测试系统的网络功能和数据库功能。

西安理工大学研制的水泵性能测试系统以计算机为中心进行工作，采用变频调速器、流量调节系统、PLC和温度控制系统仿真水泵实际运行情况，结合精确的数据采集，完成水泵性能参数的综合测试和试验数据及性能图表的输出，系统操作方便，性能可靠、控制方式科学灵活、自动化程度高，操作系统安全，能满足国家对水泵测试的各项基本要求，并已达到国外同类产品的性能指标。

河南华恒实业有限公司研发的水泵综合性能测试系统用计算机进行控制，测试精度和效率较高、操作简单方便，可实现数据自动处理和存储，并且整个系统具有良好的可扩展性^[1]。

1.3研究内容说明

本文主要研究的是水泵测试系统的软件设计，根据水泵的实际性能要求，调研相关测试环境和测试参数，分析测试流程，提出相应测试方案。在此基础上，设计测试软件架构，完成相关软件界面的设计，完成设计流程，设计项目测试算法，完成误差分析。本文设计的水泵测试系统软件的功能模块包括：测试数据的获取模块、测试数据处理模块、测试数据存储模块、测试数据显示模块。本文主要研究内容安排如下：

第1章，首先对课题的背景进行了介绍，说明研究意义，然后叙述了水泵测试系统在国内外的研究现状、主要研究方向和内容安排。

第2章，首先针对水泵测试系统软件设计从开发语言、后台数据库、单片机三个方面提出待选的方案，分析对比各自的优缺点，最后确定技术方案。

第3章，首先介绍本文研究的水泵测试系统的功能模块，然后具体讲述系统初始化、测试数据的获取、测试数据的处理、测试数据的存储、测试数据的显示具体是如何实现的以及相关技术、原理。

第4章，对本次水泵测试系统软件设计中实现的功能进行了总结，然后对仍存在的不足进行分析。

第2章 方案论证及选择

本文研究的是水泵测试系统软件设计，所以首先需要确定开发语言和开发平台，然后根据系统的性能要求选择测试数据和标准数据存储的数据库，最后确定充当下位机的单片机。因此，本章将从开发语言、后台数据库、单片机三个方面讨论不同的方案，最后选择最适合的一种方案实现整个水泵测试系统的软件设计。

2.1开发语言方案选择

水泵测试系统软件设计最基础的功能是实现人机交互和相关界面的显示功能，所以根据自己已经接触到的开发语言确定待选的技术方案为：C语言，C 语言，Java语言。

C语言是一种通用的计算机汇编语言，应用十分广泛。从可行性角度分析，C语言可以实现相关界面的开发设计，但是需要调用Windows系统提供的API函数来实现，整个过程十分复杂，所以为了提高效率，本文不采用C语言；

C 语言是一种面向对象的计算机程序设计语言，它不仅继承了C语言，而且扩充并完善了C语言。从可行性角度分析，C 可以调用MFC、Qt、Duilib、WTL等强大的图形界面库来实现相关界面，但是自己对C 和相关图形界面库的了解不深，需要足够的时间去学习，所以C 语言不可取；

Java语言也是一种面向对象的汇编语言，它为图形界面应用开发提供了一组工具包swing。从可行性角度分析，Java语言可以很容易实现相关界面，不需要调用复杂的图形界面库，并且自己对Java的掌握较为熟练，所以本文选择Java语言开发。

2.2后台数据库方案选择

水泵测试系统软件设计需要存储下位机发来的测试数据和测试水泵的标准数据，所以需要选取数据库来完成数据存储，常见的数据库有：Oracle数据库、SQL sever数据库、MySQL数据库。

Oracle数据库的优点是它能够在目前所有主流的平台上运行，并且安全性极好，获得了最高认证级别的ISO认证。从可行性角度分析，Oracle数据库支持ODBC、JDBC等网络客户连接，可以实现与Java连接的功能。但是，Oracle数据库本身对计算机硬件的要求很高，并且价格比较昂贵，所以考虑到成本问题决定不采用Oracle数据库；

SQL sever数据库的优点在于它对数据的管理和分析都很灵活，并且它提供了对可扩展标记语言XML的核心支持和在Internet上、防火墙外进行查询的能力。从可行性角度分析，SQL sever数据库可以与Java语言进行连接，但是它自身没有获得任何安全证书，安全性得不到保障，所以SQL sever数据库不可取；

MySQL数据库不仅支持多种操作系统，而且体积小、速度快、成本低。从可行性角度分析，MySQL数据库作为一款开源数据库，提供了接口来支持与多种语言的连接操作，可以实现与Java语言进行连接。MySQL数据库自身具有一个非常灵活而且安全的权限和口令系统，当客户与MySQL数据库的服务器连接时，两者之间所有的口令传送被加密，可以提升系统的整体可靠性。综合对比，本文研究的设计选择MySQL数据库。

2.3单片机方案选择

虽然本文主要研究水泵测试系统的软件设计，但是需要选取一种单片机来模拟下位机，进而实现上位机与下位机的通信功能。根据自己接触到的单片机确定目前待选的单片机有：89C51单片机、STM32单片机。

STM32单片机是常用的嵌入式单片机，它主要用于要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用环境中。从可行性角度分析，STM32单片机可以实现与计算机的通信，但是它入门较为困难，并且本系统只需要单片机实现发送数据的简单功能，再加上STM32单片机开发板较为昂贵，所以不采用STM32单片机；

89C51单片机应用十分广泛，很容易上手。它控制较为简单，速度较快，价格便宜，虽然它的功能较少，但是本文研究的水泵测试系统只需要简单的通信功能，所以采用89C51单片机。

2.4方案确定

基于可行性、可靠性和成本考虑，本文研究的水泵测试系统将采用Java语言开发相关界面，利用89C51单片机模拟下位机，测试数据和标准数据存储在MySQL数据库中。

第3章 系统软件设计

本文研究的水泵测试系统软件设计主要分为以下几个部分：系统初始化、测试数据的获取、测试数据的处理、测试数据存储、测试数据的显示。