中船重工第七一零研究所 杜 鵬

一種Lab Windows/CVl下的壓力自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

中船重工第七一零研究所 杜 鵬

整個(gè)壓力自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集電路、RS232通訊接口、計(jì)算機(jī)及Lab Windows/CVI平臺(tái)下的測(cè)試軟件搭建而成,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理和保存,具有非常高的實(shí)用價(jià)值。

壓力傳感器；數(shù)據(jù)采集電路；RS232通訊接口；Lab Windows/CVI

1 引言

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是指在人極少參與或不參與的情況下,自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量,處理數(shù)據(jù),并以適當(dāng)方式顯示或者輸出測(cè)試結(jié)果的系統(tǒng)。與人工測(cè)試相比,自動(dòng)測(cè)試省時(shí)、省力,能夠提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量,它對(duì)生產(chǎn)、科研和國(guó)防都有重要作用。

壓力傳感器是使用最為廣泛的的一種傳感器,其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。壓力傳感器輸出的是電流或者電壓信號(hào),通過(guò)接口可以很方便和計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。因此在現(xiàn)有的環(huán)境和設(shè)備的基礎(chǔ)上,即可建立一套壓力傳感器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

2 測(cè)試系統(tǒng)的原理

壓力傳感器一般與由A/D芯片、單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集電路配套使用,通過(guò)RS-232通訊接口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)系起來(lái)。

RS-232通訊接口是目前比較常見(jiàn)的通訊接口,有很多工業(yè)儀器將它作為標(biāo)準(zhǔn)通訊接口,被廣泛用于計(jì)算機(jī)串行接口外設(shè)連接。RS-232實(shí)現(xiàn)雙向通訊只需要3根線,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,并且傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,可以用來(lái)作為壓力測(cè)試系統(tǒng)的通訊接口。

測(cè)試系統(tǒng)的工作原理:首先利用壓力傳感器在壓力標(biāo)準(zhǔn)所所設(shè)定的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量,傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)由A/D芯片采集電路進(jìn)行采集、并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),再由單片機(jī)進(jìn)行濾波處理和報(bào)文封裝后,通過(guò)RS-232通訊接口傳輸給計(jì)算機(jī)。由計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器的壓力值進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)計(jì)算機(jī)對(duì)收到的壓力數(shù)據(jù)符合要求時(shí)按檢定規(guī)程進(jìn)行處理并保存數(shù)據(jù),生成壓力曲線并顯示出來(lái)。當(dāng)整個(gè)測(cè)試周期結(jié)束時(shí),將結(jié)果生成WORD文檔保存下來(lái)并打印輸出。壓力測(cè)試系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)原理圖

3 測(cè)試軟件的實(shí)現(xiàn)

測(cè)試系統(tǒng)的硬件電路搭建完成后,接下來(lái)進(jìn)行測(cè)試軟件的設(shè)計(jì),本文中采用用的是Lab Windows/CVI虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)該平臺(tái)是目前比較流行的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具,它所實(shí)現(xiàn)的測(cè)量?jī)x器的功能可以由用戶根據(jù)需要自行設(shè)計(jì),并且可以擴(kuò)展。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器只能由廠家事先定義,功能單一,其組成一般固定不可變更,如果用戶需要新的功能就必須購(gòu)買新的儀器,而采用Lab Windows/CVI平臺(tái),用戶只需要改變軟件程序,就可以不斷的改變或擴(kuò)展其測(cè)量功能。

Lab Windows/CVI將傳統(tǒng)的儀器由硬件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析處理與顯示功能,改由功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)來(lái)完成,它通過(guò)配置以獲取調(diào)理信號(hào)為主要目的的I/O接口設(shè)備(如采集卡DAQ、串口RS-232等)以及實(shí)現(xiàn)不同功能的軟件對(duì)采集獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理及顯示。另外Lab Windows/CVI提供了很多的控件庫(kù)(包括開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖表)以及豐富的庫(kù)函數(shù),如數(shù)據(jù)采集的庫(kù)函數(shù)、RS-232庫(kù)函數(shù)等,方便用戶設(shè)計(jì)使用。

設(shè)計(jì)該測(cè)試軟件時(shí),調(diào)用RS-232庫(kù)函數(shù),設(shè)置一個(gè)串口接收定時(shí)器,當(dāng)接收到串口數(shù)據(jù)后利用Graphs and Strip Chart(圖形控件)類函數(shù)完成數(shù)據(jù)曲線的繪制和操作,包括:Graph Plotting and Deleting(圖形繪制和刪除)、Graph Cursors(圖形光標(biāo))、Strip Chart Trace(滾動(dòng)圖線)、Axis Scaling(坐標(biāo)比例)、PlotX(對(duì)X軸進(jìn)行設(shè)置)、PlotY(繪圖函數(shù))、PlotXY (同時(shí)對(duì)X軸,Y軸進(jìn)行設(shè)置,繪制圖形)。

Lab Windows/CVI還能很方便的和其它軟件結(jié)合起來(lái)使用,通過(guò)對(duì)其它應(yīng)用程序的調(diào)用(如:WORD、EXCEL)能夠生成報(bào)表和文檔以及建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

在Wdrd中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的程序如下:

Word_GetProperty(appHandle,NULL,Word_GetPro perty Word_APPlicationSelection,CAVT_OB-JHANDLE, &currSelHandle);

CA_VariantSetInt(&Unit,1);

CA_VariantSetInt(&Count,68);

Word_SelectionMoveRight(currSelHandle,NULL,Un it,Count, CA_DEFAULT_VAL, &1)

程序設(shè)計(jì)的流程如圖2所示。

圖2 測(cè)試軟件設(shè)計(jì)流程圖

4 數(shù)據(jù)處理

傳感器的數(shù)據(jù)的處理中,最小二乘法是理論上最為成熟、應(yīng)用也較為廣泛的方法,所以本方案中,壓力傳感器的數(shù)據(jù)采用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合,來(lái)測(cè)量傳感器的精確度和靈敏度,Lab Windows/CVI的庫(kù)函數(shù)中就包含了最小二乘法線性擬合函數(shù),可以直接調(diào)用,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。再調(diào)用WORD文檔,將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果記錄在WORD文檔中,并生成一個(gè)壓力傳感器校準(zhǔn)報(bào)告或檢定證書(shū),這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)處理、自動(dòng)生成校準(zhǔn)報(bào)告或者檢定證書(shū)并打印。

數(shù)據(jù)處理包含三個(gè)模塊:數(shù)據(jù)曲線顯示模塊、數(shù)據(jù)結(jié)果模塊、WDRD文檔模塊他們的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

整個(gè)壓力自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集電路、RS232通訊接口、計(jì)算機(jī)及Lab Windows/CV平臺(tái)下的測(cè)試軟件搭建而成,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理和保存,具有非常高的實(shí)用價(jià)值。利用Lab Windows/CV平臺(tái)設(shè)計(jì)虛擬儀器可以說(shuō)是大大的簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程、提高了開(kāi)發(fā)效率、降低了成本、提高了測(cè)量精度,而且方便調(diào)試、升級(jí),有著廣闊的應(yīng)用前景。

［1］劉君華,白鵬,賈惠芹,閻曉艷.虛擬儀器編程語(yǔ)言Lab Windows/CVI教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社,2001.

［2］范逸之.Visual Basic與RS232串口通訊控制［M］.北京:中國(guó)青年出版社,2000.