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《中國(guó)測(cè)試雜志》2014年第三期

1軟件設(shè)計(jì)

CVI是美國(guó)NationalInstruments公司開發(fā)的基于C語言的面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，它把C語言與用于數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、分析和顯示，包含DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232/485等各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，可驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備，軟件界面及操作方法簡(jiǎn)潔直觀，易操作，交互性好，在工程方面應(yīng)用廣泛[5-7]。具體功能及界面如圖2所示。

2軟件主要模塊設(shè)計(jì)

2.1恒流源控制功能恒流源控制功能是采用KR-3001恒流源與計(jì)算機(jī)通過RS-232通信來實(shí)現(xiàn)的。需要注意的是：所發(fā)送的命令和返回的數(shù)據(jù)都是char型，軟件接收到恒流源返回的數(shù)據(jù)時(shí)，需要進(jìn)行char型到數(shù)值型（例如float）的轉(zhuǎn)換；同樣，發(fā)送的指令也要進(jìn)行相反的處理。在LabWindows/CVI中RS-232函數(shù)庫(kù)中提供了各種方式的串口通信控制函數(shù)，可分為打開／關(guān)閉函數(shù)、串口I/O讀寫函數(shù)、調(diào)制解調(diào)器控制函數(shù)、串口控制函數(shù)、寄存器狀態(tài)函數(shù)、回調(diào)函數(shù)及串口擴(kuò)展事件函數(shù)[8-10]。按照軟件設(shè)定恒流源參數(shù)定時(shí)向其發(fā)送電壓、電流設(shè)定指令，通過發(fā)送查詢電壓和電流指令，查詢當(dāng)前電壓、電流測(cè)量值，并使用回調(diào)函數(shù)不斷檢測(cè)相應(yīng)事件是否發(fā)生，檢測(cè)到后，接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷和解析數(shù)據(jù)，在測(cè)試界面中，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電壓、電流測(cè)量值，控制流程圖見圖3。串口通信功能主要是通過：ComLoadPortNo（），ComInit（），ComDataPakCallback（），ComRcvData（），ComClose（），ComSendCmd（）等功能函數(shù)依次實(shí)現(xiàn)的。各函數(shù)功能如下：ComLoadPortNo（）完成對(duì)串口端口號(hào)的設(shè)置，并將數(shù)據(jù)保存在INI文件中，每次從INI文件中加載端口號(hào)，當(dāng)需要改更端口號(hào)時(shí)，只需在INI文件中設(shè)置即可。ComInit（）主要完成串口的打開、計(jì)算機(jī)與恒流源通信協(xié)議的配置（在本軟件比特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗(yàn)位，輸入及輸出緩沖區(qū)各為128）、清空輸入及輸出緩沖區(qū)、安裝同步回調(diào)函數(shù)，并將其響應(yīng)事件設(shè)置為接收14個(gè)字符后開始響應(yīng)。同步回調(diào)函數(shù)ComDataPakCallback（）主要用于檢測(cè)當(dāng)輸入隊(duì)列中至少有14個(gè)字符時(shí)，開始調(diào)用接收數(shù)據(jù)功能函數(shù)ComRcvData（）。ComRcvData（）主要用于完成對(duì)數(shù)據(jù)的接收及解析，首先讀取當(dāng)前輸入隊(duì)列中的字符數(shù)，當(dāng)大于0時(shí)，讀取以0x0A為結(jié)束符的字符隊(duì)列，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓、電流值。ComClose（）用于退出軟件前關(guān)閉串口。ComSendCmd（）用于將預(yù)發(fā)送的指令轉(zhuǎn)換成字符串，發(fā)送到串口輸出隊(duì)列，從而完成向恒流源發(fā)送不同的指令。

2.2數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)功能數(shù)據(jù)采集使用了DMA工作方式，由DAQmx驅(qū)動(dòng)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中開辟了一塊緩存空間，通過數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，板卡FIFO中的數(shù)據(jù)會(huì)通過DMA通道被轉(zhuǎn)移到緩存中。當(dāng)數(shù)據(jù)采集程序調(diào)用了特定的函數(shù)后，緩存中的大量數(shù)據(jù)又會(huì)被一次性轉(zhuǎn)移到指定的進(jìn)程中。通過這種機(jī)制，相當(dāng)于將計(jì)算機(jī)內(nèi)存作為板卡FIFO的延伸，而容量可以相當(dāng)大。這樣進(jìn)程可以用比板卡采樣率低得多的速率來獲取數(shù)據(jù)，不必?fù)?dān)心操作系統(tǒng)響應(yīng)其他事件而延遲了獲取數(shù)據(jù)的操作。即使發(fā)生緩存溢出的事件，DAQmx會(huì)發(fā)送報(bào)警信息，使其得知這一情況并采取相應(yīng)措施。在軟件中，數(shù)據(jù)采集功能主要是通過測(cè)試畫面“開始測(cè)試”按鈕的事件響應(yīng)函數(shù)btnStartTestClicked（）來實(shí)現(xiàn)的，具體流程見圖4。數(shù)據(jù)顯示及處理通過異步定時(shí)器為時(shí)鐘基準(zhǔn)（10ms），通過不同倍頻來實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的顯示、處理頻率。主要完成定周期計(jì)算并顯示平均壓力、實(shí)時(shí)壓力、恒流源電壓、電流回讀值、發(fā)送恒流源指令及相關(guān)狀態(tài)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，壓力測(cè)試完成后，需對(duì)進(jìn)、出口壓力，設(shè)定電流、電壓，實(shí)測(cè)電流、電壓進(jìn)行存儲(chǔ)，采用GenerateExcelRepor（t）功能函數(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。Labwindow/CVI提供對(duì)外部組件ActiveX的調(diào)用方式。應(yīng)用儀器驅(qū)動(dòng)與ActiveX服務(wù)器接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)MicrosoftExcel進(jìn)行操作，從而完成將測(cè)試數(shù)據(jù)存入Excel表格中。

3系統(tǒng)驗(yàn)證

3.1各組件功能測(cè)試在功能測(cè)試中，需對(duì)恒流源、數(shù)采卡、數(shù)據(jù)保存等各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試。步驟如下：（1）驗(yàn)證恒流源的功能，首先用串口調(diào)試助手，向恒流源發(fā)送不同指令來觀察恒流源面板輸出變化。（2）單獨(dú)編寫數(shù)采卡功能測(cè)試模塊，連續(xù)讀取采集數(shù)據(jù)。隨后，用NIMeasurement&AutomationExplorer數(shù)采卡功能測(cè)試工具進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果都在8μA左右。接上壓力傳感器及傳感器供電電源，由于無法提供氣源，按同樣的方法，采集結(jié)果為4mA左右。初步認(rèn)為采集卡功能正常。

3.2系統(tǒng)測(cè)試對(duì)在系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行反復(fù)確認(rèn)后，圖5（a）為設(shè)定電流實(shí)測(cè)值與設(shè)定值對(duì)比誤差為±0.1mA，3個(gè)回城程設(shè)定值與實(shí)測(cè)測(cè)量值一致。圖5（b）為同一個(gè)比例閥進(jìn)行3次氣壓測(cè)試后的數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出3次進(jìn)程、回程測(cè)量數(shù)據(jù)基本一致，誤差為±0.005bar，比例閥進(jìn)程與回程特性誤差（斜線部分）e。通過計(jì)算得知，特性誤差為±3%，數(shù)據(jù)分別一致數(shù)據(jù)一致性較好，可滿足試驗(yàn)要求。

4結(jié)束語

該軟件實(shí)現(xiàn)了比例閥測(cè)試過程的自動(dòng)化。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，經(jīng)過了一個(gè)從設(shè)計(jì)、調(diào)試到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的反復(fù)調(diào)試過程，克服了干擾、操作不方便等問題，完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用和數(shù)據(jù)結(jié)果表明，本系統(tǒng)能滿足預(yù)先期望的功能要求和設(shè)計(jì)精度。該軟件已通過驗(yàn)證，應(yīng)用于生產(chǎn)試驗(yàn)中，具有操作簡(jiǎn)單、人機(jī)對(duì)話方便、安全可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。

作者：劉婷婷關(guān)波單位：陜西法士特齒輪有限公司