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压力校验虚拟仪器的研究及应用
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2014-5-16 15:30:03

为实现压力仪表检定的自动化和信息化,降低检定人员的劳动强度,提高工作效率,迫切需要开发出压力校验虚拟仪器,以及完成检定数据的采集和管理、检定报告的生成与打印等工作的相关软件系统。

一、系统基本结构与工作原理

虚拟仪器是集测量端控制、数据显示、数据处理的新概念仪器,具有编程灵活、可自定义、数据分析处理能力强大、开发周期短等优点,在测控、自动化、计量方面都有广阔的应用前景。

MSP430系列单片机是由美国TI公司生产的新一代16位单片机,它具有处理能力强、运行速度快、资源丰富、开发方便及较好的性价比等优点。通用串行总线(USB)是现代数据传输的发展趋势,它具有高速、可热插拔、易扩展、接口通用、无需外接电源等优点,在数据传输方面得到广泛的应用。压力校验在工业测试系统中是一个很重要的环节,其准确性和可靠性至关重要,MSP430和USB为此提供了理想的解决方案。

PC端采用VC++实现硬件端口的访问。虽然在虚拟仪器测试软件中,LabVIEW是一个极强的软件开发平台,但LabVIEW是一种结构化解释型开发平台,用它开发的软件,无法在Windows操作系统下直接运行;因此,使用VC++能够具有更好的移植性和更高的执行效率;同时能更容易地链接数据库,实现测量数据的存储;并能够进一步扩展形成一个基于分布式数据库的压力校验网络系统。

1.硬件端的实现

(1)压力传感器

系统采用Omega公司生产的毫伏输出、带有温度补偿的高精度测压传感器作为压力信号采样器件。压力测试信号通过压力传感器进行数字化,再利用软件对数字化的信号进行定义和处理。

(2)数据采集

本系统采用TI公司的MSP430F149和PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBD12。PDIUSBD12符合通用串行总线USB1.1规范,是一款高性能的USB接口器件。MSP430F149芯片内包括一个12位的A/D转换器ADC12、采样保持器和模拟多路器;ADC12与一般的ADC相比,具有高速、通用的特点,适合于精密的数据采集和转换,能够对8个外部模拟通道和4个内部电压通道(包括内部温度传感器反馈的电压信号通道)进行A/D转换。数据采集流功能框图如图1所示。

缺插图!


<CTSM>图1数据采集流功能框图</CTSM>

PDIUSBD12的8位并行数据接入MSP430的P5口,传输数据或者命令。MSP430的P17引脚接PDIUSBD12的A0,作为PDIUSBD12的命令或数据选择线。当A0=0,MSP430向PDIUSBD12发送数据;当A0=1时,向PDIUSBD12发送命令。它们之间的数据交换采取中断查询方式,通过查询P14(P14接PDIUSBD12的INT_N引脚)是否为低电平来确定是否接收到上位机的数据或命令,再结合D12_WR和D12_RD引脚实现MSP430与PDIUSBD12的数据交换。PDIUSBD12的GL_N接LED来对其进行监控。当USB设备接入PC机时,LED亮;在进行数据传输时,LED将不断闪烁。

MSP430的P6口为其ADC12模块8个外部通道的输入端,由于压力传感器输出的信号比较微弱,同时在压力仪表测试现场存在着一定噪声对信号的干扰,压力传感器采集到的数据需要经过一定的放大和低通滤波,才能被送到MSP430的ADC12模块进行采集和转换。

2.软件的实现

本系统的软件设计主要包括单片机程序、USB驱动程序和PC机应用程序。

(1)单片机程序

单片机部分的程序也称为固件,它包括USB设备的连接、USB协议和中断处理等。PDIUSBD12可以按照USB1.1协议对数据进行封装,然后与PC机进行数据交换。MSP430根据接受到的命令通过PDIUSBD12与PC机的应用程序进行交互。

(2)USB设备驱动程序

Windows要求针对特殊设备,必须编制相关驱动程序,微软的WindowsDDK在这方面提供了较为详细的说明。目前,有许多第三方软件厂商提供了各种生成工具,如Compuware的DriverWorks、Blue Waters的Driver wizard等,它们能够很容易地在几分钟之内生成高质量的USB驱动程序。在硬件方面,这比VXD和WDM的层次更为清楚和直观。本系统采用了USB2.0高速串行总线,在PC端采用VC++为前面板软件编写工具,与传统仪器相比有操作简单、处理能力强、图形输出和测量准确度高等优点。

(3)PC机应用程序

在VC++中使用Comm控件就能实现PC机与单片机数据采集设备的连接,在此不再赘述。

数据库的作用是将测量数据存储,用作检定数据管理以及检定报告的生成与打印等工作的应用。VC++可以连接多种数据库,在此使用Foxpro 6.0数据库并附自动存储数据程序如下:

PROCEDURE getdata

PUBLIC mchannel

mchannel=DDEInitiate('PEBCdas','AD001')&&建立通信

IF mchannel!=-1

=DDEadvise(mchannel,'DATA','recdata',2)&&建立DDE热连接,数据项为DATA


。&&以上程序略

USE onedata ALIAS onedata&&打开数据库onedata

ENDIF

APPEND FORM ARRAY gdata&&将数组gdata中的转换数据添加到数据库

RETURN

3.分布式压力校验虚拟仪器的扩展

随着数据的增多,以及信息化测量的需要,分布式数据采集、汇总到主数据库用数据挖掘技术进行分析处理将成为趋势,而利用Internet或局域网能实现分布式压力校验系统。分布式压力校验系统构架框图如图2所示。

缺插图!


<CTSM>图2分布式压力校验系统构架框图</CTSM>

二、结束语

本文应用虚拟仪器实现压力校验的软件平台及相关硬件系统,并对压力仪表校验的测试数据的采集、分析、处理和报告进行了研究,随着虚拟测试技术的发展和完善,压力校验虚拟仪器系统必然会得到更多的关注。


【关键词】虚拟仪器, 测量端控制, 数据显示,国家标准物质网 

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