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談?wù)剝x器儀表自動(dòng)化校驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要：由于電子測(cè)量的復(fù)雜程度越來(lái)越高，人工測(cè)量已經(jīng)相對(duì)滯后，自動(dòng)化測(cè)試已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì)，它容易適應(yīng)測(cè)試內(nèi)容復(fù)雜多變的情況。本文對(duì)儀器儀表自動(dòng)化校驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的說(shuō)明，并且對(duì)于構(gòu)建過(guò)程中的硬件構(gòu)成、軟件特點(diǎn)做了闡釋，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的要點(diǎn)進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：儀表校驗(yàn) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)
由于電子測(cè)量的復(fù)雜程度越來(lái)越高，人工測(cè)量已經(jīng)相對(duì)滯后，自動(dòng)化測(cè)試已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì)。在大中型企業(yè)的計(jì)量部門，都擁有許多儀器儀表，如信號(hào)源、頻譜儀、頻率計(jì)、示波器、交直流標(biāo)準(zhǔn)源及數(shù)字多用表等。這些儀器儀表基本上都是帶有標(biāo)準(zhǔn)接口的智能儀器，且每年都要進(jìn)行檢定，由于其功能多，校準(zhǔn)檢定點(diǎn)繁雜，存在著耗時(shí)耗力、極易出錯(cuò)等問(wèn)題，而自動(dòng)化測(cè)試能較好地解決這一問(wèn)題。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和構(gòu)成。構(gòu)建系統(tǒng)所需要的設(shè)備構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)要本著利用現(xiàn)有設(shè)備的原則，減少額外的投資，構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)時(shí)采用智能儀器的GPIB總線模式，主要設(shè)備為內(nèi)帶微處理器的標(biāo)準(zhǔn)儀器：如信號(hào)源、示波器校準(zhǔn)儀、交直流標(biāo)準(zhǔn)源等。
被檢儀器（內(nèi)帶微處理器）：如功率計(jì)、頻率計(jì)、示波器、數(shù)字多用表。
控制器主要由電子計(jì)算機(jī)、接口卡（如HP82350A）、電纜（如HP10833BIHP10833A）等。
軟件：包括系統(tǒng)軟件以及應(yīng)用軟件。系統(tǒng)硬件的構(gòu)成儀器儀表自動(dòng)化檢校系統(tǒng)由電子計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制和管理，同時(shí)用GPIB接口儀器及輔助設(shè)各來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，主要由計(jì)算機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、被檢儀器、輔助設(shè)備（如打印機(jī)）、GPIB接口卡及電纜等組成，采用GPIB接口卡直接插在計(jì)算機(jī)的FO擴(kuò)展相上，實(shí)現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)與GPIB總線的連接，在程序控制下實(shí)現(xiàn)GPIB系統(tǒng)的其它設(shè)備間的通信。
可程控儀器設(shè)備：可程控儀器設(shè)備能通過(guò)接口接受外來(lái)的數(shù)據(jù)，據(jù)此改變儀器自身的內(nèi)部工作狀態(tài)，這大大增強(qiáng)了儀器的功能和靈活性，使得許多原來(lái)用硬件邏輯難以解決或根本無(wú)法解決的問(wèn)題可以用軟件加以解決，可使儀器降低成本，減小體積，提高可靠性；同時(shí)通過(guò)微處理器的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)等能力，可容易地實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)校準(zhǔn)，多次測(cè)量平均等技術(shù)，從而提高了測(cè)量準(zhǔn)確度；具有GPIB接口或兼有RS-232或8位并行接口或BCD接口，能方便地接入自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
GPIB系統(tǒng)總線技術(shù)指標(biāo)完成對(duì)GPIB儀器的系統(tǒng)控制及測(cè)量結(jié)果的處理輸出，滿足GPIB總線的技術(shù)指標(biāo)。①儀器容量：系統(tǒng)內(nèi)儀器數(shù)不超過(guò)巧臺(tái)。②母線構(gòu)成：由16條信號(hào)線（8條數(shù)據(jù)線，3條掛鉤線，5條管理線）及8條地址線組成。③連接方式：總線連接，儀器并聯(lián)于總線上。④總線構(gòu)成：采用標(biāo)準(zhǔn)24線電纜。⑤數(shù)傳方式：串行byte，并行bit，三線連鎖掛鉤技術(shù)、雙向異步通信。⑥數(shù)傳速率：250～500字節(jié)/秒，最高IM字節(jié)/秒。⑦數(shù)據(jù)傳輸最大距離不超過(guò)20米。系統(tǒng)軟件的構(gòu)成控制系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化校驗(yàn)，關(guān)鍵在于一套系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，方可以進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理及輸出工作，完成數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。
測(cè)控軟件既可以使用DLL來(lái)實(shí)現(xiàn)UO端口的輸入輸出功能或提高浮點(diǎn)運(yùn)算能力，又可通過(guò)API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口通信，還能夠充分發(fā)揮VB數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)大的以及生成用戶界面快等優(yōu)點(diǎn)，從而使其面板的程序設(shè)計(jì)變的非常簡(jiǎn)便，只要嵌入相應(yīng)的功能控件，編寫(xiě)響應(yīng)用戶動(dòng)作的程序，而不必編寫(xiě)按精確次序執(zhí)行的每個(gè)步驟，因而可將一個(gè)大型的應(yīng)用程序分成許多小的程序組成、而小的程序可以由用戶啟動(dòng)的事件來(lái)激發(fā)，從而大大提高編程速度。要選用先進(jìn)的Windows系統(tǒng)，現(xiàn)在windows系統(tǒng)已經(jīng)成windowsXP升級(jí)到windows7，要選取合理的操作系統(tǒng)，利用GPIB接口命令語(yǔ)言、程控標(biāo)準(zhǔn)儀器及被檢儀器的程序設(shè)計(jì)指令編制程序，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的全部檢定校準(zhǔn)功能。
軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，用漢字提示實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話及測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、打印，接口軟件包提供直接控制儀器的直接UO方式、調(diào)用軟面板方式、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換、文件打印、打印機(jī)輸出接口、UNIX通訊等，構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)的要點(diǎn)分析校準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)儀器輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，用于對(duì)被檢儀器的校準(zhǔn)檢定，整個(gè)系統(tǒng)在硬件支持下，主要通過(guò)軟件的有效設(shè)計(jì)來(lái)完成各功能的任務(wù)，系統(tǒng)用戶界面中，主菜單按系統(tǒng)功能分為校準(zhǔn)和檢定兩個(gè)功能模塊，用命令按鍵調(diào)用，調(diào)用后，則進(jìn)入各項(xiàng)功能的下一級(jí)分菜單。對(duì)于可程控的被檢儀器，大多具有自校準(zhǔn)（CAL）功能，在平常的校準(zhǔn)中，不用打開(kāi)機(jī)蓋，也不用手動(dòng)調(diào)整各器件狀態(tài)，只需按程序提示按動(dòng)面板鍵來(lái)完成。通常校準(zhǔn)常數(shù)存在非易失存儲(chǔ)器EPROM中，為以后的測(cè)量和計(jì)算備用，使用非易失存儲(chǔ)器以及微機(jī)控制的儀器，可用數(shù)字校準(zhǔn)取代機(jī)械調(diào)整。每個(gè)量程都相應(yīng)存儲(chǔ)了零位偏移和比例系數(shù)，每個(gè)原始測(cè)量數(shù)據(jù)都從新加以比例運(yùn)算，以便得到正確的結(jié)果。
[檢定] 該系統(tǒng)在軟件的支持下，利用微機(jī)控制標(biāo)準(zhǔn)儀器及被檢儀器實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢定。它是在傳統(tǒng)手工檢定基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，系統(tǒng)界面具有較好的開(kāi)放性，可按需要隨機(jī)選擇檢定點(diǎn)，檢定數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)顯示，并實(shí)時(shí)進(jìn)行各檢定點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理及顯示判定結(jié)果。各被檢儀器給出的技術(shù)指標(biāo)通常有三種模式：24小時(shí)指標(biāo)，90天指標(biāo)及一年指標(biāo)。它們對(duì)應(yīng)于不同時(shí)間區(qū)間的技術(shù)指標(biāo)，在自動(dòng)化系統(tǒng)中，用戶可以很方便地通過(guò)面板選擇系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)處理模式。如要進(jìn)行被檢表的年穩(wěn)定性考察，則可在數(shù)據(jù)處理模式中選取一年指標(biāo)，則其檢定結(jié)果的判別按一年的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行；如剛進(jìn)行完校準(zhǔn)，想復(fù)核其校準(zhǔn)效果，則可選取及小時(shí)指標(biāo)，則其測(cè)試復(fù)核數(shù)據(jù)的誤差判別方式采用24小時(shí)指標(biāo)。
[系統(tǒng)說(shuō)明] ①系統(tǒng)軟件用VisualBasic程序設(shè)計(jì)，可以生成.EXE文件，脫離VB運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行。②自動(dòng)化系統(tǒng)包括校準(zhǔn)、檢定兩個(gè)分系統(tǒng)。其中校準(zhǔn)分系統(tǒng)包括功能實(shí)現(xiàn)和校準(zhǔn)復(fù)核兩個(gè)模塊，可有選擇地進(jìn)入；檢定分系統(tǒng)包括功能實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)處理、儲(chǔ)存、打印、查詢等模塊，其中檢定數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理結(jié)果是同時(shí)輸出的。其余模塊功能可方便地用鼠標(biāo)點(diǎn)擊完成。③系統(tǒng)中，儀器型號(hào)、名稱、編號(hào)、使用單位、校準(zhǔn)檢定時(shí)間、溫濕度等記錄可方便地在面板上更改，并可隨檢定數(shù)據(jù)存入檢定原始記錄。各程控儀器的地址也可方便地在面板上更改，并在默認(rèn)地址被改動(dòng)后，系統(tǒng)設(shè)置有彈出式提示對(duì)話框，方便用戶進(jìn)行地址確認(rèn)，防止發(fā)生地址錯(cuò)誤。④檢定結(jié)束后，檢定數(shù)據(jù)及所有檢定條件參數(shù)均顯示在面板的顯示欄中，可由用戶判別其數(shù)據(jù)是否有效，是否需要儲(chǔ)存、打印或清除。用戶也可很方便地查詢已有的檢定原始記錄，進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)。
儀器儀表自動(dòng)化校驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，一舉解決了儀器儀表校準(zhǔn)檢定中數(shù)據(jù)處理量大、自動(dòng)化程度低，測(cè)試耗時(shí)和易出錯(cuò)等問(wèn)題，使復(fù)雜的數(shù)據(jù)錄入處理問(wèn)題變得非常容易，在檢定測(cè)試領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了先進(jìn)水平。
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