摘 要： 為了配合自主研發(fā)的超聲波熱量表的檢定工作，依據公司制定的熱量表紅外通信協(xié)議，進行了熱量表修正軟件的設計。該軟件實現(xiàn)了對熱量表流量和溫度系數(shù)的修正，進而提高了熱量表的檢定精度。在Visual CC++6.0平臺下，通過MFC來創(chuàng)建應用程序框架，利用多線程串口通信類CnComm完成多線程之間的數(shù)據通信任務。通過發(fā)送控制命令和構造接收處理子程序來完成對串口數(shù)據的讀寫和顯示。同時，利用ADO類對數(shù)據庫進行訪問，實現(xiàn)歷史記錄的查詢功能。該軟件經過實際檢驗，操作簡單方便，通信可靠高效，達到了檢定工作的要求標準。
關鍵詞： 紅外通信；多串口；Visual C++；系數(shù)修正
目前，熱量表檢定裝置在我國的發(fā)展還不是很成熟，大多數(shù)熱量表檢定裝置還沒有完全實現(xiàn)計算機自動控制，特別是在一些關鍵功能方面，國內的熱量表檢定裝置及其檢定方法的科學性和自動化程度都有待提高，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是缺少光電通信接口；二是缺乏對熱量表儀表系數(shù)的自動修正能力[1]。例如進行熱量表流量檢定時，無論是質量法還是標準表法都需要人工讀取被檢定表的流量參數(shù)，通過與熱量表檢定裝置的標準值進行比較，確定其是否在規(guī)定誤差范圍內， 從而做出檢定結果[2]。其檢定過程存在的缺點是：易于引入讀數(shù)和計算偏差，使檢定結論不準確；人工讀數(shù)導致檢定時間長，檢定效率低，檢定自動化程度低；在熱量表檢定不合格時，無法及時根據誤差自動修正儀表的流量系數(shù)，使熱量表的后續(xù)工作量較大。為了避免檢定過程中人為因素對檢定結果造成的影響，減少熱量表檢定的后續(xù)工作量及提高熱量表的檢定效率，配合熱量表檢定系統(tǒng)設計了熱量表系數(shù)修正軟件。
1 熱量表紅外通信電路
目前,熱量表的通信方式主要有三種形式：(1)M_BUS通信，用于遠程讀取熱量表數(shù)據的總線標準；(2)紅外通信，采用紅外發(fā)送接收管，進行近距離的通信，主要應用于手持紅外設備對熱量表進行近距離抄表；(3)RS-485通信，利用一對雙絞線，實現(xiàn)平衡發(fā)送和差分接收，硬件簡單，成本低廉，多站互聯(lián)較為方便，工業(yè)應用成熟[3]。比較三種通信方式，公司研發(fā)的熱量表采用了前兩種通信方式，即M_BUS通信和紅外通信。而熱量表系數(shù)修正軟件正是以紅外通信為基礎來實現(xiàn)的。下面簡單介紹所設計的超聲波熱量表的紅外通信電路。
超聲波熱量表選用紅外發(fā)射二極管EL351430和紅外接收二極管PT-BP351420來構成紅外通信電路，如圖1所示。紅外發(fā)射電路由一個510 Ω的電阻和EL351430紅外發(fā)射二極管組成,通過單片機MSP430的P1.4(HW_TXD)發(fā)送數(shù)據;在紅外接收部分，利用紅外一體化接收二極管PT-BP351420接收紅外脈沖信號，經放大、濾波和檢波等處理，解調成二進制電信號，然后通過P1.3（HW_RXD）進入單片機MSP430。
2 系數(shù)修正軟件設計方案
VC++由于功能強大和應用靈活，同時具有圖形界面友好、系統(tǒng)資源豐富、操作配置方便、運行速度較快等特點;而串口通信具有實現(xiàn)簡單、使用靈活方便、數(shù)據傳輸可靠等優(yōu)點，因而用VC++編制串口實時控制軟件十分方便[4]。在檢定超聲波熱量表時，為了縮短檢定時間，提高檢定效率，該軟件一次需要與多塊熱量表進行串口數(shù)據通信，從而需要開辟多個串口，完成多串口的讀寫命令又會涉及到多線程串口的操作。因為此時程序需要循環(huán)檢測串口的事件狀態(tài)，當串口出現(xiàn)收發(fā)事件時，必須立即進行串口的讀寫操作。若將這些循環(huán)檢測操作放在主線程中，將使主線程執(zhí)行速度變慢，程序的效率降低[5]。該系數(shù)修正軟件利用多線程串口通信庫CnComm來解決多線程串口通信問題，從而提高了計算機執(zhí)行程序的能力以及軟件運行和執(zhí)行的效率，并通過ADO類對數(shù)據庫進行訪問，實現(xiàn)熱量表檢定數(shù)據的記錄保存。軟件工作流程圖如圖2所示。
3 系數(shù)修正軟件程序設計
利用VC++ 6.0的MFC創(chuàng)建一個單文檔的應用程序框架，添加相應的按鈕、編輯框、靜態(tài)文本框等控件創(chuàng)建應用程序的人機交互界面。將所用的CGridCtrl類、CnComm類和Ado類的文件包含到應用程序中，并在所應用的類中包含它們的頭文件。
3.1初始化串口
初始化主要對串口參數(shù)進行設置，包括使用的端口、通信波特率、數(shù)據位數(shù)、奇偶校驗、起始/停止位數(shù)等參數(shù)。設置好參數(shù)后，就可以打開串口，準備進行數(shù)據傳輸。軟件根據被檢定的表數(shù)確定打開的串口數(shù)目，并設置串口的工作狀態(tài)和波特率等參數(shù)。程序中添加讀取檢定熱量表的表號并打開相應的串口及設置參數(shù)的代碼如下：
void CHeatMeterView::OnButtonOpen()
{
for(intm_nActivePos=0;
m_nActivePos<m_Number;m_nActivePos++)
//獲取被檢定熱量表的實際數(shù)目
{
nPort= m_Pos[m_nActivePos]+10;
//得到串口號，+10表示從COM11開始 if(Comm_[nPort].IsOpen()) Comm_[nPort].Close();
//關閉已被打開的串口
Comm_[nPort].SetOption( Comm_[nPort].GetOption() | Cn- Comm::EN_RX_BUFFER| CnComm::EN_TX_BUFFER);
//設置串口參數(shù) Comm_[nPort].Open(nPort,"1200,E,8,1");
Comm_[nPort].SetWnd(this->GetSafeHwnd());
//設定需要監(jiān)視串口數(shù)據接收的窗口
}
}
3.2信息幀的發(fā)送處理
在發(fā)送信息幀控制命令的各子程序中編寫相應的熱量表控制命令。由于信息幀發(fā)送過程中可能出現(xiàn)誤碼或其他外界干擾，容易造成信息幀發(fā)送失敗，為了提高信息幀發(fā)送的成功率，每次發(fā)送信息幀控制命令后自動啟動超時定時器，用于計算發(fā)送數(shù)據后的超時，若控制命令連續(xù)三次發(fā)送超時,主站沒有得到從站的響應，則關閉超時定時器，退出本次控制命令的發(fā)送，同時提示檢定人員通信失敗的表號。各個控制命令的發(fā)送基本一致，下面以檢定啟動控制命令為例來說明，其程序代碼如下：
void CHeatMeterView::OnButtonStart()
{
if (m_bSerialPortOpened==TRUE && m_Number>0)
//確認有被測熱量表和相應的串口已打開
{
m_nActivePos = 0; //第一組表位
StartTest(m_nActivePos);
//發(fā)送檢定啟動控制命令的子程序
}
}
3.3 信息幀的接收處理
當主站成功發(fā)送控制命令后，從站將按照已制定的紅外通信協(xié)議給予響應。串口接收數(shù)據采用事件驅動的方式。當串口有數(shù)據進入接收緩沖區(qū)時，程序將執(zhí)行ON_MESSAGE(ON_COM_RECEIVE, OnReceive)事件。在程序中，該事件的函數(shù)名稱是OnReceive(OnReceive(WPARAM wParam, LPARAM lParam))。在該函數(shù)中，首先判斷信息幀是否出現(xiàn)數(shù)據長度、控制碼、數(shù)據標識和偶校驗等錯誤，如果沒有錯誤，則讀取接收緩沖區(qū)有效的數(shù)據字節(jié)存放到所定義的數(shù)組內，然后解析報文內容，做出相應的應答；否則自動放棄該信息幀，不予響應。在此僅給出數(shù)據幀接收處理函數(shù)OnReceive（）中檢定啟動控制命令響應信息幀的處理，其程序代碼如下：
LRESULT CHeatMeterView::OnReceive(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
if (wParam == Comm_[nPort].GetPort())
{
if(firstdata_addr<=511)
{
m_usDataNmbr = Comm_[nPort].Read(&m_
ReceiveBuf
[firstdata_addr], 512);//讀取串口緩沖區(qū)信息幀
}
else
firstdata_addr=0;
}
……
BYTE KeyCRT; //檢定啟動的控制碼
KeyCRT = m_ReceiveBuf[nStart+9];
if (0xA3== KeyCRT) //是否為檢定啟動響應 {
if(m_nActivePos!=m_Number - 1)
//下一個表位 {
m_nActivePos++;
Sleep(SleepTime);
StartTest(m_nActivePos);
//發(fā)送檢定啟動控制命令
}
else
MessageBox("通信全部成功！);
}
……
}
3.4 Ado類對數(shù)據庫的訪問
在熱量表的檢定過程中，檢定人員容易出現(xiàn)忘記將某個流量點數(shù)據清零的情況，導致下一個流量點的檢定數(shù)據不準確。補救的方法就是把檢定過的流量點再重新檢定一遍，這樣不僅增加檢定人員的工作量，降低熱量表的檢定效率，而且極易造成熱量表檢定結果和修正系數(shù)的不準確，嚴重影響熱量表出廠的合格率。為此，建立一個Access數(shù)據庫來記錄熱量表每個檢定流量點的相關數(shù)據。其優(yōu)點是：(1)當檢定人員誤操作后，可以及時從數(shù)據庫中恢復某一檢定過的流量點記錄的相關數(shù)據，不需要檢定人員再重新操作； (2)可以作為研究和改進熱量表檢定和系數(shù)修正的重要數(shù)據依據。
4 軟件運行情況分析介紹
4.1 軟件總體概況
該系數(shù)修正軟件利用熱量表的紅外通信功能，通過USB型光電讀寫頭與熱量表的主控制器進行串口數(shù)據通信。在熱量表的流量檢定中，配合熱量表的流量檢定系統(tǒng)來讀取熱量表的流量基準值和測量結束值，并根據有關公式計算相應的誤差和流量修正系數(shù)，從而真正實現(xiàn)熱量表檢定和儀表系數(shù)修正工作的一次性完成。不僅使熱量表檢定工作效率得到顯著的提高，而且使熱量表的批量檢定成為可能。軟件的人機界面如圖3所示。
4.2 軟件的信息幀發(fā)送和接收
該系數(shù)修正軟件具有良好的人機交互界面，信息幀控制命令的發(fā)送都是通過單擊按鈕來實現(xiàn)的，并且發(fā)送成功與失敗都有相關的提示界面，便于檢定人員獲知相關操作是否完成。對于接收到的信息幀，軟件會自動判斷接收到信息幀的有效性和正確性，經過相關的數(shù)據處理后顯示在人機交互界面上，便于檢定人員可以直觀地查看檢定熱量表的相關數(shù)據。在熱量表某一檢定流量點中，軟件讀取、顯示及計算相關誤差的界面如圖4所示。
4.3 軟件的數(shù)據記錄保存與查詢
每完成一個流量點的數(shù)據讀取和計算相關誤差后，檢定人員可以點擊保存數(shù)據按鈕對數(shù)據記錄進行保存，每條記錄將按照所創(chuàng)建的數(shù)據庫格式進行存儲，記錄包括表位號、表號、管徑、被測流量點、溫度、基準值、測量結束值、實際值、誤差、修正系數(shù)等，便于以后的數(shù)據查詢和恢復操作。
該系數(shù)修正軟件在國內熱量表檢定裝置及其檢定方法的科學性和自動化程度不斷提高的環(huán)境下應運而生,進行了多次改進和調試，在實際運行中也取得了比較理想的效果。在公司半年多的使用中，軟件運行良好，操作簡單，使用方便，通信可靠高效，不但節(jié)省了人力，減少了檢定人員的工作量，而且大大提高了檢定的科學性、可靠性和正確性，使超聲波熱量表檢定提高到了一個新水平。
參考文獻
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