比例閥測試系統的設計范文

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《中國測試雜志》2014年第三期

1軟件設計

CVI是美國NationalInstruments公司開發的基于C語言的面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發平臺，它把C語言與用于數據采集、分析和顯示的測控專業工具有機結合起來，實現了數據的采集、分析和顯示，包含DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232/485等各種儀器通信總線標準的所有功能函數，可驅動不同總線標準接口設備，軟件界面及操作方法簡潔直觀，易操作，交互性好，在工程方面應用廣泛[5-7]。具體功能及界面如圖2所示。

2軟件主要模塊設計

2.1恒流源控制功能恒流源控制功能是采用KR-3001恒流源與計算機通過RS-232通信來實現的。需要注意的是：所發送的命令和返回的數據都是char型，軟件接收到恒流源返回的數據時，需要進行char型到數值型（例如float）的轉換；同樣，發送的指令也要進行相反的處理。在LabWindows/CVI中RS-232函數庫中提供了各種方式的串口通信控制函數，可分為打開／關閉函數、串口I/O讀寫函數、調制解調器控制函數、串口控制函數、寄存器狀態函數、回調函數及串口擴展事件函數[8-10]。按照軟件設定恒流源參數定時向其發送電壓、電流設定指令，通過發送查詢電壓和電流指令，查詢當前電壓、電流測量值，并使用回調函數不斷檢測相應事件是否發生，檢測到后，接收數據并進行判斷和解析數據，在測試界面中，實時顯示當前電壓、電流測量值，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（）等功能函數依次實現的。各函數功能如下：ComLoadPortNo（）完成對串口端口號的設置，并將數據保存在INI文件中，每次從INI文件中加載端口號，當需要改更端口號時，只需在INI文件中設置即可。ComInit（）主要完成串口的打開、計算機與恒流源通信協議的配置（在本軟件比特率為9600，8位數據位，1位停止位，無校驗位，輸入及輸出緩沖區各為128）、清空輸入及輸出緩沖區、安裝同步回調函數，并將其響應事件設置為接收14個字符后開始響應。同步回調函數ComDataPakCallback（）主要用于檢測當輸入隊列中至少有14個字符時，開始調用接收數據功能函數ComRcvData（）。ComRcvData（）主要用于完成對數據的接收及解析，首先讀取當前輸入隊列中的字符數，當大于0時，讀取以0x0A為結束符的字符隊列，并將其轉換為相應的電壓、電流值。ComClose（）用于退出軟件前關閉串口。ComSendCmd（）用于將預發送的指令轉換成字符串，發送到串口輸出隊列，從而完成向恒流源發送不同的指令。

2.2數據采集、顯示、存儲功能數據采集使用了DMA工作方式，由DAQmx驅動在計算機內存中開辟了一塊緩存空間，通過數據傳輸機制，板卡FIFO中的數據會通過DMA通道被轉移到緩存中。當數據采集程序調用了特定的函數后，緩存中的大量數據又會被一次性轉移到指定的進程中。通過這種機制，相當于將計算機內存作為板卡FIFO的延伸，而容量可以相當大。這樣進程可以用比板卡采樣率低得多的速率來獲取數據，不必擔心操作系統響應其他事件而延遲了獲取數據的操作。即使發生緩存溢出的事件，DAQmx會發送報警信息，使其得知這一情況并采取相應措施。在軟件中，數據采集功能主要是通過測試畫面“開始測試”按鈕的事件響應函數btnStartTestClicked（）來實現的，具體流程見圖4。數據顯示及處理通過異步定時器為時鐘基準（10ms），通過不同倍頻來實現不同數據的顯示、處理頻率。主要完成定周期計算并顯示平均壓力、實時壓力、恒流源電壓、電流回讀值、發送恒流源指令及相關狀態。數據存儲，壓力測試完成后，需對進、出口壓力，設定電流、電壓，實測電流、電壓進行存儲，采用GenerateExcelRepor（t）功能函數來實現數據的存儲。Labwindow/CVI提供對外部組件ActiveX的調用方式。應用儀器驅動與ActiveX服務器接口，可實現對MicrosoftExcel進行操作，從而完成將測試數據存入Excel表格中。

3系統驗證

3.1各組件功能測試在功能測試中，需對恒流源、數采卡、數據保存等各項功能進行測試。步驟如下：（1）驗證恒流源的功能，首先用串口調試助手，向恒流源發送不同指令來觀察恒流源面板輸出變化。（2）單獨編寫數采卡功能測試模塊，連續讀取采集數據。隨后，用NIMeasurement&AutomationExplorer數采卡功能測試工具進行測試，結果都在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，采集結果為4mA左右。初步認為采集卡功能正常。

3.2系統測試對在系統的各項功能進行反復確認后，圖5（a）為設定電流實測值與設定值對比誤差為±0.1mA，3個回城程設定值與實測測量值一致。圖5（b）為同一個比例閥進行3次氣壓測試后的數據對比，可以看出3次進程、回程測量數據基本一致，誤差為±0.005bar，比例閥進程與回程特性誤差（斜線部分）e。通過計算得知，特性誤差為±3%，數據分別一致數據一致性較好，可滿足試驗要求。

4結束語

該軟件實現了比例閥測試過程的自動化。在系統的設計開發過程中，經過了一個從設計、調試到現場應用的反復調試過程，克服了干擾、操作不方便等問題，完成了系統設計的全過程。經過現場實際應用和數據結果表明，本系統能滿足預先期望的功能要求和設計精度。該軟件已通過驗證，應用于生產試驗中，具有操作簡單、人機對話方便、安全可靠性強等特點。

作者：劉婷婷關波單位：陜西法士特齒輪有限公司