李世光,孟強(qiáng)強(qiáng),桑志峰,朱曉莉,張 鍇,陳曰印

(1.山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院，山東 青島266590；2.青島盤古電氣有限公司，山東 青島266100)

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(jī)自動控制，特別是在一些關(guān)鍵功能方面，國內(nèi)的熱量表檢定裝置及其檢定方法的科學(xué)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(jìn)行熱量表流量檢定時，無論是質(zhì)量法還是標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，確定其是否在規(guī)定誤差范圍內(nèi)，從而做出檢定結(jié)果[2]。其檢定過程存在的缺點(diǎn)是：易于引入讀數(shù)和計算偏差，使檢定結(jié)論不準(zhǔn)確；人工讀數(shù)導(dǎo)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(jù)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(jié)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(shè)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(yuǎn)程讀取熱量表數(shù)據(jù)的總線標(biāo)準(zhǔn)；(2)紅外通信，采用紅外發(fā)送接收管，進(jìn)行近距離的通信，主要應(yīng)用于手持紅外設(shè)備對熱量表進(jìn)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(yīng)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(chǔ)來實現(xiàn)的。下面簡單介紹所設(shè)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(gòu)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(jī)MSP430的P1.4(HW_TXD)發(fā)送數(shù)據(jù);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(jīng)放大、濾波和檢波等處理，解調(diào)成二進(jìn)制電信號，然后通過P1.3（HW_RXD）進(jìn)入單片機(jī) MSP430。

圖1 紅外通信電路

2 系數(shù)修正軟件設(shè)計方案

VC++由于功能強(qiáng)大和應(yīng)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(yùn)行速度較快等特點(diǎn);而串口通信具有實現(xiàn)簡單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)行串口數(shù)據(jù)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(dāng)串口出現(xiàn)收發(fā)事件時，必須立即進(jìn)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(jī)執(zhí)行程序的能力以及軟件運(yùn)行和執(zhí)行的效率，并通過ADO類對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，實現(xiàn)熱量表檢定數(shù)據(jù)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(shè)計

利用VC++6.0的MFC創(chuàng)建一個單文檔的應(yīng)用程序框架，添加相應(yīng)的按鈕、編輯框、靜態(tài)文本框等控件創(chuàng)建應(yīng)用程序的人機(jī)交互界面。將所用的CGridCtrl類、CnComm類和Ado類的文件包含到應(yīng)用程序中，并在所應(yīng)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(jìn)行設(shè)置，包括使用的端口、通信波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗、起始/停止位數(shù)等參數(shù)。設(shè)置好參數(shù)后，就可以打開串口，準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。軟件根據(jù)被檢定的表數(shù)確定打開的串口數(shù)目，并設(shè)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(yīng)的串口及設(shè)置參數(shù)的代碼如下：

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(yīng)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(jù)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(yīng)，則關(guān)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：

3.3 信息幀的接收處理

當(dāng)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(yīng)。串口接收數(shù)據(jù)采用事件驅(qū)動的方式。當(dāng)串口有數(shù)據(jù)進(jìn)入接收緩沖區(qū)時，程序?qū)?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(jù)長度、控制碼、數(shù)據(jù)標(biāo)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(jù)字節(jié)存放到所定義的數(shù)組內(nèi)，然后解析報文內(nèi)容，做出相應(yīng)的應(yīng)答；否則自動放棄該信息幀，不予響應(yīng)。在此僅給出數(shù)據(jù)幀接收處理函數(shù)OnReceive（）中檢定啟動控制命令響應(yīng)信息幀的處理，其程序代碼如下：

3.4 Ado類對數(shù)據(jù)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(diǎn)數(shù)據(jù)清零的情況，導(dǎo)致下一個流量點(diǎn)的檢定數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。補(bǔ)救的方法就是把檢定過的流量點(diǎn)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(jié)果和修正系數(shù)的不準(zhǔn)確，嚴(yán)重影響熱量表出廠的合格率。為此，建立一個Access數(shù)據(jù)庫來記錄熱量表每個檢定流量點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)是：(1)當(dāng)檢定人員誤操作后，可以及時從數(shù)據(jù)庫中恢復(fù)某一檢定過的流量點(diǎn)記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)，不需要檢定人員再重新操作；(2)可以作為研究和改進(jìn)熱量表檢定和系數(shù)修正的重要數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 軟件運(yùn)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(jìn)行串口數(shù)據(jù)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(zhǔn)值和測量結(jié)束值，并根據(jù)有關(guān)公式計算相應(yīng)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(jī)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(jī)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(guān)的提示界面，便于檢定人員獲知相關(guān)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(jīng)過相關(guān)的數(shù)據(jù)處理后顯示在人機(jī)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(guān)數(shù)據(jù)。在熱量表某一檢定流量點(diǎn)中，軟件讀取、顯示及計算相關(guān)誤差的界面如圖4所示。

4.3 軟件的數(shù)據(jù)記錄保存與查詢

每完成一個流量點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀取和計算相關(guān)誤差后，檢定人員可以點(diǎn)擊保存數(shù)據(jù)按鈕對數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行保存，每條記錄將按照所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫格式進(jìn)行存儲，記錄包括表位號、表號、管徑、被測流量點(diǎn)、溫度、基準(zhǔn)值、測量結(jié)束值、實際值、誤差、修正系數(shù)等，便于以后的數(shù)據(jù)查詢和恢復(fù)操作。

該系數(shù)修正軟件在國內(nèi)熱量表檢定裝置及其檢定方法的科學(xué)性和自動化程度不斷提高的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生,進(jìn)行了多次改進(jìn)和調(diào)試，在實際運(yùn)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(yùn)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(xué)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。

[1]吳偉龍.熱能表新型自動檢定方法的研究[J].中國 計 量 ，2009(6)：67-68.

[2]劉劍，劉俊承.熱量表自動檢定系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電力，2011，28(5)：72-75.

[3]張旭.城鎮(zhèn)供熱計量與管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].山東：山東科技大學(xué)，2011.

[4]曹西征，郭立紅.基于 VC++的紅外相機(jī)串口通軟件設(shè)計[J].微計算機(jī)信息，2007，23(4)：289-290.

[5]劉書智.Visual C++串口通信與工程應(yīng)用實踐[M].北京：中國鐵道出版社，2011.