王勇，魏建中，陳波

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

0 引言

Keithley 2000儀表是一種高性能的數(shù)字型儀表，主要用于電流、電壓、電阻和頻率等參數(shù)的測量，在工業(yè)上和實驗室中具有廣泛的用途。該表測量精度高、噪聲低和功能全，但對于非專業(yè)測試人員，使用該表進(jìn)行專業(yè)參數(shù)測量還是比較困難的，測量速度慢，測量效率低。

隨著智能儀表和虛擬儀表技術(shù)的快速發(fā)展，上下位機通訊的地位日益凸現(xiàn)，如何通過上位機實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)的自動化采集已成為測試現(xiàn)場急需解決的問題。有了性能強大的硬件檢測平臺，如果沒有合適的軟件與之匹配，那么檢測儀表的性能將得不到充分的發(fā)揮。

本文將結(jié)合實驗室中電阻溫度循環(huán)前后阻值變化的測試過程，提出Keithley儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)PC機對儀表的自動化采集、分析和合格判定。

1 系統(tǒng)的實現(xiàn)

Keithley 2000儀表通過RS 232[1-2]接口與上位機PC進(jìn)行通信，采集的數(shù)據(jù)通過上位機中的軟件進(jìn)行比較分析，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用Delphi 7進(jìn)行上位機編程，在進(jìn)行通信程序的設(shè)計過程中，為了避免底層串口參數(shù)編程的初始化設(shè)置過程，提高開發(fā)效率，選用了功能強大的第三方SPComm控件，SPComm控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。程序流程如圖2所示。

圖2 程序流程圖

1.1 SPComm串口通信控件介紹

SPComm控件具有豐富的、與串口通信密切相關(guān)的屬性，提供了對串口所進(jìn)行的多種操作，進(jìn)而使串行通信變得十分簡便。

SPComm共實現(xiàn)了3個類：串口類Tcomm、讀線程類TreadThread以及寫線程類TwriteThread[1]。Tcomm的某個實例在方法StartComm中打開串口，并實例化了一個讀線程ReadThread和一個寫線程WriteThread，它們和主線程之間進(jìn)行消息的傳遞，實現(xiàn)串口通信。

Spcomm串口通信控件的基本屬性、方法和事件的說明如下：

1.1.1 基本屬性

a）CommName屬性

計算機串口端口號的名字，COM1、COM2……等；在打開串口前，必須填寫好此值。

b）Parity屬性

校驗位None、Odd、Even、Mark和Space等。

c）BaudRate

設(shè)定支持串口通信用的波特率9600，4800等，根據(jù)實際需要來定；在串口打開后也可更改波特率，實際的波特率隨之更改。

d）ByteSize屬性

表示一個字節(jié)中，使用多少個數(shù)據(jù)位來收發(fā)數(shù)據(jù)，根據(jù)具體的情況設(shè)定5、6、7、8等。

e）StopBits屬性

表示一個字節(jié)中，使用停止位的位數(shù)，根據(jù)具體的情況設(shè)定1、1.5、2等。

f）SendDataEmpty 屬性

布爾屬性，為True時表示發(fā)送緩存為空，或者發(fā)送隊列里沒有信息；為False時表示發(fā)送緩存不為空，或者發(fā)送隊列里有信息。

1.1.2 方法

a）StartComm方法

用來打開通信串口，開始通信。如果失敗，則會導(dǎo)致串行口錯誤。錯誤類型大致分為串行口己處于打開狀態(tài)，所以不能打開串行口，不能創(chuàng)建讀寫進(jìn)程，不能建立串行口緩沖區(qū)等。

b）StopComm方法用來停止通信串行口的所有進(jìn)程，關(guān)閉串口。c）WriteCommData（1）pDataToWrite： PChar；2）dwSizeofDataToWrite： Word）方法

這是帶有布爾型返回值的函數(shù)，其中參量pDataToWrite是要寫入串行口的字符串，dwSizeof-DataToWrite是要寫入的字符串的長度。該函數(shù)通過一個寫線程向串行口輸出緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送操作將在后臺默認(rèn)執(zhí)行。如果寫線程PostMessage成功，則返回值是True；若寫線程失敗，則返回值是False。

1.1.3 事件

Spcomm串行通信控件具有多線程的特性，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)分別在兩個線程內(nèi)完成，接收線程負(fù)責(zé)收到數(shù)據(jù)時觸發(fā)OnReceiveData事件；用WriteCommData（）函數(shù)將待發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入輸出緩沖器，發(fā)送線程在后臺完成數(shù)據(jù)發(fā)送工作。在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)前需要初始化串口，用StartComm方法打開串口，退出程序時用StopComm方法關(guān)閉串口。

Spcomm應(yīng)用的核心在于主線程、讀線程和寫線程之間的消息傳遞機制，而通信數(shù)據(jù)相關(guān)信息的傳遞也是以消息傳遞的方式進(jìn)行的。在使用Spcomm進(jìn)行串口通信編程時，需要特別注意以下兩個問題：

a）Spcomm是通過ReadIntervalTimeout屬性的設(shè)置來確定所接收到的數(shù)據(jù)是否屬子同一幀數(shù)據(jù)，其默認(rèn)值是100 ms；也就是說，只要任何兩個字節(jié)到達(dá)的時間間隔小于100 ms，都被認(rèn)為是屬于同一幀數(shù)據(jù)，在與儀表機協(xié)同工作時，要特別注意這個問題[2]。

b）Spcomm的默認(rèn)屬性設(shè)置是支持軟件流控制的，用于流控制的字符是13 H（XoffChar）和11 H（XonChar），當(dāng)儀表以二進(jìn)制方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須要禁用Spcomm對于軟件流控制的支持；否則，在數(shù)據(jù)幀中出現(xiàn)的13 H和11 H會被Spcomm作為控制字符而加以忽略。

1.2 使用SPComm控件實現(xiàn)串口通信

由于Delphi 7中沒有直接集成串口控件，所以，首先需要把SPComm控件添加到Delphi 7中。

在Delphi 7.0中安裝SPComm串口通信控件的方法為：選擇 Delphi 7.0的 “Component” 菜單，點擊 “Install Component..” 菜單項，然后在彈出的Into existing package屬性頁中的Unit file name輸人框中選擇SPCOMM.pas文件，單擊兩次 “OK”按鈕后，就可以將SPComm控件安裝到Delphi 7.0的System組件頁上。

對SPComm控件進(jìn)行初始化，初始化的指令如下：

1.3 Keithley 2000 RS-232 通信設(shè)置

1.4 通信指令組

正常的串口通信建立后，就可以由PC上位機通過SPComm控件提供函數(shù)WriteCommData（pDataToWrite：PChar； dwSizeofDataToWrite：Word）：Boolean；向Keithley 2000發(fā)出操控指令。

以下是采集數(shù)據(jù)的指令舉例，可以完成電阻阻值的基本參數(shù)測量。

指令以回車符結(jié)束，如 “DATA?”指令的程序代碼如下：

1.5 基于SPComm控件的數(shù)據(jù)的接收及處理

由于SPComm采用事件驅(qū)動機制，只要儀表向PC機發(fā)送數(shù)據(jù)，SPComm就觸發(fā)一次接收事件，相應(yīng)的數(shù)據(jù)存放在接收緩沖區(qū)，SPComm以接收數(shù)據(jù)的時間間隔區(qū)分不同的事件，事件間隔在Read-InteralTimeout中設(shè)置。接收事件驅(qū)動機制的最大優(yōu)點是無需程序?qū)邮站彺嬉恢碧幱跈z查狀態(tài)，只要有數(shù)據(jù)到達(dá)就會觸發(fā)接收事件而執(zhí)行相應(yīng)的程序代碼。

SPComm控件提供 OnReceiveData事件，當(dāng)控件接收數(shù)據(jù)時執(zhí)行該事件，可在該事件中對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。以下是對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的代碼，可以實現(xiàn)阻值的自動判定，超出指標(biāo)，則顯示為紅色。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能分析

電阻初次測量阻值、溫度循環(huán)試驗后再次測量阻值，并計算兩次測量的阻值變化，每次測量值及變化量有相應(yīng)的指標(biāo)范圍，針對筆者所在的實驗室測量樣品多，測試指標(biāo)相對簡單的特點，為提高工作效率，采用Delphi 7編寫上位機軟件，通過RS 232接口連接Keithley儀表實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集，系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)界面

系統(tǒng)有如下特點：

系統(tǒng)對讀取的數(shù)值設(shè)置了量級和精度，可自定義量級和精度；實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動計算、儲存整套數(shù)據(jù)及查詢，大大簡化了操作步驟，實現(xiàn)了全程無紙化測量，有效地避免人為誤差，極大地方便了后續(xù)數(shù)據(jù)處理；成功讀取數(shù)據(jù)后對樣品編號自動加一，便于讀取下一樣品數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)自動分析后，不合格的數(shù)據(jù)將用紅色標(biāo)識；測試數(shù)據(jù)可以保存到Excel表中，方便保存及后期處理；系統(tǒng)出錯采用多媒體聲音報警，操作人員不必時刻監(jiān)視計算機和儀表了；配合USB串口轉(zhuǎn)換器即可實現(xiàn)Keithley全系列數(shù)字萬用表即插即用，沒有RS 232串口的計算機同樣可以方便地通過此軟件控制Keithley數(shù)字萬用表。

在實際的測量過程中，操作人員將樣品放置好后，直接按回車鍵即可完成所有的工作。如果這一測試工作同樣由人工手動完成，則不僅效率低下，而且測量精度也得不到保證。人工測試和自動采集性能的比較如表1所示。

表1 人工測試和自動采集性能比較

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用計算機軟件技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集，對傳統(tǒng)的人工測量電阻的測試方法進(jìn)行了重大的改進(jìn)，實現(xiàn)了電阻阻值的自動測量及溫度循環(huán)前后的阻值變化比較，大大提高了電阻阻值參數(shù)測試的自動化水平，減少了人員的工作量，提高了數(shù)據(jù)的可信度；另外，本系統(tǒng)也可對電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行測量。

[1]范逸之，陳立元.Delphi與RS-232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]黃軍，熊勇.Delphi串口通信編程[M].北京：人民郵電出版社，2002.