徐　艦　柴繼新　范曉燕　陳柯行

(北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所，北京 100095)

0　引言

工業(yè)觸摸屏是通過觸摸式工業(yè)顯示器把人和機(jī)器連為一體的智能化界面。它替代了傳統(tǒng)的控制按鈕和指示燈，是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。觸摸屏作為一種特殊的計(jì)算機(jī)外設(shè)，在工業(yè)控制和人機(jī)交互方面得到廣泛應(yīng)用。利用觸摸屏和帶有Modbus協(xié)議的A/D模塊設(shè)計(jì)現(xiàn)代數(shù)字化智能儀表已經(jīng)受到很多的關(guān)注和研究[1-5]。本文介紹了一款用于力及扭矩測量用觸摸式儀表，該儀表具有參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)顯示，繪制曲線及對傳感器進(jìn)行標(biāo)定等功能。與傳統(tǒng)儀表相比，這種觸摸式儀表更方便、快捷、表現(xiàn)力更強(qiáng)。

1　觸摸屏與數(shù)字模塊通信

這款觸摸式力、扭矩測量用儀表，使用的是信捷(touchwin)TG865系列觸摸屏。此屏支持C語言腳本功能，可以在此基礎(chǔ)上編寫自己的程序。而且具有一定的運(yùn)算功能和數(shù)據(jù)采集保存功能，并且支持時間趨勢圖，XY趨勢圖等形式的數(shù)據(jù)管理方式。TG865采用ARM9 CPU，400MHz主頻，128M內(nèi)存，128M存儲容量。其中PFW寄存器具有掉電保存功能，計(jì)算的傳感器系數(shù)及計(jì)算所需的內(nèi)碼值都可以存儲在PFW寄存器中。儀表的另一個重要組成部分就是A/D模塊，它集信號放大，A/D轉(zhuǎn)換為一身，可以與傳統(tǒng)的模擬傳感器相連接，直接將負(fù)荷傳感器的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。模塊的測量速率可以選擇，最大可以達(dá)到400Hz。

圖1　觸摸屏系統(tǒng)設(shè)置

實(shí)現(xiàn)觸摸屏與模塊通訊，首先對觸摸屏和模塊的通訊屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)。模塊的接口是一個異步串行接口，即主機(jī)波特率與從機(jī)波特率必須一致。模塊的串行數(shù)據(jù)格式為：1位起始位，8位字長，偶校驗(yàn)，1位停止位，波特率選擇19200。同樣觸摸屏系統(tǒng)也需要按照模塊的通訊格式設(shè)置其波特率和數(shù)據(jù)格式。觸摸屏有兩個COM口，一個是PLC，一個是Download。用PLC口與模塊進(jìn)行通信。Download口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。PLC選擇的設(shè)備是Modbus RTU協(xié)議的A/D模塊。此時的屏作為主機(jī)，其波特率和數(shù)據(jù)格式設(shè)置與模塊一樣。Download口作為與計(jì)算機(jī)通訊的接口，此時計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，屏為從機(jī)。當(dāng)屏為從機(jī)時，要設(shè)置其站號，這里將其設(shè)為1。其設(shè)置如圖1所示。這樣就完成了通訊設(shè)置。A/D模塊的測量值(內(nèi)碼值)存放在0X28寄存器中，因此觸摸屏只要訪問該寄存器就可以獲得模塊的測量值。這個測量值是模塊的內(nèi)碼值不是實(shí)際測量值。需要進(jìn)行系數(shù)計(jì)算才能得到相應(yīng)的測量值。接下來介紹如何得到真實(shí)的測量值。

2　標(biāo)定界面設(shè)計(jì)及系數(shù)計(jì)算

觸摸屏從模塊中讀到的是與加載值成一定比例關(guān)系的內(nèi)碼值。需要根據(jù)逐次加載的標(biāo)準(zhǔn)力或扭矩值以及所對應(yīng)的內(nèi)碼值來計(jì)算出這個比例系數(shù)(標(biāo)定系數(shù))，然后計(jì)算內(nèi)碼值對應(yīng)的實(shí)際測量值。計(jì)算標(biāo)定系數(shù)的方法有二次曲線法和牛頓插值法。我們采用后一種方法來計(jì)算標(biāo)定系數(shù)。本儀表設(shè)有20個通道，即一共可以存放20個系數(shù)。每個通道有10個數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，如圖2所示。用戶可以記錄從零點(diǎn)到滿量程范圍內(nèi)10個標(biāo)準(zhǔn)值和其對應(yīng)的內(nèi)碼值。數(shù)字后面的方框需要用戶輸入標(biāo)準(zhǔn)力值或扭矩值。點(diǎn)擊后面相應(yīng)的“存儲”按鈕，屏?xí)詣訉⒋藭r對應(yīng)的內(nèi)碼值采集到前面的方框中。利用觸摸屏提供的C語言腳本功能，根據(jù)用戶采集的值通過C代碼來實(shí)現(xiàn)系數(shù)的計(jì)算并將其存儲到PFW中，等使用時調(diào)用。

圖2　觸摸屏標(biāo)定界面

另外在標(biāo)定界面還可以存儲傳感器的編號、型號和量程以及小數(shù)點(diǎn)位置和標(biāo)定時使用的單位等信息。

上面介紹了計(jì)算每個通道傳感器系數(shù)的方法。每次從模塊0X28中讀出的值，需要計(jì)算才能得到需要的測量值。利用C語言功能對每個讀到的內(nèi)碼值進(jìn)行計(jì)算，然后將實(shí)際測量值顯示在觸摸屏上。

3　測量界面設(shè)計(jì)

3.1　傳感器的選擇

儀表具有20個通道。不同的通道存儲對應(yīng)不同的傳感器。選擇通道的同時，程序會將標(biāo)定時保存的傳感器系數(shù)、傳感器編號、量程、小數(shù)點(diǎn)位置和標(biāo)定時單位等加載到測量界面。在屏幕的左上角會出現(xiàn)相應(yīng)傳感器的信息，讀數(shù)窗口會顯示當(dāng)前讀數(shù)值和單位。

3.2　過載報(bào)警功能

當(dāng)測量值超過報(bào)警值時，屏的蜂鳴器會發(fā)出聲音來報(bào)警。報(bào)警值可以自己設(shè)置，點(diǎn)擊輸入報(bào)警值下面的方框，用戶可輸入報(bào)警值。如果不設(shè)置報(bào)警值，默認(rèn)的是傳感器的最大量程值。

3.3　繪制曲線功能

根據(jù)用戶的需要還可以實(shí)時繪制測量曲線(見圖3)，觸摸屏自帶了曲線功能，采集周期為1s。這個頻率對測力還可以滿足，因?yàn)榱Φ募虞d和卸載速度都不快。但對于扭矩就顯得慢了些，可以利用“數(shù)據(jù)采集保存”的高級功能來修改這個采集周期，這里將其改為100ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。具體修改方法如下：

圖3　觸摸屏測量界面

將READ0-(8)的元件屬性改成PSB,258。然后利用C語言功能，每個100ms將其置一次位即可。在程序設(shè)計(jì)時可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行修改，但這個采集頻率最終還受觸摸屏刷新頻率的影響。因此對采集曲線有嚴(yán)格要求的，在選擇觸摸屏方面要選擇刷新頻率高的觸摸屏。

3.4　測量值存儲

本程序中設(shè)置了300個PFW寄存器用來存儲測量值。這些值可以通過U盤從屏中導(dǎo)出，在電腦上用EXCEL打開進(jìn)行查看。另外在測量過程中可以隨時進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換。

3.5　觸摸屏與計(jì)算機(jī)通訊

觸摸屏的通信協(xié)議是Modbus協(xié)議。可以利用高級語言實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與觸摸屏的通訊[6]。

4　結(jié)論

利用信捷TG865觸摸屏與A/D數(shù)字模塊開發(fā)的一款觸摸式力及扭矩測量用儀表，此儀表存儲的通道多，可以繪制測量曲線，存儲300個測量值，還可以設(shè)置報(bào)警值，與液晶和數(shù)碼顯示儀表相比，界面更美觀，操作更簡單、方便。

[1]左麗.一種提高數(shù)字化儀表測量精度的方法[J].計(jì)量技術(shù)，2008(5)：35-38

[2]劉鳳新，郭儀.基于MODBUS協(xié)議的科氏流量計(jì)二次儀表設(shè)計(jì)[J].計(jì)量技術(shù)，2006(7)：9-12

[3]蔣敏蘭，胡生清，何濤.便攜式智能化扭矩測定儀[J].計(jì)量技術(shù)，2006(7)：29-31

[4]李名兆.計(jì)量儀表的抗干擾設(shè)計(jì)[J].計(jì)量技術(shù)，2001(4)：34-35

[5]滕召勝.現(xiàn)代計(jì)量測試儀器的特點(diǎn)與發(fā)展方向[J].計(jì)量技術(shù)，2001(2)：12-15

[6]潘洪躍.基于MODBUS協(xié)議通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)量技術(shù)，2002(4)：35-36