李思忍

（柳州市計量技術測試研究所，廣西 柳州 545006）

溫度巡測儀全自動檢定系統(tǒng)改造

李思忍

（柳州市計量技術測試研究所，廣西 柳州 545006）

利用新型MCU和相關軟件平臺，研發(fā)新的控制板硬件、自動化程序和上位機程序，智能化改造溫度巡測儀，提升溫度巡測儀的性能和工作效率、延長設備壽命、節(jié)約投資。技改技術也可用于改造其他計量設備或研制新的智能計量設備。

溫度巡測儀；智能化；自動化

科技的日新月異，使得我們可以用新出現(xiàn)的軟硬件對以前的計量儀器做智能化改造。設備改造后，儀器的性能得到了提升，也使得工作效率得到了提高。由本機構人員進行的技術改造，設計方案可以針對本機構在該項目上的工作習慣和特點來做，還往往比外購技術或設備的效果更好，更切合本機構實情。

對熱工專業(yè)在環(huán)境溫度試驗設備校準項目中使用的高精度數(shù)字式溫度巡測儀做了智能優(yōu)化改造，使得原有的直讀方式變成了與電腦連接并且由電腦進行數(shù)據(jù)處理，直接生成記錄。低成本改造，實現(xiàn)自動化讀數(shù)功能。

1 溫度巡測儀的工作原理

XMD-III型高精度數(shù)字式溫度巡測儀（圖1）最多可以同時接入16路溫度傳感器，按照預設的測量周期和測量點來回巡測，獲得被校準溫場的準確度和均勻性。儀器內(nèi)的89C51型MCU根據(jù)操作人員的預先設置，控制16選1數(shù)控模擬開關依次選擇某路輸入信號，經(jīng)過6個運放單元組成的信號處理及放大電路，通過模數(shù)轉換芯片變?yōu)閿?shù)字信號，進入MCU計算，還原成攝氏溫度，顯示在8個LED數(shù)碼管上，也可以定時控制微型打印機，輸出各路測量點在某時刻的溫度原始數(shù)據(jù)。最終由校準人員計算處理數(shù)據(jù)，得出結論，為客戶出具校準證書或測試報告。

2 技術方案及步驟

（1）分析溫度巡測儀的信號處理、顯示、鍵盤、MCU控制、AD轉換和電源等模塊，畫出電氣原理圖，掌握MCU控制的I/O端口邏輯和時序。

（2）淘汰89C51型MCU構成的舊微電腦主控模塊及附屬電路，保留其他模塊，重新設計新的主控模塊及電路，選擇知名公司近年生產(chǎn)的C8051F340型MCU作為主控芯片，該芯片技術先進，擁有眾多專利及強大功能，集成了USB控制器，與8051系列MCU兼容。

（3）用Keil C語言研發(fā)新的自動化MCU程序，編譯成機器碼寫入MCU的FLASH中，控制溫度巡測儀工作，與上位機通信。

（4）研發(fā)VB6編寫的上位機智能化應用程序，安裝在筆記本電腦上，經(jīng)USB接口與溫度巡測儀通信控制設備工作，接收測量數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)自動運算處理，得出結論自動保存，自動生成符合技術規(guī)范的原始記錄，可單獨生成符合技術規(guī)范的校準證書、測試報告，也能與我單位的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對接，完成業(yè)務流轉，生成證書報告。

圖1 溫度巡測儀結構圖

3 技術改造主要內(nèi)容

3.1 硬件改造

按照新的主控板設計，使用專業(yè)軟件繪出電氣原理圖和PCB圖，發(fā)給工廠制作PCB電路板，焊上貼片式電子元件就行了。由于新型MCU技術先進、功能強，使主控電路簡化、體積縮小、成本降低、可靠性增加。

表1

3.2 MCU軟件研發(fā)

按照新的硬件電路設計，尤其是I/O端口的功能分配，對照溫度巡測儀使用說明書和C8051F340的數(shù)據(jù)手冊，就可以研發(fā)出能實現(xiàn)溫度巡測儀原有功能的MCU程序，加入USB通信模塊，使MCU能接受上位機傳送來的命令，并將試驗數(shù)據(jù)傳回上位機。程序流程圖如圖2所示，使用Keil C語言編寫與直接用匯編語言相比，開發(fā)效率、程序的可讀性、可維護性很好。程序完成后用IDE集成環(huán)境譯成機器碼，寫入C8051F340的FLASH中固化。

圖2 MCU程序流程圖

3.3 USB上位機應用程序研發(fā)

MCU芯片的公司網(wǎng)站上有數(shù)據(jù)手冊、開發(fā)經(jīng)驗文章、實現(xiàn)各種功能的MCU源代碼，也有USB上位機應用程序的VB6、VC6源碼。在學習并掌握其中技術之后，我們使用VB6編寫上位機應用程序，界面友好，操作簡單，功能齊全。具體技術細節(jié)請參閱引用文獻，此處不贅述。

上位機應用程序的功能與界面設計見表1。

4 結語

本項目驗收后，我們掌握了溫度巡測儀的硬件電路改造、MCU程序設計、上位機應用程序的高級編程技術，延長設備壽命，節(jié)約設備投資，實現(xiàn)的智能化程度也較高。人工操作僅需放置好傳感器，啟動設備和軟件，簡單輸入一些預設信息給軟件即可，提高工作效率，避免人工處理數(shù)據(jù)容易出錯。完成項目所獲得的智能化技術具有普遍性，例如MCU控制模塊、數(shù)據(jù)自動處理、自動生成原始記錄和證書報告等，能用之改造各型計量設備，也適用于研發(fā)新的智能測量儀器。

[1]南京立人精密儀表所．高精度數(shù)字溫度巡測儀技術手冊[M].

[2]新華龍電子有限公司．BTF340開發(fā)評估板使用說明書及范例程序．www.xhl.com.cn.

[3]Silicon Laboratories Inc．C8051F34x手冊．www.xhl.com.cn.

[4]Hevry．USB2.0規(guī)范初探．百度文庫網(wǎng)站.

[5]Silicon Laboratories Inc．AN169_USBXpress_Programmers_ Guide．www.xhl.com.cn.

[6]Silicon Laboratories Inc．USB范例程序．www.xhl.com.cn.

[7]Maxim公司．4位半A/D轉換芯片ICL7135手冊.

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