王武華

(91388部隊(duì)，廣東 524022)

一種手持式校準(zhǔn)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王武華

(91388部隊(duì)，廣東 524022)

艦船電工儀表是艦船航行及艦載各動(dòng)力系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、測控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的主要判斷依據(jù)。針對傳統(tǒng)的計(jì)量校準(zhǔn)方法存在的效率低、可靠性難以保證等方面的問題，設(shè)計(jì)了一種輕便、可靠的手持式校準(zhǔn)控制器，控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輸出，同時(shí)具備信息錄入、數(shù)據(jù)存儲等功能，實(shí)現(xiàn)了對艦船電工儀表現(xiàn)場原位快速計(jì)量校準(zhǔn)，并通過測試數(shù)據(jù)比對，驗(yàn)證了此方法可行。

艦船 電工儀表 手持 控制器 校準(zhǔn)

1 引 言

艦船用電工儀表是艦船航行及艦載各動(dòng)力系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、測控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的主要判斷依據(jù)，這些監(jiān)測儀表的性能指標(biāo)好壞直接影響艦船的戰(zhàn)斗力和遂行保障能力。目前，艦船電工儀表計(jì)量校準(zhǔn)方式有兩種，分別是艦船進(jìn)場維修和現(xiàn)場原位計(jì)量校準(zhǔn)。采用艦船進(jìn)場維修方式帶來電工儀表拆卸操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，拆卸后安裝可靠性難以保證的問題。而采用現(xiàn)場原位計(jì)量校準(zhǔn)方式，由于電工儀表分布點(diǎn)眾多、操作空間狹小，使得標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備移動(dòng)不便，且在實(shí)際操作中，操作設(shè)備、觀察儀表刻度及數(shù)據(jù)記錄等工作需要兩至三名操作人員互相配合，船艙噪音大，導(dǎo)致校準(zhǔn)人員溝通不暢的問題，嚴(yán)重影響開展艦船電工儀表現(xiàn)場原位計(jì)量校準(zhǔn)的工作效率。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

為了克服現(xiàn)有艦船用電壓表、電流表、頻率表等電工儀表在進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)方面存在的不足，儀表拆卸操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，拆卸后安裝可靠性無法保證等難點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)對艦船電工儀表現(xiàn)場原位快速計(jì)量校準(zhǔn)，本文提出設(shè)計(jì)一種輕便可靠的手持式控制終端控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備多功能校準(zhǔn)源輸出，在船艙狹小空間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相對固定條件下，對艦船分布點(diǎn)眾多的電工儀表進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，且無需拆卸，節(jié)約人力資源，確?？煽啃?，提高了艦船電工儀表計(jì)量校準(zhǔn)任務(wù)保障效率及計(jì)量覆蓋率。如圖1所示，手持式校準(zhǔn)控制器通過通信線路與多功能校準(zhǔn)源(外部設(shè)備)連接，被檢表在不拆卸的情況下通過長測試線與多功能校準(zhǔn)源測量端口連接，依據(jù)JJG 124-2005《電壓表、電流表、功率表及電阻表檢定規(guī)程》，通過手持式控制器粗調(diào)、細(xì)調(diào)等按鍵調(diào)整多功能校準(zhǔn)源輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流、頻率等信號輸入至被檢表，當(dāng)被檢表指針與標(biāo)準(zhǔn)刻度對齊時(shí)，讀取手持式校準(zhǔn)控制器上的顯示值并保存，依次對被檢表所有標(biāo)準(zhǔn)刻度進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，采用此方法，通過對多功能校準(zhǔn)源進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)對艦船用電工儀表的現(xiàn)場原位快速計(jì)量校準(zhǔn)[1]。

2.2 設(shè)計(jì)方案

手持式校準(zhǔn)控制器關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)控制多功能校準(zhǔn)源輸出值，它是以89C51單片機(jī)為主控芯片, 包括接口電路模塊，輸入控制模塊，譯碼電路模塊，顯示模塊以及存儲模塊。接口電路模塊采用RS232接口及通信電纜，用于單片機(jī)與外部設(shè)備多功能校準(zhǔn)源通信，輸入控制模塊采用鍵盤電路及集成的數(shù)字、字母和功能按鈕鍵盤，用于接收操作人員指令，并發(fā)送給所述譯碼電路模塊，譯碼電路模塊對接收到的操作指令進(jìn)行譯碼后發(fā)送給單片機(jī)，顯示模塊采用液晶屏，用于顯示操作信息和外部設(shè)備的測量值。存儲模塊采用ROM芯片，用于存儲設(shè)備信息及測量數(shù)據(jù)[2,3]，如圖2所示。

3 手持式校準(zhǔn)控制器實(shí)現(xiàn)

3.1 主程序流程

依據(jù)手持式校準(zhǔn)控制器實(shí)現(xiàn)的功能要求，需具備信息錄入、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲等功能，在對多功能校準(zhǔn)源的工作原理充分了解基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)應(yīng)用主程序的流程如圖3所示。

3.2 串口通信設(shè)計(jì)

手持式校準(zhǔn)控制器與外部設(shè)備多功能校準(zhǔn)源采用串口通信設(shè)計(jì)，89C51內(nèi)部含有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口，具有UART全部功能。該接口電路能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，發(fā)送電路由“SBUF(發(fā)送)”、“零檢測器”和“發(fā)送控制器”等電路組成，用于串口發(fā)送；接收電路由“SBUF(接收)”、“接收移位寄存器”和“接收控制器”等組成，“SBUF(發(fā)送)” 、“SBUF(接收)”為8位緩沖寄存器，用于存放發(fā)送和接收的字符數(shù)據(jù)，它們公用一個(gè)選口地址SBUF(99H)，CPU執(zhí)行MOV SBUF，A指令產(chǎn)生“寫SBUF”脈沖，以便把累加器A中欲發(fā)送字符送入SBUF(發(fā)送)寄存器；執(zhí)行MOV A，SBUF指令可以產(chǎn)生“讀SBUF”脈沖，把“SBUF(接收)”中接收到的字符傳送到累加器A。

手持式校準(zhǔn)控制器的串口通信采用RS-232總線結(jié)構(gòu)，實(shí)際上就是一種符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的帶有D型連接器的專用電纜，根據(jù)系統(tǒng)性能要求選用三線多環(huán)回型結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.3 鍵盤顯示設(shè)計(jì)原理

手持式校準(zhǔn)控制器利用鍵盤顯示接口芯片8279，INTER公司的8279是一種通用可編程鍵盤、顯示接口芯片，鍵盤部分提供一種掃描方式，可與64個(gè)按鍵的矩陣鍵盤連接，能對鍵盤不斷掃描，自動(dòng)消抖，自動(dòng)識別按鍵并給出鍵值，能對雙鍵或N鍵同時(shí)按下實(shí)行保護(hù)。其工作流程如圖5所示。

4 測量不確定度評定及試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 測量不確定度評定

采用手持式校準(zhǔn)控制器對艦船電工儀表進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，其本身不產(chǎn)生不確定度來源，或者說帶來的不確定度可以忽略不計(jì)，以測量F96-AC型交流電流表1A點(diǎn)測量結(jié)果不確定度評定為例，不確定度來源主要有：

①由標(biāo)準(zhǔn)器的絕對年允許誤差極限引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，B類評定

uB1=a/k=4.04×10-4A

②由多功能校準(zhǔn)儀讀數(shù)分辨率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，B類評定

③由測量結(jié)果重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，A類評定

重復(fù)測量F96-AC型交流電流表1A點(diǎn)10次，算出實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，則其不確定度分量為

④合成不確定度

⑤擴(kuò)展不確定度

U=kuc=2.4×10-3A (k=2)

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

采用手持式校準(zhǔn)控制器控制HT9020型多功能校準(zhǔn)源對F96-AC型交流電流表進(jìn)行現(xiàn)場原位校準(zhǔn)，并與采用常規(guī)方法，即將該交流電壓表拆卸之后進(jìn)行計(jì)量測試結(jié)果進(jìn)行比較，測試結(jié)果如表1所示。

表1 測試結(jié)果數(shù)據(jù)比對 (A)

由表1可以看出，采用手持式校準(zhǔn)控制器的測試數(shù)據(jù)與常規(guī)測試方法所測得的數(shù)據(jù)處于同一水平，能夠表明增加手持式校準(zhǔn)控制器可以控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備多功能校準(zhǔn)源的輸出值，采用此方法對艦船電工儀表進(jìn)行現(xiàn)場原位計(jì)量校準(zhǔn)，測試數(shù)據(jù)可靠，有效，滿足要求，且被測儀表無需拆卸，提高了保障效率。

5 結(jié)束語

在對艦船電工儀表進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)時(shí)，增加手持式校準(zhǔn)控制器通過長串口線控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出，可以在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相對固定的情況下，完成對電工儀表的現(xiàn)場原位計(jì)量校準(zhǔn)，解決儀器倉空間小，分布點(diǎn)眾多、船艙噪音大溝通不暢等問題帶來的不便性，同時(shí)在實(shí)際操作中，無需多名人員配合，可以節(jié)約人力資源，大大提高艦船電工儀表計(jì)量校準(zhǔn)保障效率。

[1] JJG 124-2005 電壓表、電流表、功率表及電阻表檢定規(guī)程[M].北京：中國計(jì)量出版社，2005.

[2] 黃全勝，李莉.艦船電工儀表現(xiàn)場檢定裝置[J].計(jì)量技術(shù)，2008(7)：35～38.

[3] 王長江.壓力表檢定方法改進(jìn)及自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)[J].中國計(jì)量，2010(8)：25～27.

The Design and Implementation of A Hand-heldCalibration Controller

WANG Wu-hua

(91388 Unit of PLA, Guangdong 524022, China)

Warship electrical instruments are the main criterion for sailing ships and the shipboard power system, weapon system of state. In view of some disadvantages of the traditional calibration method for electrical instrument, such as low efficiency, the reliable and other aspects of the problems, a hand-held calibration controller has been designed which is lightweight and reliable, and it can control standard source output with the information input, data storage and other functions, to achieve a rapid calibration of the warship electrical instruments in situ. It is proved that the method is feasible, by comparing the test data.

Warship Electrical instrument Hand-held Controller Calibration

2016-07-16，

2016-11-08

王武華(1983-)，男，工程師，碩士，主要研究方向：計(jì)量檢定及檢測方法研究。

1000-7202(2017) 02-0091-04

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.19

TB973

A