李 敏，周先飛，王 勇，陳萬順

(蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241006)

0 引 言

虛擬儀器技術(shù)是電子信息類專業(yè)的主干課程，而LABVIEW圖形編程軟件是目前測(cè)控領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)的程序具有較強(qiáng)移植性[1-2]。根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品測(cè)量要求，以及結(jié)合虛擬儀器技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生掌握串口通信原理、LABVIEW軟件開發(fā)流程以及數(shù)據(jù)庫知識(shí)，熟練應(yīng)用LABVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)界面和通信程序，并能對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作維護(hù)。以百分表為量具，設(shè)計(jì)了通用測(cè)量開發(fā)平臺(tái)，利用該系統(tǒng)既可開展教學(xué)，也可供高校師生和企業(yè)人員進(jìn)行二次開發(fā)。目前，市場(chǎng)上已有一些企業(yè)開發(fā)了量具測(cè)量平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、查詢、保存等功能，也能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)比對(duì)，但測(cè)量軟件是單機(jī)版，數(shù)據(jù)保存至EXCEL表格中，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問和操作功能，且源碼不公開，只能開展課程認(rèn)知實(shí)訓(xùn)。因此，設(shè)計(jì)量具通用測(cè)量平臺(tái)解決了虛擬儀器課程教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的需求。

1 通用測(cè)量平臺(tái)架構(gòu)

量具通用測(cè)量平臺(tái)硬件由PC、參數(shù)為0-12.7mm/0.01mm的數(shù)顯百分表、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。PC通過USB接口經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接數(shù)顯百分表，在使用數(shù)顯百分表前，需加載其設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。平臺(tái)軟件使用LABVIEW設(shè)計(jì)測(cè)量界面和串口通信程序，使用LABVIEW中的DB Tools函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的檢索、存儲(chǔ)等功能。根據(jù)串口通信協(xié)議，解析數(shù)顯百分表數(shù)據(jù)，為提取用戶所需的測(cè)量數(shù)據(jù)提供依據(jù)。根據(jù)企業(yè)操作規(guī)程和產(chǎn)品測(cè)量要求，通過單步或連續(xù)采集按鍵啟動(dòng)測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)的測(cè)量，通過停止按鍵終止測(cè)量，各測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)顯示并保存至指定表格中。為便于產(chǎn)品質(zhì)量追溯，產(chǎn)品測(cè)量系統(tǒng)中包括操作人員的工號(hào)，產(chǎn)品的出廠批次、型號(hào)、是否合格品等具體信息。該測(cè)量平臺(tái)既可以實(shí)現(xiàn)操作人員現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量，也可以讓管理員在其他計(jì)算機(jī)上查詢操作人員的測(cè)量情況, 解決現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障后數(shù)據(jù)無法找回的問題。

2 測(cè)量平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)功能簡(jiǎn)介

該測(cè)量平臺(tái)上位機(jī)采用LABVIEW軟件設(shè)計(jì)，將采集數(shù)據(jù)存入到Access數(shù)據(jù)庫中，以便顯示和查詢。首先通過設(shè)定串口號(hào)將量具測(cè)量設(shè)備與上位機(jī)連接，如果設(shè)備不在線或串口選擇不正確，則會(huì)提示報(bào)錯(cuò)。數(shù)據(jù)采集分為單步測(cè)量和連續(xù)測(cè)量?jī)蓚€(gè)過程。單步測(cè)量只進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，并與輸入標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，獲取偏差值，每次測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到指定表格中。

連續(xù)測(cè)量是每隔200ms進(jìn)行一次采集。每次數(shù)據(jù)采集完成，將數(shù)據(jù)保存到Access數(shù)據(jù)庫中，并在當(dāng)前工程下創(chuàng)建一個(gè)名為Data的數(shù)據(jù)庫，建立一個(gè)表Meter，表中包括編號(hào)、測(cè)量時(shí)間、測(cè)量值、標(biāo)準(zhǔn)值、結(jié)果、偏差、型號(hào)、批次8個(gè)屬性變量，利用LABVIEW的DB ToolsOpen Connection VI 庫將data.mdb和labVIEW上位機(jī)連接并自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)[3-4]。完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)后須將數(shù)據(jù)庫連接斷開。清除記錄按鍵可以清空顯示的表格數(shù)據(jù)。查詢數(shù)據(jù)在采集任務(wù)停止后再連接labVIEW和data.mdb。

圖1 量具通用測(cè)量平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖

測(cè)量平臺(tái)界面包括用戶登錄、產(chǎn)品測(cè)量、數(shù)據(jù)查詢?nèi)糠?。用戶登錄界面包括操作人員工號(hào)和登錄密碼的輸入，如圖3所示；產(chǎn)品測(cè)量界面包括產(chǎn)品型號(hào)、批次、偏差值及數(shù)顯百分表的串口號(hào)參數(shù)設(shè)置，并判斷測(cè)量數(shù)據(jù)是否超出標(biāo)準(zhǔn)值范圍，如圖4所示；數(shù)據(jù)查詢界面包括查詢參數(shù)的選擇菜單和顯示結(jié)果的表格，如圖5所示。產(chǎn)品測(cè)量程序可設(shè)置單步采樣或連續(xù)采樣各點(diǎn)數(shù)據(jù)，且測(cè)量數(shù)據(jù)順序是固定的，并將各點(diǎn)數(shù)據(jù)保存至指定數(shù)據(jù)框中，如果某一點(diǎn)數(shù)據(jù)異常，則待測(cè)量結(jié)束后,再重新測(cè)量該點(diǎn)。當(dāng)測(cè)量按鍵有效時(shí)，該界面會(huì)記錄測(cè)量時(shí)間、點(diǎn)的數(shù)量、測(cè)量數(shù)值等信息，當(dāng)按下停止按鍵，則記錄測(cè)量結(jié)束時(shí)間，將上述數(shù)據(jù)保存至Access數(shù)據(jù)庫中，便于查詢測(cè)量記錄。測(cè)量程序包括串口配置，串口接收、數(shù)據(jù)顯示、定時(shí)控制等。該百分表的串口通信數(shù)據(jù)格式包括起始數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)和控制字三部分，格式如表2所示。在該測(cè)試平臺(tái)中，串口配置程序?qū)崿F(xiàn)串口號(hào)的設(shè)置，該系統(tǒng)中選擇串口號(hào)COM6；串口接收程序接收數(shù)顯百分表發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示程序?qū)y(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在表格控件中。定時(shí)控制實(shí)現(xiàn)每隔200ms循環(huán)接收百分表發(fā)送的數(shù)據(jù)。

表1 百分表數(shù)據(jù)格式

圖4 測(cè)量平臺(tái)主界面

圖5 數(shù)據(jù)查詢界面

2.2 平臺(tái)LABVIEW程序設(shè)計(jì)

測(cè)量平臺(tái)包含主界面、數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫、測(cè)量數(shù)據(jù)查詢?nèi)齻€(gè)VI文件。主界面完成串口通信、測(cè)量模式以及數(shù)據(jù)顯示保存功能。首先選擇串口號(hào)，當(dāng)按下“打開設(shè)備”按鍵，則將數(shù)據(jù)送入讀取緩沖器內(nèi)，解析串口數(shù)據(jù)，提取產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)，將采集時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)值、批次、型號(hào)、測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)值的差值、合格參數(shù)輸入到數(shù)組，并實(shí)時(shí)顯示在表格控件，同時(shí)將上述數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫data.mdb，在程序中可設(shè)定公差值，將測(cè)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值比較后若大于公差值則是不合格品，反之為合格品。最后，通過點(diǎn)擊單步采集或連續(xù)采集按鈕實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣模式切換。數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫的VI是將數(shù)據(jù)庫文件data.mdb保存至相對(duì)路徑，并打開該文件,依次將編號(hào)、時(shí)間、測(cè)量值、偏差、結(jié)果、批次、型號(hào)8個(gè)參數(shù)寫入到表meter中,保存數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)庫關(guān)閉，在測(cè)量平臺(tái)主程序中循環(huán)調(diào)用該VI。測(cè)量數(shù)據(jù)查詢VI是通過批次，測(cè)量值、結(jié)果、型號(hào)、時(shí)間等參數(shù)查詢所需數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)查詢語句功能，VI程序中實(shí)現(xiàn)查詢結(jié)果在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)是否合格的語句如下:

select* from METER where 結(jié)果=“合格”and 時(shí)間between #2019-10-10 17:00:00# and#2019-10-10 17:00:00#，其他參數(shù)查詢類似。

3 結(jié) 語

該測(cè)量系統(tǒng)采用PC、數(shù)顯百分表和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器作為主要硬件，基于LABVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)用戶登錄、產(chǎn)品測(cè)量和數(shù)據(jù)查詢程序，將產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)通過串口傳輸至PC并保存至Access數(shù)據(jù)庫中，應(yīng)用LABVIEW工具包檢索并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。該測(cè)量平臺(tái)可用于電子信息類專業(yè)虛擬儀器技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)訓(xùn)，同時(shí)也可作為企業(yè)產(chǎn)品測(cè)量的通用平臺(tái)。

但該系統(tǒng)還有進(jìn)一步完善的空間，因?yàn)椴僮魅藛T在多點(diǎn)測(cè)量時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)誤測(cè)、漏測(cè)等問題，所以系統(tǒng)需添加輔助設(shè)備如條碼掃描槍，將測(cè)量點(diǎn)貼上一維或二維條碼，通過掃碼以確定每個(gè)點(diǎn)都測(cè)到，測(cè)量結(jié)束后比對(duì)掃描信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有未測(cè)點(diǎn)，則提示出錯(cuò)信息，以確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。