串口在分析儀器智能化勘驗(yàn)體系的運(yùn)用
1傳統(tǒng)的測試儀器大多只能進(jìn)行手工操作，不能保存每次測量時(shí)間、測量結(jié)果，更無法保留歷史數(shù)據(jù)、因而難以及時(shí)分析了解被測物理量的變化情況。雖能滿足實(shí)驗(yàn)室的需要，但不太適合于實(shí)際應(yīng)用。測量自動(dòng)化是測量儀器發(fā)展的主要方向，虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展使現(xiàn)代測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)真正融合在一起。利用LabVIEW的儀器控制功能對(duì)傳統(tǒng)儀器的現(xiàn)有接口進(jìn)行開發(fā)，可以通過在軟件中執(zhí)行遠(yuǎn)程命令控制測量過程并實(shí)現(xiàn)對(duì)測量結(jié)果的保存，以改善、擴(kuò)展傳統(tǒng)測試儀器的功能，使之能更好地滿足工程實(shí)際的需要。
工程應(yīng)用中，經(jīng)常需要在計(jì)算機(jī)與儀器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，串行通信是較常用的通信方式。RS－232協(xié)議是國際認(rèn)可的串口通信協(xié)議，目前國內(nèi)外儀器大部分帶有RS－232接口。帶RS－232串口的儀器設(shè)備以其硬件成本低，遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，在測控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文利用串口儀器控制技術(shù)開發(fā)了基于LabVIEW的多波長計(jì)自動(dòng)測試系統(tǒng)，通過程控代碼實(shí)現(xiàn)儀器的參數(shù)設(shè)置、單次／重復(fù)測量以及測量結(jié)果的獲取。測量結(jié)果可以自動(dòng)存入指定的EXCEL文件中，從而有利于進(jìn)一步分析處理測試結(jié)果、管理歷史數(shù)據(jù)，完善了整個(gè)測試系統(tǒng)，使其更適合于實(shí)際應(yīng)用。
2基于LabVIEW的儀器控制軟件設(shè)計(jì)
虛擬儀器是一種功能意義上的儀器，它在基本硬件的支持下，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)分析和處理以及測試結(jié)果的顯示等過程，通過軟硬件的配合來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲(chǔ)等方面的限制。
美國NI公司開發(fā)的LabVIEW是一種功能強(qiáng)大的圖形化編程語言。用之來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)可編程儀器的控制，可以很大程度地提高編程效率。VISA是虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)體系的簡稱，是在LabVIEW工作平臺(tái)上控制VXI、GPIB、RS－232以及其它種類儀器的單接口程序庫。采用VISA標(biāo)準(zhǔn)，方便用戶在不同的平臺(tái)、對(duì)不同類型的儀器進(jìn)行開發(fā)、移植及升級(jí)測控系統(tǒng)。
2.1用超級(jí)終端初步檢測串口
串口通信功能的正常運(yùn)行是進(jìn)行有效控制的關(guān)鍵。利用Windows環(huán)境下的超級(jí)終端程序可以對(duì)連接串口進(jìn)行初步檢測，以確保在進(jìn)行LabVIEW編程之前儀器與計(jì)算機(jī)的串口工作正常。
本研究中的多波長計(jì)為基于信息指令的儀器，其采用的控制命令為可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI.用超級(jí)終端查詢儀器標(biāo)志及幾個(gè)寄存器狀態(tài)的返回結(jié)果如所示。
此外，為了檢驗(yàn)測量命令的返回格式，在超級(jí)終端程序中還對(duì)MEAS、FETC、READ三類測量命令進(jìn)行了測試，如所示。在超級(jí)終端中對(duì)各遠(yuǎn)程命令進(jìn)行初步測試，有助于了解返回?cái)?shù)據(jù)的基本格式和精度，為LabVIEW的程序編程提供必要的參考。但這種方式需要人工逐條輸入指令進(jìn)行操作，返回的結(jié)果也不能自動(dòng)處理，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的全自動(dòng)操作，因而使用范圍有一定局限性。
2.2多波長計(jì)串口控制軟件的模塊化設(shè)計(jì)
多波長計(jì)是一種能多通道地測量波長變化的儀器，它利用了麥克爾遜干涉檢測原理，可作為光纖光柵傳感器的測量儀器，這種儀器非常成熟、可靠。但是現(xiàn)有的多波長計(jì)只能進(jìn)行手工操作，測量數(shù)據(jù)靠人工讀取，不便于實(shí)際應(yīng)用。本文以多波長計(jì)為例，利用LabVIEW開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行了模塊化串口控制軟件的開發(fā)。
采用模塊化編程可以簡化程序框圖的框架體系，而且各功能模塊分別調(diào)試，也有利于提高編程效率。
主程序框圖由串口控制模塊、字符串轉(zhuǎn)換模塊、文件存儲(chǔ)模塊等組成，如所示。以串行控制模塊為基礎(chǔ)，根據(jù)需要編制了字符串轉(zhuǎn)換模塊、波長－應(yīng)變－溫度值轉(zhuǎn)換模塊、初始波長獲取模塊等。
串口通信模塊是儀器自動(dòng)測試控制軟件中最關(guān)鍵、最核心的子模塊，是聯(lián)系硬件儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)的紐帶。實(shí)現(xiàn)從一臺(tái)串行儀器中讀取測量值的基本過程如4所示。在虛擬儀器軟件程序中通過初始化串口可以使儀器處于remote狀態(tài)，當(dāng)儀器處于remote狀態(tài)時(shí)，通過儀器面板上local鍵可以使儀器返回本地狀態(tài)。
在串口通信模塊的基礎(chǔ)上，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要設(shè)定不同的測量模式以滿足不同情況下的測試需求：
（1）手動(dòng)控制每次測量的進(jìn)行。此測量模式適合于需要對(duì)待測結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)單次測量、或在某特定條件下要獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)的情況。
（2）按一定的時(shí)間間隔執(zhí)行指定的循環(huán)次數(shù)，程序主體可采用for循環(huán)結(jié)構(gòu)，完成指定的循環(huán)次數(shù)N后自動(dòng)停止。此測量模式與一定的觸發(fā)條件相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的定時(shí)檢測功能。
（3）按一定時(shí)間間隔持續(xù)循環(huán)測量，程序的主體采用While循環(huán)結(jié)構(gòu)。此測量模式適用于需要連續(xù)獲取被測物理量變化的情況。
在實(shí)驗(yàn)室中，由于被測物理量的變化通常是在人為控制下改變的，因此常采用是手動(dòng)控制測量模式；在實(shí)際的工程應(yīng)用中，被測物理量的變化是未知的，一般想要獲得的是被測物理量隨時(shí)間的變化情況或在某一工況下的變化情況，因此較適合采用按一定時(shí)間間隔循環(huán)測量方式或觸發(fā)測量方式。根據(jù)實(shí)際需要的繁簡，選擇相應(yīng)功能的子模塊中進(jìn)行組合，以滿足具體測試要求。
3基于虛擬儀器的光柵溫度自動(dòng)測試系統(tǒng)
利用所開發(fā)的多波長計(jì)串行控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測試，試驗(yàn)系統(tǒng)如所示。因?yàn)椴捎煤銣叵溥M(jìn)行溫度試驗(yàn)，升溫和保溫所需的時(shí)間不是嚴(yán)格固定的，采用手動(dòng)控制測量模式。將3個(gè)串聯(lián)的光纖光柵傳感器置于密封保溫箱中，恒溫箱自動(dòng)根據(jù)數(shù)顯調(diào)節(jié)儀的設(shè)定溫度控制加熱和保溫過程。待達(dá)到設(shè)定溫度并保溫一定時(shí)間后執(zhí)行一次測量過程。
測量結(jié)果文件每行測量結(jié)果包括進(jìn)行測量的日期、時(shí)間，峰值波長個(gè)數(shù)及各個(gè)返回峰值波長值。可見利用開發(fā)的串口儀器控制系統(tǒng)進(jìn)行測試，避免了需要手動(dòng)記錄每次測量結(jié)果的繁瑣，給測量結(jié)果的自動(dòng)記錄和分析帶來了很大便利。
4結(jié)論
本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于，程序開發(fā)過程中采用了可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI和與接口類型無關(guān)的VISA函數(shù)，使得該測控軟件能夠在多種環(huán)境中移植，對(duì)同類儀器具有廣泛的適用性。開發(fā)的虛擬儀器串行控制自動(dòng)測試系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)和擴(kuò)展了傳統(tǒng)儀器的功能，解決了傳統(tǒng)測量儀器難以進(jìn)行自動(dòng)測量、自動(dòng)存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)并在需要時(shí)調(diào)出，以及對(duì)測量結(jié)果的實(shí)時(shí)分析處理等問題。該研究對(duì)有助于在實(shí)際的特定工作中開發(fā)、擴(kuò)展原有儀器性能，通過軟硬件的配合突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲(chǔ)等方面的限制，能根據(jù)需要靈活控制測試過程，更好的滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。http://www.52lvi.cn
