針對目前砝碼檢定工作操作過(guò)程復雜、檢定效率低等問(wèn)題，設計了一種基于 LabVIEW  的砝碼自動(dòng)檢定系統 g 在符合磚碼檢定規程的情況下，系統實(shí)現了檢定數據實(shí)時(shí)采集、數據處理、生成原始記錄、管理標準器、查詢(xún)歷史數據和電子秤控制等功能;相對現有 的磚碼檢定方法有操作簡(jiǎn)單、高效、程序移植性好等優(yōu)點(diǎn);系統由主控計算機、事口轉無(wú)線(xiàn)擴展卡、多臺電子秤設備及相應的標準磚碼裝 置組成;通過(guò)使用串口轉 Wi-Fi 模塊，系統可實(shí)現控制多臺電子秤設備的需求 z 實(shí)驗結果證明，系統運行穩定可靠，采集數據準確，容易擴展，且大幅度減輕了檢定人員的勞動(dòng)強度，在計量檢定工作中具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值。

0.引言

質(zhì)量是七大物理基本量之一，硅碼是一種復現質(zhì)量值的實(shí) 物量具，被廣泛應用于各部門(mén)。磚碼的計量檢定工作是通過(guò)衡量?jì)x器對標準磚碼和被檢磚碼進(jìn)行稱(chēng)量比較來(lái)實(shí)現的，它直接 關(guān)系到質(zhì)量量值傳遞的準確性和一致性。在現有的磚碼檢定工 作中，檢定入員需反復讀取檢定數據并進(jìn)行復雜的處理計算， 工作效率低、容易出錯，且查詢(xún)歷史數據記錄過(guò)程繁瑣。

LabVIEW是美國國家儀器公司 (NATIONAL  INSTRUMENTS ，簡(jiǎn)稱(chēng)ND  的軟件產(chǎn)品，是目前應用最廣、發(fā) 展最快、功能最強的圖形化編程語(yǔ)言。與傳統的編程語(yǔ)言  C、 C++ 、Visual BASIC等相比具有編程簡(jiǎn)單、直觀(guān)、開(kāi)發(fā)效率 高等特點(diǎn)。本文結合計量工作的實(shí)際情況，對基于 LabVIEW 開(kāi)發(fā)平臺【叫和串口轉 Wi-Fi 通訊技術(shù)[叫的磚碼自動(dòng)檢定系 統設計進(jìn)行研究，為磚碼檢定工作提供一種新的解決方案。

1.系統結構及工作原理

硅碼自動(dòng)檢定系統硬件平臺由電子天平、質(zhì)量比較器、串口轉 Wi-Fi 擴展卡 NPort 5100 、主控計算機和若干擴展顯示 器構成。采用集中分布式結構，系統可以分成三層:第一層為 電子秤數據采集層，第二層為無(wú)線(xiàn)傳輸層，第三層為控制管理 層。系統結構示意圖如圖 1所示。

系統通過(guò)使用串口轉 Wi-Fi 擴展卡 NPort 5100 來(lái)組建無(wú) 線(xiàn)數據采集網(wǎng)絡(luò )，以完成地磅設備串口采集的數據與主控計算 機之間的通信傳輸，解決了布線(xiàn)困難等問(wèn)題，提高了系統的靈 活性。該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是基于 AP 組建的基礎無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )(lnfa) .與主控計算機連接的 NPort 5100 設置為 AP 節點(diǎn)，與每臺電子秤設備連接的 NPort 5100 均設置為 STA 節點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )由 AP 創(chuàng )建， AP 作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的中心，眾多 STA 加入已創(chuàng )建的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ) 進(jìn)行通信。目前系統適用于 METTLER TOLEDO 全系列電子 天平和質(zhì)量比較器。

檢定人員在電子秤內置程序的提示下，按照規程規定的順 序，依次加載、卸載標準磚碼和被檢磚碼。電子秤通過(guò)串口轉 Wi-Fi 擴展卡將數據發(fā)送至主控計算機，系統讀取數據后按 規程規定的算法來(lái)計算被檢磚碼的折算質(zhì)量值。同時(shí)系統將檢 定所需的其他相關(guān)數據，如溫濕度、標準器信息和被檢磚碼的 送檢信息進(jìn)行保存。最終按檢定人員需求，可以實(shí)時(shí)打印檢定 記錄并從主控計算機或擴展顯示器上觀(guān)測檢定過(guò)程。

2.系統軟件設計及功能實(shí)現

2.1 軟件方案設計 

軟件的主要設計依據是國家現行有效的硅碼檢定規程JJG

99-2006[7J 以及衡量?jì)x器的 MT-SICS 指令集陽(yáng)。系統采用模塊化設計，主要由六大功能模塊組成 z檢定/校準模塊、簡(jiǎn)易稱(chēng)量模塊、標準器信息模塊、記錄查詢(xún)模塊、系統設置模塊 和幫助模塊。系統的功能模塊框圖如圖 2 所示。

2.2 蚊據自動(dòng)采集與傳輸

系統采用 VISA (virtual instruments software architec? ture. 虛擬儀器軟件規范)接口模塊進(jìn)行編程。在  LabVIEW 中. VISA 作為測試程序和數據傳輸總線(xiàn)的中間層，為應用程 序和儀器總線(xiàn)建立了信息通道，它可以連接不同標準的1/ 0設 備，是用來(lái)在基于計算機設備之間通信的函數庫。

為減少系統開(kāi)銷(xiāo)，避免反復對設備通信口進(jìn)行打開(kāi)或關(guān)閉 等操作，系統利用事件結構來(lái)處理串口配置問(wèn)題。系統中的串 口初始化參數應當和衡器設備中的串口通信參數保持嚴格一 致。利用 VISA Configure Serial Port 函數來(lái)配置以下通信參 數 g 波特率為 9 600. 8 位數據位，無(wú)奇偶校驗位. 1 位停止 位，流控制為 XON/XOFF0          VISA 配置函數的終止符默認為 氣  n'  ，為了防止數據接收不全，將啟用終止符的輸入端設為 F. 即不啟用終止符。系統通信配置部分程序框圖如圖 3 所示。

由于主控計算機無(wú)法確定衡器會(huì )何時(shí)發(fā)送檢定數據，且數據格式可能發(fā)生變化，所以系統采用輪詢(xún)的方法來(lái)實(shí)現對設備 的數據采集。在執行采集操作前，利用 Byte at Port 屬性節點(diǎn) 返回接收緩沖區中已經(jīng)存在的字節數，以保證讀取操作的穩 定，且不遺漏數據包。數據收發(fā)模塊工作流程圖如圖 4 所示。

系統在默認情況下處于自動(dòng)讀取數據狀態(tài)，而每次寫(xiě)人數據是需要觸發(fā)信號的。程序中設置了寫(xiě)人數據開(kāi)關(guān)，當寫(xiě)入數據開(kāi) 關(guān)打開(kāi)時(shí)，消息對話(huà)框中的信息將被寫(xiě)入指定電子秤，程序可通 過(guò)衡器預設命令來(lái)進(jìn)行調試。系統每次啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)巡檢設備端 口狀態(tài)，若存在故障情況，系統會(huì )自動(dòng)報警并關(guān)閉設備連接。

2.3 數據處理、顯示及檢定報表生成 在完成檢定數據的采集后，系統需對被檢磚碼的平均值、修正值、空氣浮力修正值等進(jìn)行計算，這些數據處理過(guò)程由程序內置算法完成，并將計算結果填人記錄報表。由于檢定過(guò)程 中標準磚碼和被檢硅碼返回的數據格式不盡相同，系統還需利 用數據匹配和數據截取等 VI 來(lái)進(jìn)行數據預處理。數據處理模 塊工作流程如圖 5 所示。

系統利用接口數據的"值改變"事件來(lái)實(shí)現人機交互界面中的檢定數據實(shí)時(shí)顯示功能，但是由于 LabVIEW 的事件結構中元法捕捉由程序修改而產(chǎn)生的"值改變"事件，因此系統將 無(wú)法響應對應的事件分支。為解決這一情況，通過(guò)調用控件的 "值信號"屬性節點(diǎn)來(lái)模擬產(chǎn)生"值改變"事件，該"值信號" 屬性節點(diǎn)只能寫(xiě)人。人機交互界面中利用表格控件作為檢定數 據實(shí)時(shí)顯示的載體，將主控計算機采集到的數據經(jīng)過(guò)處理后創(chuàng ) 建成一維數組，再將此一維數組根據不同的檢定方案進(jìn)行重 排，最終將重排后的二維數組通過(guò)雙層循環(huán)嵌套來(lái)寫(xiě)入表格的 "值"屬性，以達到實(shí)時(shí)刷新人機交互界面的需求。數據實(shí)時(shí) 顯示部分程序框圖如圖 6 所示。

其中 : md 為經(jīng)空氣浮力修正的被檢磚碼質(zhì)量 Ckg); m 為標準磚碼的質(zhì)量 Ckg); .e.m ，為測量差值的平均值 Ckg); C 為空氣浮力修正因子 ;pa 為空氣密度 (kg/m3 );   po 為空氣密

度的標準值1. 2 kg/m3 ;  p，為標準蔽碼的密度 (kg/m3 ) ;  ρ 為

被檢磚碼的密度 (kg/m' )。

系統利用 LabVIEW 強大的 Office 報表生成功能來(lái)實(shí)現磚 碼自動(dòng)檢定原始記錄的制作。根據蔽碼檢定規程的要求，預先

設計好相應的記錄模板，供程序自動(dòng)調用填寫(xiě)。程序中通過(guò)編 寫(xiě)獨立的事件結構來(lái)處理記錄生成功能，主要使用 New Re port 、Append   Report  Text 、Word  Edit  Cell 、Word  Format

Cell 、Word Table Alignment 、Save Report to File 、 Word Bring to Front 等 VI. 它們分別完成了新建報表、寫(xiě)人報表文本、寫(xiě)入報表表格、格式設置、表格對齊、保存至文件和調入 前面板顯示等功能。

2.4  標準器信息管理模塊

系統中的標準器信息管理模塊包含了對標準硅碼和標準衡器的管理。每當系統啟動(dòng)時(shí)，程序會(huì )自動(dòng)掃描所有標準器的有 效期信息，若存在超期或即將超期問(wèn)題，系統立即發(fā)出提醒， 以避免標準器的過(guò)期使用。即將超期的時(shí)間范圍可由檢定人員 預先設定，達到合理的提前預警功能。檢定人員可根據具體情 況隨時(shí)添加新的標準器信息。程序通過(guò)設置表格自定義項符號 來(lái)制作超期報警指示燈，顯示效果直觀(guān)。

2.5 系統可靠性設計 為提高系統采集數據的可靠性，在數據采集程序中利用輪詢(xún)設備機制，先把接收到的空信息排除，再將符合格式規范的 檢定數據存入臨時(shí)文件。同時(shí)通過(guò)設計事件觸發(fā)變量來(lái)傳遞有效的檢定數據，保證最后階段數據處理、存儲和生成檢定記錄的準確性。在數據發(fā)送與接收之間需加入一定的延時(shí)，因為設 備串口作為硬件底層，數據在上位機軟件和底層設備之間通訊 是需要時(shí)間的，加入的延時(shí)量應遠大于此時(shí)間量，以確保設備 返回數據的可靠接收。當系統完成一次怯碼檢定工作后，運行 生成檢定原始記錄程序，為保證原始記錄數據的真實(shí)性，程序 將記錄的屬性值設置為只讀。

3.系統工作流程及試驗結果

硅碼自動(dòng)檢定系統的使用流程大致描述如下2  登錄系統→輸入被檢樣品信息(包括送檢信息、本次檢定所使用的標準器 具信息)-依次輸入檢定次序→開(kāi)始磚碼檢定，根據衡器提示 完成加載、卸載硅碼動(dòng)作→系統自動(dòng)錄入檢定數據→檢定結束，生成原始記錄報表并打印。

根據 JJG 99-2006 磚碼檢定規程的要求，對某一批次送檢 磚碼 (50g 、 100 g、100 g 、200 g、500 g 、500 g) 進(jìn)行測試， 系統運行中的檢定模塊的人機交互界面如圖 7 所示。試驗結果 表明系統運行平采集無(wú)丟失，檢定結果準確可靠。

4.結束語(yǔ)

目前本系統已在市級計量檢定測試中心的磚碼檢定工作中 投入使用，并取得預期效果。系統簡(jiǎn)化了磚碼檢定工作的操作 過(guò)程，節約了人員的勞動(dòng)力成本。工作人員僅需完成蔽碼的裝 卸動(dòng)作，其余工作均可由系統自動(dòng)處理，避免了現有硅碼檢定 工作中存在的檢定時(shí)間長(cháng)、效率低、容易出錯和數據處理麻煩 等問(wèn)題，使得磚碼檢定工作更加及時(shí)、準確、可靠，提升了砝碼檢定的自動(dòng)化技術(shù)水平。