摘要：文章簡單介紹了HART協(xié)議智能儀表的自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)的方法，提出了應(yīng)用HART通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)測控技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)來實(shí)現(xiàn)比較新型的自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場得到應(yīng)用。
　　　　
　　1、引言
　　
　　HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）協(xié)議是zui早由Rosemount公司開發(fā)并得到眾多儀表公司支持的通信協(xié)議，其實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上的數(shù)字通信。
　　
　　在對(duì)HART協(xié)議智能儀表的校準(zhǔn)和檢驗(yàn)過程中，工作人員需要使用多種標(biāo)準(zhǔn)的儀器，HART協(xié)議手操器等設(shè)備來完成，其中操作過程比較復(fù)雜，對(duì)工作人員的要求比較高，效率難以滿足生產(chǎn)的需要，而且還有人為誤差，校準(zhǔn)和檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)紀(jì)錄、存檔的不便等缺點(diǎn)。
　　
　　所以，我們考慮如何利用HART通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)測控技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)來實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議智能儀表的自動(dòng)校準(zhǔn)、檢驗(yàn)及數(shù)據(jù)管理為一體的系統(tǒng)。
　　
　　2、系統(tǒng)分析
　　
　　通過對(duì)系統(tǒng)的分析，確定了系統(tǒng)的總體要求以及所需要的硬件環(huán)境和支撐軟件，以及用戶對(duì)系統(tǒng)的功能、性能等方面的要求，簡單的概述為如下幾個(gè)方面：
　　
　?。到y(tǒng)功能的要求：對(duì)HART協(xié)議智能變送器的校準(zhǔn)，檢驗(yàn)，出廠設(shè)置。
　　
　?。到y(tǒng)數(shù)據(jù)的要求：數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和輸出。
　　
　?。到y(tǒng)運(yùn)行的要求：需要構(gòu)建一個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的軟、硬件平臺(tái)。
　　
　?。到y(tǒng)性能的要求：高精度，高可靠性，率，極易操作。
　　
　?。惓Ｌ幚淼囊螅焊鞣N異常事件的處理，保護(hù)，自動(dòng)診斷。
　　
　　＊將來可能提出的要求：保留充分的可擴(kuò)充性。
　　
　　3、自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)的硬件集成
　　
　　自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)的硬件集成主要考慮到較好的可擴(kuò)充性、性能價(jià)格比和易于升級(jí)，為此我們采用一臺(tái)帶有ISA插槽的計(jì)算機(jī)作為主要控制的部分，如圖（1）所示：　　
　　利用安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的一塊ISA總線的GPIB接口卡，就可以連接帶GPIB模塊的標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(hào)發(fā)生器（壓力信號(hào)發(fā)生器可以通過級(jí)聯(lián)多臺(tái)設(shè)備的方法來滿足量程和精度的需求）、高精度數(shù)字萬用表等，就可以自動(dòng)完成模擬信號(hào)發(fā)生和模擬信號(hào)的采集。
　　
　　通過連接在計(jì)算機(jī)串行口上的HART信號(hào)的調(diào)制解調(diào)器，來取代HART手操器，可以實(shí)現(xiàn)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成與儀表間的Hart通信。
　　
　　通過計(jì)算機(jī)控制的一塊ISA接口I/O卡驅(qū)動(dòng)一塊繼電器輸出卡，實(shí)現(xiàn)各接口之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和信號(hào)燈的控制等。同時(shí)I/O卡還負(fù)責(zé)接收校驗(yàn)系統(tǒng)面板上用戶的開關(guān)輸入。
　　
　　4、自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　
　　4.1概述
　　
　　自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)要除了要能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的各種功能的實(shí)現(xiàn)，還有能夠有很良好的人機(jī)界面，可靠的性能等要求。為此，軟件的支撐和運(yùn)行平臺(tái)選擇WindowsNTWorkStation4.0,WindowsNT是一個(gè)32位，搶先式多任務(wù)的操作系統(tǒng)，工作穩(wěn)定可靠，具有很強(qiáng)的防崩潰機(jī)制，通過多進(jìn)程和多線程的新機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的并行處理，對(duì)實(shí)現(xiàn)通信應(yīng)用程序的快速響應(yīng)有很大的幫助。
　　
　　軟件設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮姆椒?，軟件開發(fā)的平臺(tái)采用MicrosoftVisualC++6.0，主要是它有功能強(qiáng)大MFC類庫和Win32API的支持，使用也相當(dāng)靈活，既容易開發(fā)出良好的Windows圖形界面的應(yīng)用程序，又可以支持底層的各種通訊協(xié)議的定義和封裝等，還提供多種對(duì)數(shù)據(jù)庫操作的方法等。
　　
　　由于自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)還包含了產(chǎn)品的信息管理系統(tǒng)，我們采用MicrosoftSqlServer2000構(gòu)建產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫,SQLServer是Microsoft公司推出的一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使用非常廣泛，與WindowsNT達(dá)到了的組合，如果企業(yè)實(shí)現(xiàn)了ERP系統(tǒng)，也可以很方便的利用這個(gè)數(shù)據(jù)庫。對(duì)數(shù)據(jù)庫存取使用VisualC++6.0提供的ADO（ActiveXDataObject）方式，ADO定義了一組COM對(duì)象以操作不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，為不同類型的數(shù)據(jù)提供了一個(gè)非常通用的接口，不管這些接口是在單機(jī)還是在分布式的網(wǎng)絡(luò)上，可以在花費(fèi)較少的時(shí)間的前提下開發(fā)客戶/服務(wù)器應(yīng)用系統(tǒng)。
　　
　　4.2模塊化的設(shè)計(jì)
　　
　　根據(jù)自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能和性能，在實(shí)現(xiàn)階段對(duì)其進(jìn)行了模塊化的劃分，主要包括4個(gè)子系統(tǒng)和8個(gè)模塊（如圖2所示）：　　　　
　　1）操作員子系統(tǒng)主要面向于使用校驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行儀表校準(zhǔn)檢驗(yàn)的人員，他們將使用操作員賬號(hào)登陸系統(tǒng)的用戶，共有4個(gè)模塊。
　　
　　a.設(shè)備驅(qū)動(dòng)及控制模塊主要向自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)軟件提供了所有設(shè)備的接口，屬于校驗(yàn)系統(tǒng)軟件的zui底層部分和支撐部分，主要描述和定義了系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的“語言”，正是由于設(shè)備比較多，不同廠家設(shè)備的通訊方式和指令格式相差也比較大，為了正確而又簡單的完成的與各個(gè)設(shè)備的對(duì)話，我們采用了C++語言以面向?qū)ο蟮姆椒▽PIB通訊，I/O控制，HART通訊，儀器控制和驅(qū)動(dòng)等封裝成一個(gè)個(gè)類，將其所有數(shù)據(jù)成員私有化，把具體指令的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)等的細(xì)節(jié)放到類的內(nèi)部，對(duì)這些設(shè)備的讀寫等操作只要使用這些設(shè)備自身提供的方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全性和代碼的可重用性，而且非常的簡單方便。
　　
　　對(duì)HART協(xié)議進(jìn)行了封裝，定義了HART通訊所用到的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)，如HART的浮點(diǎn)數(shù)，ASCII碼的壓縮，長地址，短地址，以及通用的HART數(shù)據(jù)幀（包括前導(dǎo)符、分界符、地址、命令號(hào)、字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)字節(jié)、響應(yīng)碼等）的組裝、發(fā)送以及接收的方法，這樣需要發(fā)某一條HART命令時(shí)，只要根據(jù)HART協(xié)議查出這條命令需要的數(shù)據(jù)，用HART數(shù)據(jù)幀組裝的方法填入數(shù)據(jù)，再分別使用HART數(shù)據(jù)幀發(fā)送以及接收的方法就可以了。
　　
　　對(duì)GPIB接口卡和I/O卡提供的DLL函數(shù)進(jìn)行了重新封裝，如在GPIB接口卡的類包含了PC需要的講、聽和控制的方法，對(duì)GPIB接口的標(biāo)準(zhǔn)的儀器進(jìn)行的封裝，就可以繼承GPIB接口類，這樣定義儀器所支持讀、寫操作時(shí)，就可以使用GPIB接口卡提供的函數(shù)。
　　
　　定義了對(duì)各種儀器及設(shè)備的讀/寫的操作和方法。包括對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)發(fā)生器，標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(hào)發(fā)生器，頻率信號(hào)發(fā)生器，數(shù)字萬用表并口、串口通訊類封裝了打開端口，配置端口，以及讀，寫的操作的WindowsAPI函數(shù)，需要配置的結(jié)構(gòu)有DCB,COMMTIMEOUTS等,主要使用函數(shù)的有CreateFile,ReadFile,WriteFile等。
　　
　　b.數(shù)據(jù)發(fā)送和采集模塊主要是通過對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊的訪問，完成了所有需要的對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送和采集的的方法的封裝，這些方法基本上都是使用設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊定義了的設(shè)備或儀表自身提供的方法，并將這些方法提供給變送器檢驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)K。
　　
　　＊定義及實(shí)現(xiàn)了對(duì)HART變送器進(jìn)行電流微調(diào)的方法如調(diào)整DAC零點(diǎn)，首先將發(fā)送HART40號(hào)命令，參數(shù)為4.0，將輸出電流鎖定為當(dāng)前零點(diǎn)，然后采集電流表的讀數(shù)并類型將其轉(zhuǎn)換成HART的浮點(diǎn)數(shù)，再發(fā)送45號(hào)命令將電流表的讀數(shù)發(fā)送給HART變送器進(jìn)行校準(zhǔn)，然后再次采集電流表的讀數(shù)，判斷實(shí)際電流輸出是否滿足精度要求，如果滿足精度要求，則發(fā)送40號(hào)命令，參數(shù)為0.0,退出校準(zhǔn)，否則重復(fù)上述步驟。
　　
　?。x及實(shí)現(xiàn)了對(duì)HART變送器進(jìn)行出廠校準(zhǔn)的方法，如對(duì)于1151壓力/差壓變送器，通過發(fā)送特殊命令132號(hào)命令設(shè)定的傳感器類型和量程范圍，發(fā)送133號(hào)命令確定校驗(yàn)點(diǎn)為0，進(jìn)入出廠標(biāo)定狀態(tài)，然后進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定（標(biāo)定第1點(diǎn)），發(fā)送GPIB指令使得壓力信號(hào)發(fā)生器加零壓力，待壓力穩(wěn)定后（延時(shí)）發(fā)送命令133設(shè)定校驗(yàn)點(diǎn)為1，還有當(dāng)前儀表工程量單位和零點(diǎn)的校驗(yàn)值為0.0,然后類似的進(jìn)行60%，的點(diǎn)以及負(fù)區(qū)的標(biāo)定。
　　
　?。x及實(shí)現(xiàn)了對(duì)HART變送器進(jìn)行出廠檢驗(yàn)的方法，如對(duì)于熱電偶溫度變送器，需要輸入8個(gè)分度號(hào)，根據(jù)量程每個(gè)分度號(hào)取5個(gè)點(diǎn)的mV值，向電壓/電流信號(hào)發(fā)生器發(fā)送指令，讓其輸出的m號(hào)，然后用HART1號(hào)命令讀取主變量的值，與標(biāo)準(zhǔn)值比較，得出HART的數(shù)字精度，同時(shí)讀取數(shù)字萬用表的測量值，與標(biāo)準(zhǔn)值比較，得出4—20mA輸出的模擬精度。
　　
　?。x及實(shí)現(xiàn)了對(duì)HART變送器進(jìn)行各種信息設(shè)定的方法，寫組態(tài)信息，如用HART18號(hào)指令寫入工位、描述、時(shí)間，17號(hào)命令寫入信息值，19號(hào)命令寫入裝配號(hào)等。
　　
　　c.變送器校準(zhǔn)檢驗(yàn)?zāi)K主要是為了完成對(duì)變送器校準(zhǔn)檢驗(yàn)的具體操作，包含了針對(duì)不同變送器校驗(yàn)檢驗(yàn)的步驟，并向數(shù)據(jù)打印及入庫模塊提供數(shù)據(jù)源。這個(gè)模塊還根據(jù)管理員子系統(tǒng)中功能設(shè)置模塊對(duì)系統(tǒng)需要自動(dòng)完成的操作的定義，自動(dòng)將數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊的方法進(jìn)行組裝，以實(shí)現(xiàn)對(duì)校驗(yàn)系統(tǒng)的自定義功能。
　　
　　d.數(shù)據(jù)打印及入庫模塊主要是完成校驗(yàn)結(jié)果的打印和進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，是操作員子系統(tǒng)的所要完成的zui后一個(gè)功能，主要是將校驗(yàn)過程中采集的數(shù)據(jù)、運(yùn)算的結(jié)果、產(chǎn)品的出廠編號(hào)等信息以打印報(bào)表和進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的兩種方式進(jìn)行處理。
　　
　　打印報(bào)表可以利用對(duì)并口讀寫的封裝，直接將格式化的字符串輸出到連接在并口上的打印機(jī)就可以了。
　　
　　與SQLServer數(shù)據(jù)庫的連接采用ADO的方式，這樣可以滿足本地和遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)庫的需要，這里主要是將校驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品信息等存儲(chǔ)到SQLServer的數(shù)據(jù)庫中去。
　　
　　2）管理員子系統(tǒng)主要面向校驗(yàn)系統(tǒng)的管理員，他們使用管理員的賬號(hào)登陸系統(tǒng)，管理員的權(quán)限大于操作員，可以完成系統(tǒng)功能設(shè)置和數(shù)據(jù)庫管理的功能。
　　
　　功能設(shè)置模塊主要是通過彈出得對(duì)話框，使得系統(tǒng)的管理員可以定制系統(tǒng)的操作步驟、選擇需要完成的校驗(yàn)內(nèi)容，以及可以自動(dòng)寫入變送器的一些信息，功能設(shè)置完成后，在操作員模式，當(dāng)系統(tǒng)檢測到有變送器接入時(shí)候，可以自動(dòng)完成設(shè)置好檢驗(yàn)項(xiàng)目等內(nèi)容。功能的可定制使得自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)能夠適應(yīng)多種場合的需求。
　　
　　數(shù)據(jù)庫管理模塊主要是完成對(duì)操作員子系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可以對(duì)產(chǎn)品的信息進(jìn)行檢索，還可以方便對(duì)各個(gè)時(shí)期產(chǎn)品的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)測比較，來研判企業(yè)的生產(chǎn)水平。
　　
　　3）人機(jī)界面子系統(tǒng)的功能主要完成系統(tǒng)和用戶的界面，由于適用了VisualC++作為開發(fā)工具，大量MFC類庫作為基礎(chǔ)，所以比較容易開發(fā)出很友好的Windows圖形界面。
　　
　　由于變送器的校驗(yàn)過程要占用系統(tǒng)很多的時(shí)間，存在著比較多得延時(shí)，而用戶界面需要實(shí)時(shí)接受用戶的操作和實(shí)時(shí)顯示對(duì)用戶輸入面板的監(jiān)控，為此采用了多線程的技術(shù)解決了這一問題，主線程主要完成校驗(yàn)功能的實(shí)現(xiàn)，由輔助線程來實(shí)時(shí)更新用戶的界面，對(duì)I/O端口進(jìn)行輪詢。
　　
　　4）異常處理子系統(tǒng)主要是為了解決系統(tǒng)中使用得設(shè)備比較多，由于每一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題都會(huì)引起系統(tǒng)的異常問題。為了保證校驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性，在對(duì)各種可能出現(xiàn)的人為的誤操作和各個(gè)設(shè)備可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行了分析以后，編寫了大量的異常處理的方法，使得這個(gè)模塊的內(nèi)容覆蓋了整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)使用過程中出現(xiàn)異常情況，會(huì)立即轉(zhuǎn)入到這個(gè)模塊進(jìn)行處理，使得校驗(yàn)系統(tǒng)可以對(duì)異常情況進(jìn)行保護(hù)和報(bào)錯(cuò)，使得系統(tǒng)的智能化和可靠性得到很大的提高。
　　
　　4.3軟件的工作過程
　　
　　軟件開始執(zhí)行后，首先初始化及系統(tǒng)自檢工作,主要是初始化GPIB接口卡，并將GPIB接口卡上的設(shè)備設(shè)成遠(yuǎn)程工作方式，初始化48回路I/O卡，將I/O設(shè)置為40路輸出，8路輸入，打開并配置計(jì)算機(jī)串口和并口。
　　
　　完成了系統(tǒng)自檢后，將開啟一個(gè)輔助線程用于監(jiān)控I/O操作，做為軟件工作過程的主要部分，下面將比較詳細(xì)的介紹一些這部分內(nèi)容。
　　
　　為了實(shí)現(xiàn)多線程之間的同步控制關(guān)系，創(chuàng)建一個(gè)手工的事件對(duì)象（手工的事件對(duì)象顯式得使用ResetEvent來改變信號(hào)量的狀態(tài)）。
　　
　　m_hEvent=CreateEvent（NULL,TRUE,TRUE,NULL）
　　
　　然后創(chuàng)建并開啟一個(gè)輔助線程，
　　
　　m_pThread=AfxBeginThread（MyThreadFunction,GetSafeHwnd（）,THREAD_PRIORITY_NORMAL,0,CREATE_SUSPENDED,NULL）;
　　
　　if（m_pThread!=NULL）
　　
　　｛m_pThread->ResumeThread（）;｝
　　
　　輔助線程是以函數(shù)的形式出現(xiàn)在程序中，它的代碼是整個(gè)進(jìn)程代碼的一部分，并可以共享進(jìn)程的全局變量等。
　　
　　UINTMyThreadFunction（LPVOIDpParam）
　　
　?。?br />　　
　　while（1）｛
　　
　　m_Test.SCANDin（）;///讀取I/O卡的狀態(tài)
　　
　　WaitForSingleObject（m_hEvent,200）;///等待并檢查事件對(duì)象的狀態(tài)
　　
　　ResetEvent（m_Test.m_hEvent）;
　　
　　PostMessage（（HWND）pParam,WM_MYMESSAGE,0,0）;
　　
　　//發(fā)送自定義消息給主線程通報(bào)I/O狀態(tài)
　　
　　continue;
　　
　?。?br />　　
　　return0;
　　
　　｝
　　
　　這樣就由輔助線程完成了讀取I/O口狀態(tài)，判斷用戶在操作面板的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)I/O端口的監(jiān)視，
　　
　　在主線程中定義消息映射機(jī)制,在頭文件中添加對(duì)自定義消息及消息處理函數(shù)的定義，
　　
　　#defineWM_MYMESSAGE（WM_USER+100）
　　
　　afx_msgLONGOnMyMessage（WPARAMw,LPARAMl）;
　　
　　DECLARE_MESSAGE_MAP（）
　　
　　在CPP文件中添加消息處理函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
　　
　　BEGIN_MESSAGE_MAP（）
　　
　　….
　　
　　ON_MESSAGE（WM_MYMESSAGE,OnMyMessage）
　　
　　….
　　
　　END_MESSAGE_MAP（）
　　
　　LONGCMyApp::OnMyMessage（WPARAMw,LPARAMl）
　　
　?。?br />　　
　　/////對(duì)輔助線程中檢測到的端口數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷并進(jìn)入變送器校驗(yàn)操作。
　　
　　SetEvent（m_hEvent）;////通過設(shè)置事件信號(hào)，表示數(shù)據(jù)處理完畢，輔助線程得到事件信號(hào)的狀態(tài)后就可以繼續(xù)了
　　
　　return0l;
　　
　?。?br />　　
　　通過事件對(duì)象對(duì)多線程的同步控制，就可以使得耗時(shí)的I/O操作與程序的主線程分開，既保證了I/O監(jiān)視的實(shí)時(shí)性，又可以使主線程可以自由的處理其他的事情，充分利用了CPU的處理能力，使得各操作可以并行進(jìn)行。　　
　　5、結(jié)束語
　　
　　HART協(xié)議在儀表中的應(yīng)用為儀表的自動(dòng)化校準(zhǔn)檢驗(yàn)及信息管理提供了基礎(chǔ)，本文闡述了較為通用的HART智能變送器校驗(yàn)檢驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法，針對(duì)不同廠家的HART變送器，只要添加數(shù)據(jù)發(fā)送及采集模塊中關(guān)于變送器校準(zhǔn)的HART協(xié)議的特殊指令，就可以完成，具有一定的通用性，較好的實(shí)現(xiàn)了HART協(xié)議智能變送器的出廠校準(zhǔn)檢驗(yàn)及產(chǎn)品信息管理。產(chǎn)品已經(jīng)在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行，使用效果良好。