比例阀测试系统的设计范文

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《中国测试杂志》2014年第三期

1软件设计

CVI是美国NationalInstruments公司开发的基于C语言的面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台，它把C语言与用于数据采集、分析和显示的测控专业工具有机结合起来，实现了数据的采集、分析和显示，包含DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232/485等各种仪器通信总线标准的所有功能函数，可驱动不同总线标准接口设备，软件界面及操作方法简洁直观，易操作，交互性好，在工程方面应用广泛[5-7]。具体功能及界面如图2所示。

2软件主要模块设计

2.1恒流源控制功能恒流源控制功能是采用KR-3001恒流源与计算机通过RS-232通信来实现的。需要注意的是：所发送的命令和返回的数据都是char型，软件接收到恒流源返回的数据时，需要进行char型到数值型（例如float）的转换；同样，发送的指令也要进行相反的处理。在LabWindows/CVI中RS-232函数库中提供了各种方式的串口通信控制函数，可分为打开／关闭函数、串口I/O读写函数、调制解调器控制函数、串口控制函数、寄存器状态函数、回调函数及串口扩展事件函数[8-10]。按照软件设定恒流源参数定时向其发送电压、电流设定指令，通过发送查询电压和电流指令，查询当前电压、电流测量值，并使用回调函数不断检测相应事件是否发生，检测到后，接收数据并进行判断和解析数据，在测试界面中，实时显示当前电压、电流测量值，控制流程图见图3。串口通信功能主要是通过：ComLoadPortNo（），ComInit（），ComDataPakCallback（），ComRcvData（），ComClose（），ComSendCmd（）等功能函数依次实现的。各函数功能如下：ComLoadPortNo（）完成对串口端口号的设置，并将数据保存在INI文件中，每次从INI文件中加载端口号，当需要改更端口号时，只需在INI文件中设置即可。ComInit（）主要完成串口的打开、计算机与恒流源通信协议的配置（在本软件比特率为9600，8位数据位，1位停止位，无校验位，输入及输出缓冲区各为128）、清空输入及输出缓冲区、安装同步回调函数，并将其响应事件设置为接收14个字符后开始响应。同步回调函数ComDataPakCallback（）主要用于检测当输入队列中至少有14个字符时，开始调用接收数据功能函数ComRcvData（）。ComRcvData（）主要用于完成对数据的接收及解析，首先读取当前输入队列中的字符数，当大于0时，读取以0x0A为结束符的字符队列，并将其转换为相应的电压、电流值。ComClose（）用于退出软件前关闭串口。ComSendCmd（）用于将预发送的指令转换成字符串，发送到串口输出队列，从而完成向恒流源发送不同的指令。

2.2数据采集、显示、存储功能数据采集使用了DMA工作方式，由DAQmx驱动在计算机内存中开辟了一块缓存空间，通过数据传输机制，板卡FIFO中的数据会通过DMA通道被转移到缓存中。当数据采集程序调用了特定的函数后，缓存中的大量数据又会被一次性转移到指定的进程中。通过这种机制，相当于将计算机内存作为板卡FIFO的延伸，而容量可以相当大。这样进程可以用比板卡采样率低得多的速率来获取数据，不必担心操作系统响应其他事件而延迟了获取数据的操作。即使发生缓存溢出的事件，DAQmx会发送报警信息，使其得知这一情况并采取相应措施。在软件中，数据采集功能主要是通过测试画面“开始测试”按钮的事件响应函数btnStartTestClicked（）来实现的，具体流程见图4。数据显示及处理通过异步定时器为时钟基准（10ms），通过不同倍频来实现不同数据的显示、处理频率。主要完成定周期计算并显示平均压力、实时压力、恒流源电压、电流回读值、发送恒流源指令及相关状态。数据存储，压力测试完成后，需对进、出口压力，设定电流、电压，实测电流、电压进行存储，采用GenerateExcelRepor（t）功能函数来实现数据的存储。Labwindow/CVI提供对外部组件ActiveX的调用方式。应用仪器驱动与ActiveX服务器接口，可实现对MicrosoftExcel进行操作，从而完成将测试数据存入Excel表格中。

3系统验证

3.1各组件功能测试在功能测试中，需对恒流源、数采卡、数据保存等各项功能进行测试。步骤如下：（1）验证恒流源的功能，首先用串口调试助手，向恒流源发送不同指令来观察恒流源面板输出变化。（2）单独编写数采卡功能测试模块，连续读取采集数据。随后，用NIMeasurement&AutomationExplorer数采卡功能测试工具进行测试，结果都在8μA左右。接上压力传感器及传感器供电电源，由于无法提供气源，按同样的方法，采集结果为4mA左右。初步认为采集卡功能正常。

3.2系统测试对在系统的各项功能进行反复确认后，图5（a）为设定电流实测值与设定值对比误差为±0.1mA，3个回城程设定值与实测测量值一致。图5（b）为同一个比例阀进行3次气压测试后的数据对比，可以看出3次进程、回程测量数据基本一致，误差为±0.005bar，比例阀进程与回程特性误差（斜线部分）e。通过计算得知，特性误差为±3%，数据分别一致数据一致性较好，可满足试验要求。

4结束语

该软件实现了比例阀测试过程的自动化。在系统的设计开发过程中，经过了一个从设计、调试到现场应用的反复调试过程，克服了干扰、操作不方便等问题，完成了系统设计的全过程。经过现场实际应用和数据结果表明，本系统能满足预先期望的功能要求和设计精度。该软件已通过验证，应用于生产试验中，具有操作简单、人机对话方便、安全可靠性强等特点。

作者：刘婷婷关波单位：陕西法士特齿轮有限公司