針對目前砝碼檢定工作操作過程復雜、檢定效率低等問題，設計了一種基于 LabVIEW  的砝碼自動檢定系統(tǒng) g 在符合磚碼檢定規(guī)程的情況下，系統(tǒng)實現(xiàn)了檢定數(shù)據(jù)實時采集、數(shù)據(jù)處理、生成原始記錄、管理標準器、查詢歷史數(shù)據(jù)和電子秤控制等功能;相對現(xiàn)有 的磚碼檢定方法有操作簡單、高效、程序移植性好等優(yōu)點;系統(tǒng)由主控計算機、事口轉(zhuǎn)無線擴展卡、多臺電子秤設備及相應的標準磚碼裝 置組成;通過使用串口轉(zhuǎn) Wi-Fi 模塊，系統(tǒng)可實現(xiàn)控制多臺電子秤設備的需求 z 實驗結(jié)果證明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，采集數(shù)據(jù)準確，容易擴展，且大幅度減輕了檢定人員的勞動強度，在計量檢定工作中具有一定的實用和推廣價值。

0.引言

質(zhì)量是七大物理基本量之一，硅碼是一種復現(xiàn)質(zhì)量值的實 物量具，被廣泛應用于各部門。磚碼的計量檢定工作是通過衡量儀器對標準磚碼和被檢磚碼進行稱量比較來實現(xiàn)的，它直接 關系到質(zhì)量量值傳遞的準確性和一致性。在現(xiàn)有的磚碼檢定工 作中，檢定入員需反復讀取檢定數(shù)據(jù)并進行復雜的處理計算， 工作效率低、容易出錯，且查詢歷史數(shù)據(jù)記錄過程繁瑣。

LabVIEW是美國國家儀器公司 (NATIONAL  INSTRUMENTS ，簡稱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言。與傳統(tǒng)的編程語言  C、 C++ 、Visual BASIC等相比具有編程簡單、直觀、開發(fā)效率 高等特點。本文結(jié)合計量工作的實際情況，對基于 LabVIEW 開發(fā)平臺【叫和串口轉(zhuǎn) Wi-Fi 通訊技術[叫的磚碼自動檢定系 統(tǒng)設計進行研究，為磚碼檢定工作提供一種新的解決方案。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

硅碼自動檢定系統(tǒng)硬件平臺由電子天平、質(zhì)量比較器、串口轉(zhuǎn) Wi-Fi 擴展卡 NPort 5100 、主控計算機和若干擴展顯示 器構(gòu)成。采用集中分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以分成三層:第一層為 電子秤數(shù)據(jù)采集層，第二層為無線傳輸層，第三層為控制管理 層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。

系統(tǒng)通過使用串口轉(zhuǎn) Wi-Fi 擴展卡 NPort 5100 來組建無 線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，以完成地磅設備串口采集的數(shù)據(jù)與主控計算 機之間的通信傳輸，解決了布線困難等問題，提高了系統(tǒng)的靈 活性。該無線網(wǎng)絡是基于 AP 組建的基礎無線網(wǎng)絡(lnfa) .與主控計算機連接的 NPort 5100 設置為 AP 節(jié)點，與每臺電子秤設備連接的 NPort 5100 均設置為 STA 節(jié)點，網(wǎng)絡由 AP 創(chuàng)建， AP 作為整個網(wǎng)絡的中心，眾多 STA 加入已創(chuàng)建的無線網(wǎng)絡 進行通信。目前系統(tǒng)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(nèi)置程序的提示下，按照規(guī)程規(guī)定的順 序，依次加載、卸載標準磚碼和被檢磚碼。電子秤通過串口轉(zhuǎn) Wi-Fi 擴展卡將數(shù)據(jù)發(fā)送至主控計算機，系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)后按 規(guī)程規(guī)定的算法來計算被檢磚碼的折算質(zhì)量值。同時系統(tǒng)將檢 定所需的其他相關數(shù)據(jù)，如溫濕度、標準器信息和被檢磚碼的 送檢信息進行保存。最終按檢定人員需求，可以實時打印檢定 記錄并從主控計算機或擴展顯示器上觀測檢定過程。

2.系統(tǒng)軟件設計及功能實現(xiàn)

2.1 軟件方案設計 

軟件的主要設計依據(jù)是國家現(xiàn)行有效的硅碼檢定規(guī)程JJG

99-2006[7J 以及衡量儀器的 MT-SICS 指令集陽。系統(tǒng)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、簡易稱量模塊、標準器信息模塊、記錄查詢模塊、系統(tǒng)設置模塊 和幫助模塊。系統(tǒng)的功能模塊框圖如圖 2 所示。

2.2 蚊據(jù)自動采集與傳輸

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

為減少系統(tǒng)開銷，避免反復對設備通信口進行打開或關閉 等操作，系統(tǒng)利用事件結(jié)構(gòu)來處理串口配置問題。系統(tǒng)中的串 口初始化參數(shù)應當和衡器設備中的串口通信參數(shù)保持嚴格一 致。利用 VISA Configure Serial Port 函數(shù)來配置以下通信參 數(shù) g 波特率為 9 600. 8 位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位. 1 位停止 位，流控制為 XON/XOFF0          VISA 配置函數(shù)的終止符默認為 氣  n'  ，為了防止數(shù)據(jù)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(tǒng)通信配置部分程序框圖如圖 3 所示。

由于主控計算機無法確定衡器會何時發(fā)送檢定數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)格式可能發(fā)生變化，所以系統(tǒng)采用輪詢的方法來實現(xiàn)對設備 的數(shù)據(jù)采集。在執(zhí)行采集操作前，利用 Byte at Port 屬性節(jié)點 返回接收緩沖區(qū)中已經(jīng)存在的字節(jié)數(shù)，以保證讀取操作的穩(wěn) 定，且不遺漏數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊工作流程圖如圖 4 所示。

系統(tǒng)在默認情況下處于自動讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)，而每次寫人數(shù)據(jù)是需要觸發(fā)信號的。程序中設置了寫人數(shù)據(jù)開關，當寫入數(shù)據(jù)開 關打開時，消息對話框中的信息將被寫入指定電子秤，程序可通 過衡器預設命令來進行調(diào)試。系統(tǒng)每次啟動時自動巡檢設備端 口狀態(tài)，若存在故障情況，系統(tǒng)會自動報警并關閉設備連接。

2.3 數(shù)據(jù)處理、顯示及檢定報表生成 在完成檢定數(shù)據(jù)的采集后，系統(tǒng)需對被檢磚碼的平均值、修正值、空氣浮力修正值等進行計算，這些數(shù)據(jù)處理過程由程序內(nèi)置算法完成，并將計算結(jié)果填人記錄報表。由于檢定過程 中標準磚碼和被檢硅碼返回的數(shù)據(jù)格式不盡相同，系統(tǒng)還需利 用數(shù)據(jù)匹配和數(shù)據(jù)截取等 VI 來進行數(shù)據(jù)預處理。數(shù)據(jù)處理模 塊工作流程如圖 5 所示。

系統(tǒng)利用接口數(shù)據(jù)的"值改變"事件來實現(xiàn)人機交互界面中的檢定數(shù)據(jù)實時顯示功能，但是由于 LabVIEW 的事件結(jié)構(gòu)中元法捕捉由程序修改而產(chǎn)生的"值改變"事件，因此系統(tǒng)將 無法響應對應的事件分支。為解決這一情況，通過調(diào)用控件的 "值信號"屬性節(jié)點來模擬產(chǎn)生"值改變"事件，該"值信號" 屬性節(jié)點只能寫人。人機交互界面中利用表格控件作為檢定數(shù) 據(jù)實時顯示的載體，將主控計算機采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后創(chuàng) 建成一維數(shù)組，再將此一維數(shù)組根據(jù)不同的檢定方案進行重 排，最終將重排后的二維數(shù)組通過雙層循環(huán)嵌套來寫入表格的 "值"屬性，以達到實時刷新人機交互界面的需求。數(shù)據(jù)實時 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(tǒng)利用 LabVIEW 強大的 Office 報表生成功能來實現(xiàn)磚 碼自動檢定原始記錄的制作。根據(jù)蔽碼檢定規(guī)程的要求，預先

設計好相應的記錄模板，供程序自動調(diào)用填寫。程序中通過編 寫獨立的事件結(jié)構(gòu)來處理記錄生成功能，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、寫人報表文本、寫入報表表格、格式設置、表格對齊、保存至文件和調(diào)入 前面板顯示等功能。

2.4  標準器信息管理模塊

系統(tǒng)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(tǒng)啟動時，程序會自動掃描所有標準器的有 效期信息，若存在超期或即將超期問題，系統(tǒng)立即發(fā)出提醒， 以避免標準器的過期使用。即將超期的時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(jù)具體情 況隨時添加新的標準器信息。程序通過設置表格自定義項符號 來制作超期報警指示燈，顯示效果直觀。

2.5 系統(tǒng)可靠性設計 為提高系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的可靠性，在數(shù)據(jù)采集程序中利用輪詢設備機制，先把接收到的空信息排除，再將符合格式規(guī)范的 檢定數(shù)據(jù)存入臨時文件。同時通過設計事件觸發(fā)變量來傳遞有效的檢定數(shù)據(jù)，保證最后階段數(shù)據(jù)處理、存儲和生成檢定記錄的準確性。在數(shù)據(jù)發(fā)送與接收之間需加入一定的延時，因為設 備串口作為硬件底層，數(shù)據(jù)在上位機軟件和底層設備之間通訊 是需要時間的，加入的延時量應遠大于此時間量，以確保設備 返回數(shù)據(jù)的可靠接收。當系統(tǒng)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(shù)據(jù)的真實性，程序 將記錄的屬性值設置為只讀。

3.系統(tǒng)工作流程及試驗結(jié)果

硅碼自動檢定系統(tǒng)的使用流程大致描述如下2  登錄系統(tǒng)→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→開始磚碼檢定，根據(jù)衡器提示 完成加載、卸載硅碼動作→系統(tǒng)自動錄入檢定數(shù)據(jù)→檢定結(jié)束，生成原始記錄報表并打印。

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

4.結(jié)束語

目前本系統(tǒng)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(tǒng)簡化了磚碼檢定工作的操作 過程，節(jié)約了人員的勞動力成本。工作人員僅需完成蔽碼的裝 卸動作，其余工作均可由系統(tǒng)自動處理，避免了現(xiàn)有硅碼檢定 工作中存在的檢定時間長、效率低、容易出錯和數(shù)據(jù)處理麻煩 等問題，使得磚碼檢定工作更加及時、準確、可靠，提升了砝碼檢定的自動化技術水平。