串口在分析儀器智能化勘驗體系的運用
1傳統(tǒng)的測試儀器大多只能進行手工操作，不能保存每次測量時間、測量結(jié)果，更無法保留歷史數(shù)據(jù)、因而難以及時分析了解被測物理量的變化情況。雖能滿足實驗室的需要，但不太適合于實際應用。測量自動化是測量儀器發(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)與計算機技術(shù)真正融合在一起。利用LabVIEW的儀器控制功能對傳統(tǒng)儀器的現(xiàn)有接口進行開發(fā)，可以通過在軟件中執(zhí)行遠程命令控制測量過程并實現(xiàn)對測量結(jié)果的保存，以改善、擴展傳統(tǒng)測試儀器的功能，使之能更好地滿足工程實際的需要。
工程應用中，經(jīng)常需要在計算機與儀器之間進行數(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串口的儀器設備以其硬件成本低，遠距離傳輸數(shù)據(jù)等優(yōu)點，在測控領域得到了廣泛的應用。本文利用串口儀器控制技術(shù)開發(fā)了基于LabVIEW的多波長計自動測試系統(tǒng)，通過程控代碼實現(xiàn)儀器的參數(shù)設置、單次／重復測量以及測量結(jié)果的獲取。測量結(jié)果可以自動存入指定的EXCEL文件中，從而有利于進一步分析處理測試結(jié)果、管理歷史數(shù)據(jù)，完善了整個測試系統(tǒng)，使其更適合于實際應用。
2基于LabVIEW的儀器控制軟件設計
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、存儲等方面的限制。
美國NI公司開發(fā)的LabVIEW是一種功能強大的圖形化編程語言。用之來實現(xiàn)計算機對可編程儀器的控制，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標準，方便用戶在不同的平臺、對不同類型的儀器進行開發(fā)、移植及升級測控系統(tǒng)。
2.1用超級終端初步檢測串口
串口通信功能的正常運行是進行有效控制的關鍵。利用Windows環(huán)境下的超級終端程序可以對連接串口進行初步檢測，以確保在進行LabVIEW編程之前儀器與計算機的串口工作正常。
本研究中的多波長計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準命令SCPI.用超級終端查詢儀器標志及幾個寄存器狀態(tài)的返回結(jié)果如所示。
此外，為了檢驗測量命令的返回格式，在超級終端程序中還對MEAS、FETC、READ三類測量命令進行了測試，如所示。在超級終端中對各遠程命令進行初步測試，有助于了解返回數(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行操作，返回的結(jié)果也不能自動處理，難以實現(xiàn)對儀器的全自動操作，因而使用范圍有一定局限性。
2.2多波長計串口控制軟件的模塊化設計
多波長計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)有的多波長計只能進行手工操作，測量數(shù)據(jù)靠人工讀取，不便于實際應用。本文以多波長計為例，利用LabVIEW開發(fā)平臺進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、文件存儲模塊等組成，如所示。以串行控制模塊為基礎，根據(jù)需要編制了字符串轉(zhuǎn)換模塊、波長－應變－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測試控制軟件中最關鍵、最核心的子模塊，是聯(lián)系硬件儀器設備和計算機的紐帶。實現(xiàn)從一臺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)，當儀器處于remote狀態(tài)時，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上，可根據(jù)實際應用的需要設定不同的測量模式以滿足不同情況下的測試需求：
（1）手動控制每次測量的進行。此測量模式適合于需要對待測結(jié)構(gòu)進行臨時單次測量、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后自動停止。此測量模式與一定的觸發(fā)條件相結(jié)合，可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的定時檢測功能。
（3）按一定時間間隔持續(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。
在實驗室中，由于被測物理量的變化通常是在人為控制下改變的，因此常采用是手動控制測量模式；在實際的工程應用中，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間間隔循環(huán)測量方式或觸發(fā)測量方式。根據(jù)實際需要的繁簡，選擇相應功能的子模塊中進行組合，以滿足具體測試要求。
3基于虛擬儀器的光柵溫度自動測試系統(tǒng)
利用所開發(fā)的多波長計串行控制系統(tǒng)在實驗室進行了測試，試驗系統(tǒng)如所示。因為采用恒溫箱進行溫度試驗，升溫和保溫所需的時間不是嚴格固定的，采用手動控制測量模式。將3個串聯(lián)的光纖光柵傳感器置于密封保溫箱中，恒溫箱自動根據(jù)數(shù)顯調(diào)節(jié)儀的設定溫度控制加熱和保溫過程。待達到設定溫度并保溫一定時間后執(zhí)行一次測量過程。
測量結(jié)果文件每行測量結(jié)果包括進行測量的日期、時間，峰值波長個數(shù)及各個返回峰值波長值。可見利用開發(fā)的串口儀器控制系統(tǒng)進行測試，避免了需要手動記錄每次測量結(jié)果的繁瑣，給測量結(jié)果的自動記錄和分析帶來了很大便利。
4結(jié)論
本文的創(chuàng)新點在于，程序開發(fā)過程中采用了可編程儀器標準命令SCPI和與接口類型無關的VISA函數(shù)，使得該測控軟件能夠在多種環(huán)境中移植，對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測試系統(tǒng)利用計算機增強和擴展了傳統(tǒng)儀器的功能，解決了傳統(tǒng)測量儀器難以進行自動測量、自動存儲有關數(shù)據(jù)并在需要時調(diào)出，以及對測量結(jié)果的實時分析處理等問題。該研究對有助于在實際的特定工作中開發(fā)、擴展原有儀器性能，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，更好的滿足實際應用的需要。http://www.de147.cn
