基于虛擬儀器技術(shù)的多功能無紙記錄儀

　?。?）數(shù)據(jù)管理功能：①顯示各通道記錄信號平均值、瞬時峰值、谷值等；②顯示流量累積的班平均值、日平均值、月平均值；③顯示流量累積的班累積值、日累積值、月累積值、年累積值；④提供常用數(shù)理統(tǒng)計工具，方便調(diào)用分析。

　?。?）打印功能：可連接通用打印機(jī)，隨時打印任意時刻歷史數(shù)據(jù)，打印單通道和多通道趨勢曲線、報警信息、流量累積值等。

　?。?）流量溫壓補(bǔ)償功能：包括對蒸汽、天然氣、液體等各類流體的溫壓補(bǔ)償。根據(jù)每種流體不同的測試方法，通過參數(shù)設(shè)置畫面，以實(shí)現(xiàn)合適的測量與補(bǔ)償功能。

　　（9）通訊功能：可選擇使用RS-232C、RS-485通道接口與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離通訊，可多臺儀表組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集中管理。

　?。?0）主要技術(shù)參數(shù)：

　　·顯示精度：工程量實(shí)時顯示精度為±0.3%FS（滿量程），曲線棒狀圖顯示及追憶精度為±0.5%FS；

　　·存儲時間：僅受硬盤容量限制，一般16路模擬信號值可保存三年以上；

　　·通訊接口：提供RS-232C/RS-485兩個串行通訊接口。

　　以上技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)功能定義是多功能無紙記錄儀軟、硬件配置與設(shè)計的基本依據(jù)。

　　3多功能無紙記錄儀的硬件平臺與軟件開發(fā)

　　3.1硬件方案

　　目前無紙記錄儀的硬件平臺的架構(gòu)大致分為兩類：第一類采用通用型單片機(jī)（MCS51系列、MCS96系列、MCS196系列等）或?qū)Ｓ醚谀る娐罚⑤o以外圍I/O通道、存儲電路等，具有成本低廉的特點(diǎn)，但開發(fā)周期長、存儲容量小、軟件通用性差；第二類是采用ALL-IN-ONE結(jié)構(gòu)模板，構(gòu)成嵌入式PC機(jī)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)大、可靠性高、兼容性好、應(yīng)用靈活方便、支持自開發(fā)、開發(fā)周期短等特點(diǎn)。

　　PC/104總線的嵌入式工控模板是針對工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的惡劣條件而設(shè)計的，與PC機(jī)完全兼容，硬件接口均符合PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)可直接駁接硬盤、軟驅(qū)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等外部設(shè)備，共享PC機(jī)的設(shè)備驅(qū)動程序和其它基于PC的成熟軟件。

　　本機(jī)采用了PC/104家族中的PCM-3335模板，其配置為386SX-40CPU、板載4MRAM、一個ATA硬盤接口、一個1.44MB軟驅(qū)接口、一個VGA接口、一個平板顯示器接口、一個打印機(jī)并口和RS-232串口。

　　除PCM-3335模板外，構(gòu)成硬件平臺的其它部件有：

　　·一個1GB硬盤驅(qū)動器和1.44MB軟盤驅(qū)動器，用于記錄數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、組態(tài)文件的存儲和轉(zhuǎn)儲。

　　·一個分辨率為320×RGB×240的6″彩色液晶顯示器，自帶控制器和顯示緩沖區(qū)VRAM，用于圖形、圖表、數(shù)據(jù)的顯示，允許數(shù)據(jù)并行傳輸。

　　·２×３薄膜數(shù)字鍵盤，主要用于人工設(shè)定或功能切換等操作。

　　·16路12位A/D轉(zhuǎn)換模板，可編程信號增益為１～16，A/D轉(zhuǎn)換速率達(dá)30kHz，用于對模擬信號的采樣和轉(zhuǎn)換。

　　·熱電偶轉(zhuǎn)換卡可編程增益為0.5～500，板上自帶冷端補(bǔ)償電路；熱電阻轉(zhuǎn)換卡可接鉑、銅電阻，測量范圍為-200℃～+500℃；熱電偶、熱電阻轉(zhuǎn)換卡與A/D轉(zhuǎn)換模板配合可直接接收熱電偶或熱電阻的溫度信號。

　　·48路開關(guān)量輸入／輸出模板，24×２通道TTLDIC為8255方式0，可通過軟件設(shè)置來決定某一路的輸入或輸出狀態(tài)。

　　·開關(guān)電源，提供+5V／7A、-5V／1A、+12V／3A、-12V/1A四組電源供各模板使用，PC/104模板大多只需+5V單一電源，且具有先進(jìn)的電源管理功能、功耗低，從而降低了系統(tǒng)對電源的要求。

　　上述部件通過標(biāo)準(zhǔn)插件聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)了模塊化儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)需要可更換部分模件，配以相應(yīng)的軟件，即可方便地組成適用各種應(yīng)用場合的記錄型智能儀表。

　　多功能無紙記錄儀硬件配置示意圖見圖２。本記錄儀開發(fā)無需專用開發(fā)環(huán)境，只需在本配置上外接VGA顯示器和一個標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)。

　　3.2軟件設(shè)計與功能實(shí)現(xiàn)

　　由于PC/104模板與PC機(jī)系統(tǒng)完全兼容，為軟件開發(fā)帶來了極大的方便，無需編寫專門的硬件驅(qū)動程序。

　　本機(jī)軟件采用通用編程語言TURBOC2.0編制，運(yùn)行在DOS6.22操作系統(tǒng)平臺上，主要由采樣中斷服務(wù)程序、鍵盤掃描中斷服務(wù)程序和主控程序組成。

　　采樣中斷服務(wù)程序主要是對各路模擬輸入信號進(jìn)行定時采集、數(shù)值濾波、工程量變換、信號補(bǔ)償、報警判斷、流量累計、數(shù)據(jù)存儲等，中斷周期為100～1000ms可調(diào)。

　　主控程序包括對各部分程序的初始化、設(shè)置參數(shù)的讀入、實(shí)時數(shù)據(jù)的動態(tài)刷新、畫面切換、實(shí)時趨勢顯示、歷史趨勢顯示、流量累計顯示、報警顯示及輸出、數(shù)據(jù)的軟盤轉(zhuǎn)存、RS232或RS485通訊及數(shù)據(jù)、趨勢、報警信息的打印等子程序模塊。

　　系統(tǒng)開機(jī)后首先進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)初始化和模擬量板、開關(guān)量板、RS232口等硬件的初始化，然后開辟內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，設(shè)置實(shí)時中斷，進(jìn)入畫面顯示狀態(tài)。系統(tǒng)共設(shè)置九類畫面，根據(jù)按鍵判斷調(diào)用不同的畫面功能子程序，以實(shí)現(xiàn)趨勢、棒圖、實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史趨勢、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存、RS232通訊、報警、打印等畫面的切換功能。