摘要：文章簡單介紹了hart協(xié)議智能儀表的自動校驗系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)的方法，提出了應用hart通信技術、計算機測控技術和數(shù)據(jù)庫技術來實現(xiàn)比較新型的自動校驗系統(tǒng)。系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場得到應用。
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，其實現(xiàn)了在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上的數(shù)字通信。
在對hart協(xié)議智能儀表的校準和檢驗過程中，工作人員需要使用多種標準的儀器，hart協(xié)議手操器等設備來完成，其中操作過程比較復雜，對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，校準和檢驗的數(shù)據(jù)紀錄、存檔的不便等缺點。
所以，我們考慮如何利用hart通信技術、計算機測控技術和數(shù)據(jù)庫技術來實現(xiàn)hart協(xié)議智能儀表的自動校準、檢驗及數(shù)據(jù)管理為一體的系統(tǒng)。
2、系統(tǒng)分析
通過對系統(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，以及用戶對系統(tǒng)的功能、性能等方面的要求，簡單的概述為如下幾個方面：
＊系統(tǒng)功能的要求：對hart協(xié)議智能變送器的校準，檢驗，出廠設置。
＊系統(tǒng)數(shù)據(jù)的要求：數(shù)據(jù)的自動采集、存儲和輸出。
＊系統(tǒng)運行的要求：需要構建一個容易實現(xiàn)的軟、硬件平臺。
＊系統(tǒng)性能的要求：高精度，高可靠性，率，極易操作。
＊異常處理的要求：各種異常事件的處理，保護，自動診斷。
＊將來可能提出的要求：保留充分的可擴充性。
3、自動校驗系統(tǒng)的硬件集成
自動校驗系統(tǒng)的硬件集成主要考慮到較好的可擴充性、性能價格比和易于升級，為此我們采用一臺帶有isa插槽的計算機作為主要控制的部分，如圖（1）所示：
利用安裝在計算機內部的一塊isa總線的gpib接口卡，就可以連接帶gpib模塊的標準電壓/電流信號發(fā)生器、標準壓力信號發(fā)生器（壓力信號發(fā)生器可以通過級聯(lián)多臺設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，就可以自動完成模擬信號發(fā)生和模擬信號的采集。
通過連接在計算機串行口上的hart信號的調制解調器，來取代hart手操器，可以實現(xiàn)由計算機自動完成與儀表間的hart通信。
通過計算機控制的一塊isa接口i/o卡驅動一塊繼電器輸出卡，實現(xiàn)各接口之間的自動轉換和信號燈的控制等。同時i/o卡還負責接收校驗系統(tǒng)面板上用戶的開關輸入。
4、自動校驗系統(tǒng)的軟件設計
4.1概述
自動校驗系統(tǒng)的軟件設計要除了要能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能的實現(xiàn)，還有能夠有很良好的人機界面，可靠的性能等要求。為此，軟件的支撐和運行平臺選擇windowsntworkstation4.0,windowsnt是一個32位，搶先式多任務的操作系統(tǒng)，工作穩(wěn)定可靠，具有很強的防崩潰機制，通過多進程和多線程的新機制可以實現(xiàn)應用程序的并行處理，對實現(xiàn)通信應用程序的快速響應有很大的幫助。
軟件設計采用面向對象的方法，軟件開發(fā)的平臺采用microsoftvisualc++6.0，主要是它有功能強大mfc類庫和win32api的支持，使用也相當靈活，既容易開發(fā)出良好的windows圖形界面的應用程序，又可以支持底層的各種通訊協(xié)議的定義和封裝等，還提供多種對數(shù)據(jù)庫操作的方法等。
由于自動校驗系統(tǒng)還包含了產(chǎn)品的信息管理系統(tǒng)，我們采用microsoftsqlserver2000構建產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫,sqlserver是microsoft公司推出的一個大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使用非常廣泛，與windowsnt達到了的組合，如果企業(yè)實現(xiàn)了erp系統(tǒng)，也可以很方便的利用這個數(shù)據(jù)庫。對數(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)提供了一個非常通用的接口，不管這些接口是在單機還是在分布式的網(wǎng)絡上，可以在花費較少的時間的前提下開發(fā)客戶/服務器應用系統(tǒng)。
4.2模塊化的設計
根據(jù)自動校驗系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能和性能，在實現(xiàn)階段對其進行了模塊化的劃分，主要包括4個子系統(tǒng)和8個模塊（如圖2所示）：
圖（2）
1）操作員子系統(tǒng)主要面向于使用校驗系統(tǒng)進行儀表校準檢驗的人員，他們將使用操作員賬號登陸系統(tǒng)的用戶，共有4個模塊。
a.設備驅動及控制模塊主要向自動校驗系統(tǒng)軟件提供了所有設備的接口，屬于校驗系統(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)各個設備的“語言”，正是由于設備比較多，不同廠家設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設備的對話，我們采用了c++語言以面向對象的方法將gpib通訊，i/o控制，hart通訊，儀器控制和驅動等封裝成一個個類，將其所有數(shù)據(jù)成員私有化，把具體指令的數(shù)據(jù)結構的實現(xiàn)等的細節(jié)放到類的內部，對這些設備的讀寫等操作只要使用這些設備自身提供的方法，實現(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hart協(xié)議進行了封裝，定義了hart通訊所用到的數(shù)據(jù)類型和結構，如hart的浮點數(shù)，ascii碼的壓縮，長地址，短地址，以及通用的hart數(shù)據(jù)幀（包括前導符、分界符、地址、命令號、字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)、校驗字節(jié)、響應碼等）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，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gpib接口卡和i/o卡提供的dll函數(shù)進行了重新封裝，如在gpib接口卡的類包含了pc需要的講、聽和控制的方法，對gpib接口的標準的儀器進行的封裝，就可以繼承gpib接口類，這樣定義儀器所支持讀、寫操作時，就可以使用gpib接口卡提供的函數(shù)。
定義了對各種儀器及設備的讀/寫的操作和方法。包括對標準電壓/電流信號發(fā)生器，標準壓力信號發(fā)生器，頻率信號發(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)，需要配置的結構有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設備驅動模塊的訪問，完成了所有需要的對數(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備驅動模塊定義了的設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檢驗模塊。
＊定義及實現(xiàn)了對hart變送器進行電流微調的方法如調整dac零點，首先將發(fā)送hart40號命令，參數(shù)為4.0，將輸出電流鎖定為當前零點，然后采集電流表的讀數(shù)并類型將其轉換成hart的浮點數(shù)，再發(fā)送45號命令將電流表的讀數(shù)發(fā)送給hart變送器進行校準，然后再次采集電流表的讀數(shù)，判斷實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號命令，參數(shù)為0.0,退出校準，否則重復上述步驟。
＊定義及實現(xiàn)了對hart變送器進行出廠校準的方法，如對于1151壓力/差壓變送器，通過發(fā)送特殊命令132號命令設定的傳感器類型和量程范圍，發(fā)送133號命令確定校驗點為0，進入出廠標定狀態(tài)，然后進行零點標定（標定第1點），發(fā)送gpib指令使得壓力信號發(fā)生器加零壓力，待壓力穩(wěn)定后（延時）發(fā)送命令133設定校驗點為1，還有當前儀表工程量單位和零點的校驗值為0.0,然后類似的進行60%，的點以及負區(qū)的標定。
＊定義及實現(xiàn)了對hart變送器進行出廠檢驗的方法，如對于熱電偶溫度變送器，需要輸入8個分度號，根據(jù)量程每個分度號取5個點的mv值，向電壓/電流信號發(fā)生器發(fā)送指令，讓其輸出的m號，然后用hart1號命令讀取主變量的值，與標準值比較，得出hart的數(shù)字精度，同時讀取數(shù)字萬用表的測量值，與標準值比較，得出4—20ma輸出的模擬精度。
＊定義及實現(xiàn)了對hart變送器進行各種信息設定的方法，寫組態(tài)信息，如用hart18號指令寫入工位、描述、時間，17號命令寫入信息值，19號命令寫入裝配號等。
c.變送器校準檢驗模塊主要是為了完成對變送器校準檢驗的具體操作，包含了針對不同變送器校驗檢驗的步驟，并向數(shù)據(jù)打印及入庫模塊提供數(shù)據(jù)源。這個模塊還根據(jù)管理員子系統(tǒng)中功能設置模塊對系統(tǒng)需要自動完成的操作的定義，自動將數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊的方法進行組裝，以實現(xiàn)對校驗系統(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結果的打印和進入數(shù)據(jù)庫，是操作員子系統(tǒng)的所要完成的zui后一個功能，主要是將校驗過程中采集的數(shù)據(jù)、運算的結果、產(chǎn)品的出廠編號等信息以打印報表和進入數(shù)據(jù)庫的兩種方式進行處理。
打印報表可以利用對并口讀寫的封裝，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程訪問數(shù)據(jù)庫的需要，這里主要是將校驗得到的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品信息等存儲到sqlserver的數(shù)據(jù)庫中去。
2）管理員子系統(tǒng)主要面向校驗系統(tǒng)的管理員，他們使用管理員的賬號登陸系統(tǒng)，管理員的權限大于操作員，可以完成系統(tǒng)功能設置和數(shù)據(jù)庫管理的功能。
功能設置模塊主要是通過彈出得對話框，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內容，以及可以自動寫入變送器的一些信息，功能設置完成后，在操作員模式，當系統(tǒng)檢測到有變送器接入時候，可以自動完成設置好檢驗項目等內容。功能的可定制使得自動校驗系統(tǒng)能夠適應多種場合的需求。