基于LabVEW的直流電阻箱自動檢定系統(tǒng)的研究

摘要：直流電阻箱的檢定是一個很繁雜的過程。對此基于LabvIEW軟件平臺設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款實(shí)用性的直流電阻自動檢定系統(tǒng)。本系統(tǒng)用上位機(jī)pc機(jī)作為控制設(shè)備，安捷倫34420a數(shù)字萬用表作為電阻測量儀器，通過GPIB總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。通過此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備基本信息錄入，電阻數(shù)值采集，校準(zhǔn)結(jié)果顯示以及檢定報表的生成。同時生成的檢定報表是以證書編號的形式進(jìn)行自動保存以便之后查找。經(jīng)過使用驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的直流電阻箱自動檢定系統(tǒng)實(shí)用性高，性能可靠，操作方便，并已被應(yīng)用到工程實(shí)際中。

關(guān)鍵詞：

0 引言

直流電阻是傳遞和保存電阻單位Ω的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，其量值的準(zhǔn)確傳遞是測量的基礎(chǔ)。同時，在科學(xué)試驗(yàn)與工業(yè)生產(chǎn)的各個方面，直流電阻箱作為重要的電子儀器已得到廣泛應(yīng)用，并成為一些領(lǐng)域中不可或缺的重要電子儀器，因此研發(fā)一套基于LabVEW的直流電阻箱自動檢定系統(tǒng)以提高直流電阻箱檢定工作的自動化程度，從而在一定程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工手動按照規(guī)程對直流電阻箱進(jìn)行準(zhǔn)確檢定特別重要。本直流電阻的自動檢定系統(tǒng)以LabVIEW為軟件平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，其成功研發(fā)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展是分不開的，其發(fā)展為系統(tǒng)研發(fā)提供了可靠的理論基礎(chǔ)和軟件環(huán)境。通過LabvIEW的前面板可以控制檢定的整個過程，其檢定效率相比于傳統(tǒng)的手工檢定要高出許多，同時很人性化的顯示其檢定的整個過程。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的使用中往往會遇到一套系統(tǒng)只能應(yīng)用于一種直流電阻箱。因此，當(dāng)檢定其他量程的直流電阻箱時需要編程人員再做另一套系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用模塊化編程的思想，并且可以在檢定過程中選擇不同量程的直流電阻箱，從而實(shí)現(xiàn)了一套系統(tǒng)檢定多種直流電阻箱的功能。模塊化編程還簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，同時提高了檢定工作的精確率和效率。

檢定部門使用的直流電阻箱一般有3種，其最大量程分別為：10000Ω，10000Ω，1000Ω。我們可以選擇最大量程來選擇不同的直流電阻箱。我們的上位機(jī)是計(jì)算機(jī)用未作為控制平臺，通過USB接口實(shí)現(xiàn)USB—GPIB轉(zhuǎn)換從而與數(shù)字萬用表(本系統(tǒng)采用安捷倫數(shù)字萬用表Agilent 34420A)進(jìn)行通訊連接，人工撥動直流電阻箱各檔盤旋鈕，將直流電阻箱的阻值傳輸?shù)綌?shù)字萬用表從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時阻值的測量和數(shù)據(jù)接收，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動運(yùn)算和處理，生成校準(zhǔn)證書和記錄表。該系統(tǒng)生成的校準(zhǔn)證書和記錄表是以被測件的證書編號為名稱進(jìn)行保存的，因?yàn)槊總€被測件的證書編號是唯一的，所以該保存形式易于以后查尋校準(zhǔn)證書和記錄表。同時該檢定系統(tǒng)的硬件由計(jì)算機(jī)、安捷倫數(shù)字萬用表Agilent 3442 0A、打印機(jī)組成。

實(shí)物圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用LabVIEW2012作為平臺進(jìn)行開發(fā)，LabVIEW是類似于C和BASIC的一種程序開發(fā)環(huán)境，其使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。同時，LabVIEW具有自己的工具包，通過使用工具包我們可以更方便的實(shí)現(xiàn)軟件的某些功能，在本系統(tǒng)我們用到的工具包是報表生成工具包。通過使用報表工具包我們將基本信息，初步檢定以及檢定結(jié)果都生成到報表中，其中報表由word報表和excel報表組成，被測件的基本信息以及采集的數(shù)據(jù)都以標(biāo)簽的形式添加到已經(jīng)建好的文檔模板中，這樣就可以使報表形式更加美觀。通過操作系統(tǒng)的控制界面，工作人員可以觀察到被測件的信息錄入和數(shù)據(jù)的采集從而監(jiān)督檢定的整個過程，如果檢定過程中出現(xiàn)誤操作則會很直接的顯示出來。整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用整體和局部相結(jié)合的模塊化式結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法，從整體把握設(shè)計(jì)的框架，整體又分為幾個模塊，通過幾個模塊的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不同功能。以菜單的形式來體現(xiàn)整個檢定系統(tǒng)各個模塊是環(huán)環(huán)相扣的形式，這樣使得操作界面更加簡捷、易懂以及更容易操作，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

軟件系統(tǒng)分為登錄模塊、基本信息模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、示值誤差檢定模塊、校準(zhǔn)結(jié)果模塊、校準(zhǔn)證書模塊及記錄表模塊。各個模塊在系統(tǒng)中都有自己的特定功能。其中，在基本信息模塊我們輸入關(guān)于儀器的一些基本信息，包括一些產(chǎn)品的型號，日期等，一些不需要改變的信息我們將其值設(shè)為默認(rèn)，這樣我們就不需要每次都重復(fù)的輸入同樣的信息。在數(shù)據(jù)采集模塊安捷倫34420A型號萬用表測得的直流電阻值采集到LabVIEW中在這一部分還需要計(jì)算殘余電阻檢定和開關(guān)接觸電阻變差。在數(shù)據(jù)采集模塊中點(diǎn)擊示值誤差檢定程序就會跳轉(zhuǎn)到示值誤差檢定模塊，此模塊需要選擇檔位來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。通過校準(zhǔn)結(jié)果模塊，我們得到校準(zhǔn)的結(jié)果，點(diǎn)擊組合框的下拉按鈕我們選擇外觀線路和絕緣電阻是否正常，殘余電阻，示值誤差直接通過采集模塊將數(shù)據(jù)采集到實(shí)測值得表格中。本系統(tǒng)的報表生成模塊分為記錄表模塊和檢定證書模塊，通過點(diǎn)擊記錄表和檢定證書按鈕系統(tǒng)自動生成報表并通過打印機(jī)打印出來。整體構(gòu)架：系統(tǒng)首先進(jìn)入登陸界面當(dāng)輸入正確的賬戶和密碼之后才可以進(jìn)入主界面，如果輸入的賬號或者密碼不正確，則會顯示登錄失敗，程序跳轉(zhuǎn)到開始狀態(tài)，如果賬號密碼正確則進(jìn)入到程序的主界面其中主界面是此系統(tǒng)的主要部分，其整體構(gòu)架如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

檢定系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束后，需通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)實(shí)際的檢定效果。我們可以將安捷倫萬用表采集的電阻數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)采集模塊前面板的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果數(shù)據(jù)一致或者在規(guī)定有效數(shù)字內(nèi)數(shù)據(jù)一致，則表明程序調(diào)試成功。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，該直流電阻箱檢定系統(tǒng)完全能夠滿足其精度要求，并且系統(tǒng)的性能指標(biāo)也能達(dá)到要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)還對開關(guān)接觸電阻和殘余電阻進(jìn)行了測試，系統(tǒng)前面板的顯示結(jié)果和萬用表上的數(shù)值都能在規(guī)定有效數(shù)字內(nèi)完全一致。

4 結(jié)論

在軟件方面系統(tǒng)以LabVIEW為開發(fā)平臺，通過對上位機(jī)人機(jī)界面進(jìn)行操作，代替了傳統(tǒng)手工檢定復(fù)雜的過程，清晰、有條理的顯示了檢定的整個過程：基本信息的錄入;直流電阻值的自動采集;示值誤差的檢定;記錄表以及校準(zhǔn)證書的自動生成和電子表格打印。通過驗(yàn)證該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)按照國標(biāo)JJG982—2003《直流電阻箱檢定規(guī)程》完成直流電阻箱檢定所要求的測試內(nèi)容，在LabVIEW的前面板能清楚的顯示檢定過程中各種數(shù)據(jù)的檢定數(shù)值和結(jié)果，完成檢定后系統(tǒng)自動生成記錄表和檢定證書，生成的這兩種數(shù)據(jù)表以產(chǎn)品證書編號的形式自動保存，方便以后查找。

(2)自動實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，并且可以按照檢定規(guī)程對采集的數(shù)據(jù)自動運(yùn)進(jìn)行運(yùn)從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動處理。

(3)系統(tǒng)在運(yùn)行之前需要登錄，可以對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，同時在登錄模塊分為管理員身份和一般用戶，管理員可以添加新用戶用以區(qū)分不同操作人員的使用權(quán)限從而可以有效防范他人侵入獲取數(shù)據(jù)從而保證系統(tǒng)的安全性。