溫度巡測儀全自動檢定系統改造

李思忍

（柳州市計量技術測試研究所，廣西 柳州 545006）

溫度巡測儀全自動檢定系統改造

李思忍

（柳州市計量技術測試研究所，廣西 柳州 545006）

利用新型MCU和相關軟件平臺，研發新的控制板硬件、自動化程序和上位機程序，智能化改造溫度巡測儀，提升溫度巡測儀的性能和工作效率、延長設備壽命、節約投資。技改技術也可用于改造其他計量設備或研制新的智能計量設備。

溫度巡測儀；智能化；自動化

科技的日新月異，使得我們可以用新出現的軟硬件對以前的計量儀器做智能化改造。設備改造后，儀器的性能得到了提升，也使得工作效率得到了提高。由本機構人員進行的技術改造，設計方案可以針對本機構在該項目上的工作習慣和特點來做，還往往比外購技術或設備的效果更好，更切合本機構實情。

對熱工專業在環境溫度試驗設備校準項目中使用的高精度數字式溫度巡測儀做了智能優化改造，使得原有的直讀方式變成了與電腦連接并且由電腦進行數據處理，直接生成記錄。低成本改造，實現自動化讀數功能。

1 溫度巡測儀的工作原理

XMD-III型高精度數字式溫度巡測儀（圖1）最多可以同時接入16路溫度傳感器，按照預設的測量周期和測量點來回巡測，獲得被校準溫場的準確度和均勻性。儀器內的89C51型MCU根據操作人員的預先設置，控制16選1數控模擬開關依次選擇某路輸入信號，經過6個運放單元組成的信號處理及放大電路，通過模數轉換芯片變為數字信號，進入MCU計算，還原成攝氏溫度，顯示在8個LED數碼管上，也可以定時控制微型打印機，輸出各路測量點在某時刻的溫度原始數據。最終由校準人員計算處理數據，得出結論，為客戶出具校準證書或測試報告。

2 技術方案及步驟

（1）分析溫度巡測儀的信號處理、顯示、鍵盤、MCU控制、AD轉換和電源等模塊，畫出電氣原理圖，掌握MCU控制的I/O端口邏輯和時序。

（2）淘汰89C51型MCU構成的舊微電腦主控模塊及附屬電路，保留其他模塊，重新設計新的主控模塊及電路，選擇知名公司近年生產的C8051F340型MCU作為主控芯片，該芯片技術先進，擁有眾多專利及強大功能，集成了USB控制器，與8051系列MCU兼容。

（3）用Keil C語言研發新的自動化MCU程序，編譯成機器碼寫入MCU的FLASH中，控制溫度巡測儀工作，與上位機通信。

（4）研發VB6編寫的上位機智能化應用程序，安裝在筆記本電腦上，經USB接口與溫度巡測儀通信控制設備工作，接收測量數據，并對數據自動運算處理，得出結論自動保存，自動生成符合技術規范的原始記錄，可單獨生成符合技術規范的校準證書、測試報告，也能與我單位的數據庫系統對接，完成業務流轉，生成證書報告。

圖1 溫度巡測儀結構圖

3 技術改造主要內容

3.1 硬件改造

按照新的主控板設計，使用專業軟件繪出電氣原理圖和PCB圖，發給工廠制作PCB電路板，焊上貼片式電子元件就行了。由于新型MCU技術先進、功能強，使主控電路簡化、體積縮小、成本降低、可靠性增加。

表1

3.2 MCU軟件研發

按照新的硬件電路設計，尤其是I/O端口的功能分配，對照溫度巡測儀使用說明書和C8051F340的數據手冊，就可以研發出能實現溫度巡測儀原有功能的MCU程序，加入USB通信模塊，使MCU能接受上位機傳送來的命令，并將試驗數據傳回上位機。程序流程圖如圖2所示，使用Keil C語言編寫與直接用匯編語言相比，開發效率、程序的可讀性、可維護性很好。程序完成后用IDE集成環境譯成機器碼，寫入C8051F340的FLASH中固化。

圖2 MCU程序流程圖

3.3 USB上位機應用程序研發

MCU芯片的公司網站上有數據手冊、開發經驗文章、實現各種功能的MCU源代碼，也有USB上位機應用程序的VB6、VC6源碼。在學習并掌握其中技術之后，我們使用VB6編寫上位機應用程序，界面友好，操作簡單，功能齊全。具體技術細節請參閱引用文獻，此處不贅述。

上位機應用程序的功能與界面設計見表1。

4 結語

本項目驗收后，我們掌握了溫度巡測儀的硬件電路改造、MCU程序設計、上位機應用程序的高級編程技術，延長設備壽命，節約設備投資，實現的智能化程度也較高。人工操作僅需放置好傳感器，啟動設備和軟件，簡單輸入一些預設信息給軟件即可，提高工作效率，避免人工處理數據容易出錯。完成項目所獲得的智能化技術具有普遍性，例如MCU控制模塊、數據自動處理、自動生成原始記錄和證書報告等，能用之改造各型計量設備，也適用于研發新的智能測量儀器。

[1]南京立人精密儀表所．高精度數字溫度巡測儀技術手冊[M].

[2]新華龍電子有限公司．BTF340開發評估板使用說明書及范例程序．www.xhl.com.cn.

[3]Silicon Laboratories Inc．C8051F34x手冊．www.xhl.com.cn.

[4]Hevry．USB2.0規范初探．百度文庫網站.

[5]Silicon Laboratories Inc．AN169_USBXpress_Programmers_ Guide．www.xhl.com.cn.

[6]Silicon Laboratories Inc．USB范例程序．www.xhl.com.cn.

[7]Maxim公司．4位半A/D轉換芯片ICL7135手冊.

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1671-0711（2017）01（下）-0088-02