一種基于MVC架構的熱電阻自動檢定系統(tǒng)

摘要：為了改變傳統(tǒng)的依靠手動操作和重復進行大量復雜數(shù)據(jù)計算的熱電阻檢定工作的情況，提出了一種基于MVC架構的熱電阻自動檢定系統(tǒng)。系統(tǒng)采用智能溫度監(jiān)測原理，自動采集檢定數(shù)據(jù)、處理復雜的數(shù)據(jù)計算、實時記錄原始數(shù)據(jù)和自動生成證書報告。實現(xiàn)熱電阻檢定過程的自動化，不僅能降低人為差錯率，還能夠提高數(shù)據(jù)的可靠性，有效地提高工作效率。

關鍵詞：MVC架構；熱電阻檢定；自動化檢測

中圖分類號：TP399文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2018）05-65-3

Automatic Thermal-resistance Verification System Based on MVC Architecture

LIU Chen（Liaoning Provincial Institute of Measurement， Shenyang Liaoning 110004， China）

0引言

工業(yè)熱電阻溫度計是目前應用最為廣泛的一種接觸式溫度傳感器[1]，由于其內(nèi)部電阻感溫單元的感溫性能易受到影響，因此必須定期對工業(yè)熱電阻溫度計進行檢定，用以保證溫度量值的準確可靠。

在以往計量測試工作中，熱電阻的檢定是基于手動操作的，費時費力。檢定過程手動記錄的原始數(shù)據(jù)多和計算處理復雜，特別容易出錯，經(jīng)常導致熱電阻檢定結果的誤判[2]，還需要對各個檢定溫度點分別設定溫度，而且記錄多只熱電阻數(shù)據(jù)要手動切換開關，最后人工進行復雜的數(shù)據(jù)處理，導致控溫時間長，不僅工作效率低，還不能確保數(shù)據(jù)的準確可靠，同時檢定員的勞動強度和工作量都非常大。

為了提高工作效率，減少人為干擾因素和差錯，本項目在原有設備的基礎上進行改造，建立一套完整的熱電阻自動檢定系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)采用智能溫度監(jiān)測原理，自動采集檢定數(shù)據(jù)和處理復雜的數(shù)據(jù)計算，實時記錄原始數(shù)據(jù)，自動生成證書報告，實現(xiàn)熱電阻檢定過程的自動化。不僅能有效提高工作效率，還能夠提高數(shù)據(jù)的可靠性，同時也減輕了檢定員的勞動強度，使熱電阻的檢定能力得到提高。

1系統(tǒng)總體架構

熱電阻自動檢定系統(tǒng)的總體架構設計采用的是經(jīng)典的3層MVC架構[4]，如圖1所示。3層MVC結構是將應用功能分成表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層三部分，解決方案是對這3層進行明確分割，并在邏輯上使其獨立。

該架構設計的優(yōu)點如下：①具有靈活的硬件組成：對于各個層可以選擇與其處理負荷和特性相適應的硬件，這是與系統(tǒng)可縮放性直接相關的問題；②提高程序的可維護性：3層MVC結構中，應用的各層可以并行開發(fā)，各層也可以選擇各自最適合的開發(fā)語言；③利于變更和維護應用技術規(guī)范：因為是按層分割功能，所以各個程序的處理邏輯變得十分簡單；④系統(tǒng)管理簡單，可支持異種數(shù)據(jù)庫，有很高的可用性。

2系統(tǒng)設計

2.1流程設計

熱電阻的檢定流程應該滿足國家規(guī)范的要求，其流程如下（以檢定0℃溫度點為例）：

①輸入數(shù)字表參數(shù)；

②標準鉑電阻選擇，如果不存在，則添加鉑電阻信息，包括Rtp、a8及b8等參數(shù)；

③選擇每一個通道的被檢電阻，如果不存在，則添加型號、標稱電阻值R0、允差等級（AA、A、B、C）、接線方式（二線制、三線制、四線制）、制造廠及委托單位等信息；

④選擇0℃恒溫槽，并穩(wěn)定溫度值；

⑤參數(shù)設置好后，檢定人員點擊“開始檢定”按鈕，系統(tǒng)自動監(jiān)測恒溫槽的溫度穩(wěn)定性，溫度值根據(jù)標準熱電阻的阻值換算；

⑥實時檢測恒溫槽最近10 min之內(nèi)的變化，直到在最近10 min之內(nèi)滿足溫度的波動（溫度的最大值與最小值之差）低于0.04℃為止；

⑦溫度滿足條件后，開始1～12通道被檢熱電阻的檢定，從標準熱電阻0通道開始，依次讀取1～12通道的阻值，再從12～0通道，反方向讀取各通道阻值，按照規(guī)程的要求，重復這個過程3次；

⑧如果熱電阻為三線制，換線后重復上一步驟，否則跳過此步；

⑨0℃恒溫槽檢定完畢，程序提示更換100℃恒溫槽。檢定人員手動更換100℃恒溫槽，更換完畢后點擊“繼續(xù)”按鈕，繼續(xù)100℃恒溫槽的檢定，檢定流程與⑥、⑦和⑧相同；

⑩檢定的數(shù)據(jù)采集過程結束。

2.2功能設計

熱電阻自動檢定軟件設計目的是在原有設備基礎上實現(xiàn)熱電阻檢定的信息化和自動化，軟件中可以實現(xiàn)對歷史熱電阻信息的管理，從數(shù)據(jù)庫中提取到要檢定熱電阻的信息，或者通過手動錄入要檢定熱電阻信息。檢定過程控制和數(shù)據(jù)處理是熱電阻自動檢定系統(tǒng)的核心。

熱電阻自動檢定系統(tǒng)在功能上分為通用信息管理、檢定過程控制、通信處理、數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)管理5個部分，如圖2所示。

（1）通用信息管理模塊

主要是對數(shù)字表信息、標準器及其送檢的熱電阻的基本信息進行管理：①數(shù)字表信息包括數(shù)學表編號、型號及溯源證書信息等；②標準器和被檢熱電阻的基本信息包括電阻的型號、編號、允差等級及制造廠名等；③被檢電阻信息還包括送檢單位，這些信息是通過COM數(shù)據(jù)接口調(diào)用計量業(yè)務管理平臺得到的送檢信息，在檢定過程中提取到相應參數(shù)進行檢定，并將本次檢定信息及結果存入本地Access數(shù)據(jù)庫。

（2）檢定過程控制模塊

檢定過程控制模塊是整個熱電阻自動檢定系統(tǒng)控制的核心，包括各被測電阻的參數(shù)錄入、過程狀態(tài)顯示、通道切換、報警及實時曲線顯示等。具體作用如下：①對整個檢定過程的控制，獲取檢定裝置的各項參數(shù)，包括數(shù)字多用表的型號參數(shù)信息和檢定證書信息；②從檢定開始監(jiān)控整個檢定流程，顯示狀態(tài)包括熱電阻線制數(shù)、當前在檢熱電阻、正向檢定或是反向檢定、數(shù)字多用表讀數(shù)和檢定時間等，并給出溫度實時曲線，方便檢定人員監(jiān)控檢定過程；③通過控制多路控制開關來完成各支熱電阻檢定通道的切換；④當溫度不穩(wěn)定而達不到規(guī)定的檢定環(huán)境或者其他問題出現(xiàn)時，能夠報警并給出錯誤提示。

（3）通信處理模塊

主要進行與下位機的通信處理，下位機為ARM開發(fā)板，需要RS-232接口與計算機連接進行串口通信。上位機向ARM板發(fā)送指令，ARM板在接到指令后進行相應的操作，ARM板實時向上位機傳輸標準電阻和被檢電阻的阻值，通過標準電阻換算得到恒溫槽當前實際溫度，計算機判斷溫度穩(wěn)定后，再發(fā)送指令選通各支熱電阻完成檢定工作。

（4）數(shù)據(jù)處理模塊

由多種判定方法組成，在獲取下位機傳輸?shù)臉藴孰娮枳柚抵螅瑩Q算成溫度并判斷檢定環(huán)境是否符合條件。若符合條件，則開始檢定，接收各支電阻阻值并進行換算，通過判定算法給出該電阻是否合格。檢定結束后將本次記錄寫入到數(shù)據(jù)庫，形成原始記錄。

（5）系統(tǒng)管理模塊

對軟件本身及檢定數(shù)據(jù)的管理，在檢定后，管理被檢熱電阻的檢定記錄，生成檢定證書并加以管理，以及進行系統(tǒng)的其他管理。該模塊可以查詢檢定記錄和檢定證書，提高檢定人員的工作效率。

2.3數(shù)據(jù)庫設計

通過對熱電阻檢定工作流程以及數(shù)據(jù)處理的分析與研究，提取形成了數(shù)字表信息表、客戶信息表、標準器信息表、被檢電阻信息表、0℃記錄表、100℃記錄表、T℃記錄表、檢定結果表以及證書記錄表等16個數(shù)據(jù)實體及對應關系，并將其轉換成熱電阻自動化檢定所需的數(shù)據(jù)庫表結構。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計使用Access數(shù)據(jù)庫來存儲復雜的關系數(shù)據(jù)，并建立視圖、索引來加快數(shù)據(jù)查詢速度，應用觸發(fā)器和存儲過程技術來封裝邏輯事件和預存子程序，用以提高系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

3系統(tǒng)實現(xiàn)與測試

在系統(tǒng)實現(xiàn)方面，熱電阻自動檢定系統(tǒng)的開發(fā)，采用MVC三層軟件架構，使用Microsoft Visual Studio 2015開發(fā)工具及C#語言；應用RS-232串口通信技術實現(xiàn)了上位機系統(tǒng)與下位機硬件的交互通信，通過多線程技術來實現(xiàn)友好的UI界面交互；利用COM組件技術來完成原始記錄與證書文檔的操作[5]。

在系統(tǒng)測試方面，熱電阻自動檢定系統(tǒng)采用集成測試的方法對其整體的功能進行測試。集成測試也叫組裝測試或聯(lián)合測試，是在單元測試的基礎上，將所有模塊按照設計要求組裝成為子系統(tǒng)或系統(tǒng)，進行集成測試。實踐表明，一些模塊雖然能夠單獨工作，但并不能保證連接起來也能正常工作，一些局部反映不出來的問題，在全局上很可能暴露出來[6]。

經(jīng)過測試，系統(tǒng)基本上可以無故障穩(wěn)定運行，系統(tǒng)無論在功能還是性能方面均能滿足用戶要求。熱電阻自動檢定系統(tǒng)軟件具有良好的人機接口，使用方便，系統(tǒng)的界面友好、簡潔。從單元測試開始，逐步進入集成測試和確認測試，在集成測試和確認測試過程中還進行了一系列的回歸測試，最后進行了系統(tǒng)測試。經(jīng)過反復測試，系統(tǒng)基本能滿足用戶的所有功能性需求和非功能性需求。

總之，通過測試，系統(tǒng)已實現(xiàn)了功能需求分析中的各個功能，簡單實用，具有較快的響應速度、較強的安全性和容錯能力及良好的可維護性，基本滿足了預期的需求。

4結束語

熱電阻自動檢定系統(tǒng)的開發(fā)對于計量檢定工作有著重要的意義，現(xiàn)行熱電阻自動檢定的工作都是依賴人工記錄數(shù)據(jù)并計算，由于效率低、速度慢和精度差的原因，對于高度信息化的今天來說，傳統(tǒng)檢定方法早已不適用。因此，重新設計實現(xiàn)熱電阻自動檢定系統(tǒng)可以把檢定人員從繁瑣的數(shù)據(jù)記錄中解放出來，減輕檢定人員的工作壓力，減少人為干擾因素和差錯，提高檢測實驗室的工作效率，具有重要的實際意義和較高的應用價值。

參考文獻

[1]邵一軼.工業(yè)熱電阻遠程校準系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].杭州：中國計量學院，2013.

[2]賈桂華.熱電偶、熱電阻自動檢定系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].宇航計測技術，2007，27（4）：30-34.

[3]劉晨，邢志紅，王鳳偉.基于計量業(yè)務管理平臺的全自動化檢測模式的研究與應用[J].計量技術，2017（2）：64-66.

[4]蔣破荒，徐建明.基于MVC模型和行為描述的Web應用測試框架[J].現(xiàn)代電子技術，2017，40（6）：71-74.

[5]趙海春.COM組件的設計與使用[J].邵陽學院學報，2009，6（1）：58-60.

[6]夏耘，林華.軟件系統(tǒng)的集成測試技術研究[J].計算機工程， 2000，26（10）：102-104.