數字化隨機函數在壓力采集測試中的應用

黃 莉，李晨韻

（上海市計量測試技術研究院，上海 201203）

在對壓力傳感器及壓力儀表的采集測試中，不同激勵方式下，傳感器響應特性曲線各不相同。為了更好地模擬和測試出壓力儀表的計量特性，應用數學信號處理技術將壓力激勵和壓力響應信號進行數字化處理，以更好地實現壓力傳感器及相關儀表的采集測試[1,2]。

1 數字信號的產生

信號與信息處理時利用計算機或專用處理設備，以數值計算的方法對信息進行變換、分析、綜合、濾波、估計、識別等加工處理，以達到提取信息和便于利用的目的。由于數字信號處理技術具有精度高、抗干擾性強、易于集成等優點，因而20多年來在語音、圖像、通信、雷達、聲吶、自動控制、地震勘探、生物醫學、遙感測控、振動工程等領域得到了廣泛的應用。這里是將數學信號處理技術應用在壓力采集測試中[3]。

均勻分布隨機數、正態分布隨機數、指數分布隨機數、拉普拉斯分布隨機數、瑞利分布隨機數、對數正態分布隨機數、柯西分布隨機數、韋伯分布隨機數、愛爾朗分布隨機數、貝努里分布隨機數、貝努里高斯分布隨機數、二項式分布隨機數、泊松分布隨機數。

均勻分布的概率密度函數為：

正態分布的概率密度函數為：

其中，μ是均值；σ2是方差。正態分布也稱為高斯分布。類似上述兩種隨機函數，將所有的隨機數函數進行組合并進行曲線顯示，得到圖1。

圖1 多種隨機函數的曲線接口圖Fig.1 Curve interface diagram of various random functions

2 曲線波形控件

2.1 控件設置

曲線/波形控件是串口屏諸多功能控件里面的其中一個，用于在串口屏上顯示波形或者曲線。在USART HMI軟件左側工具箱里面，該控件涉及到指令為add指令、cle指令、addt指令。曲線/波形控件只能在當前頁面添加數據點。例如，命令randset 0, 255 add 1,0,rand add 1,1,255 add 1,2,100，randset指令是隨機數范圍設置。通過add指令是給曲線添加點，該工程是用定時器設定一定時間，每隔一段時間給3個信道曲線添加一個點。曲線一是添加隨機值，曲線二是添加固定值255，曲線三是添加固定值100。串口屏所有控件操作的實質都是對屬性的修改。曲線/波形控件具有的屬性，用戶可以隨時調整、編輯列表中的屬性參數。其中，type和id屬性由開發環境指定，用戶不可修改。id可通過軟件左上方置頂置底間接修改。曲線波形控件屬性列表，可以在設備運行中隨時讀取。sys0=s0.id將數據記錄控件s0的id號賦值給sys0變數，s0.x+=10將控件在屏幕上的位置向右移動10個像素點。prints s0.gdc,0將s0的網格顏色從串口發送出去，objname屬性不可以讀取。比如，在事件代碼中寫"t0.txt=s0.objname"編譯將報錯，其中所有綠色控件可以在運行中實時修改。

2.2 基本屬性

曲線波形的x，y屬性描述控件在屏幕上的像素坐標位置。以屏幕左上角為觸摸屏像素坐標原點（x=0，y=0）。x，y屬性只能從0～最大分辨率，不能超出屏幕顯示區域。如果x，y屬性可以超出屏幕坐標范圍（-6000～+6000），但是超出屏幕將被裁減，不會顯示出來。研發人員如果想做一個控件，但是不想讓使用者看到、觸摸到，可以把該控件放在屏幕顯示區域以外。開發人員使用的時候，使用click指令，或者綁定用戶IO。w，h屬性描述控件在屏幕上的寬度和高度。w，h屬性只能從0～最大分辨率，不能超出屏幕顯示區域。x+w，y+h的值可以超出屏幕坐標范圍，但是超出屏幕將被裁減，不會顯示出來。gdc屬性，網格顏色，RGB565的顏色值，僅當sta=單色時，才存在該屬性。bco屬性，控件背景色屬性，RGB565的顏色值，僅當sta=單色時，才存在該屬性。pic屬性，控件背景圖片屬性，選擇控件背景圖片的ID號，僅當sta=圖片時，才存在該屬性。picc屬性，控件背景切圖圖片屬性，選擇控件背景切圖圖片的ID號，僅當sta=切圖時，才存在該屬性。選擇的被切圖圖片尺寸必須等于對應串口屏的分辨率，否則，可能會導致顯示花屏。sta屬性，背景填充方式屬性[4-6]。

2.3 繪圖屬性

支持4種背景方式：①切圖，從指定與串口屏分辨率相同的全屏圖片上，自動竊取控件窗口區域的圖片內容作為控件背景；②單色，指定單一的RGB565顏色值作為控件背景；③圖片，用戶指定一張圖片作為控件的背景；④透明，即無背景，以透明的方式直接在控件區域寫字符信息。time屬性，控件特效運行時間屬性。effect設置不為0以后，才存在該屬性。當設置了控件的加載特效以后，控件在time的時間內，以設置的特效方式飛到控件所在屏幕的坐標位置。first屬性，控件加載特效的優先級屬性。effect設置不為0以后，才存在該屬性。first可設置的值為0～100，支持多個有特效的控件為同一級別優先級。同一優先級的控件，將在同時被加載到屏幕上顯示。不同的優先級中，將根據設置值從大到小依次完成載入。effect屬性，控件加載特效屬性，一共支持9種效果，僅X系列支持該屬性。0-立即載入；1-上邊飛入；2-下邊飛入；3-左邊飛入；4-右邊飛入；5-左上角飛入；6-右上角飛入；7-左下角飛入；8-右下角飛入。aph屬性，控件半透明屬性。aph可設置的值范圍為0～127 。為0時控件將全透明（效果為不顯示），為127時全顯示（沒有半透明效果）。drag屬性，控件運行過程中是否支持拖動屬性。vscope屬性，控件內存占用屬性，控件支持私有和全局屬性。當設置為全局時，控件分配的內存在所有頁面都可以訪問。離開當前頁面后，控件屬性數據也不會丟失，缺點是占用系統總內存。objname屬性，控件名稱屬性，該屬性在運行中不能獲取。id屬性，控件id是每個控件在當前頁面的唯一標識號，由系統分配，不可修改，可通過軟件左上角置頂置底間接修改。type屬性，控件類型屬性。由系統分別固定數據，比如曲線/波形控件屬性為0。disup屬性，產生拖動后是否禁用彈起事件：0-否；1-是。默認為否，即拖動的時候是會觸發彈起事件。僅當drag=是時，才存在該屬性。dir屬性，平推方向：0-從左往右；1-從右往左；2-靠右對齊。設置靠右對齊曲線/波形圖才會從右往左開始打點；設置從右往左，是從右邊開始打點，曲線從左往右不斷打點。ch屬性，信道數量（最小1，最大4）：1-0；2-1；3-2；4-3。gdw屬性，網格寬度，0為無網格。gdh屬性，網格高度，0為無網格。pco0屬性，通道0前景色。pco1屬性，通道1前景色，當ch的值大于1的時候存在。pco2屬性，通道2前景色，當ch的值大于2的時候存在。pco3屬性，通道3前景色，當ch的值大于3的時候存在。dis屬性，數據縮放百分比（最小10，最大1000）。disup屬性，產生拖動后是否禁用彈起事件：0-否；1-是。默認為否，即拖動的時候是會觸發彈起事件。僅當drag=是時，才存在該屬性[7,8]。

3 創建調試

3.1 觸摸屏設置

圖2 觸摸屏曲線接口圖Fig.2 Touch screen curve interface diagram

打開一個新的空白接口，點擊左側<工具箱>里面的<文本>按鈕，當前頁面出現一個文本框，創建了一個文本控件，現在編輯文本控件的外觀（顯示效果）。調整位置和尺寸，將文本控件移置顯示區中心位置，并調大到能放下。新添加上“文本控件”預覽II.擺放到指定位置并調整到需要尺寸預覽，移動位置：鼠標選中控件，拖到需要擺放的位置。重設大?。菏髽酥羔樳x中控件的任意一條邊，或任意一個角，拖動即可重設大小。如果不想使用鼠標，也可以通過修改屬性列表中的“x、y坐標”來調整位置，修改屬性列表中的“寬度和高度”來重設大小。文本控件背景顯示指定的“單一顏色”。鼠標單擊選中控件，拉動屬性列表滑塊 →找到背景色屬性，完成此文本控件的背景色修改成藍色?？丶紊尘疤畛鋾r還能設置邊框效果，根據屬性列表里面相應的屬性項進行設置。當顏色被使用過后，下次點擊選擇顏色的時候，使用過的顏色會直接出現在“選擇顏色”的下拉選項中。鼠標單擊選中控件，拉動屬性列表滑塊完成控件設置圖片填充背景。串口屏支持PNG圖片，并完美抗鋸齒，圖片內容如果不是矩形，請使用PNG格式圖片。文本控件背景顯示指定的“一張圖片中的某一部分”。鼠標單擊選中控件，拉動屬性列表滑塊找到背景圖片切圖選擇屬性，點擊要添加的圖片完成了為控件設置切圖填充背景?？丶尘斑x擇切圖填充時，用于切圖填充的圖片必須是全屏圖片（即圖片分辨率和屏分辨率相同、顯示方向相同）。

3.2 單片機程序設計

MCU發正弦波給HMI屏顯示曲線波形，具體的實現代碼如下所示：

3.3 返回數據格式

串口指令執行成功或失敗的通知格式，只有當系統變量bkcmd為非0的時候才會返回指令執行成功或者失敗數據，每次上電后bmcmd默認為2，即只返回指令執行出錯的結果。上位軟件編輯時寫進資源文件的代碼不受bkcmd影響，執行有錯誤時一定會返回錯誤數據，成功時不返回數據。設備返回數據的結束符為“0XFF 0XFF 0XFF”3個字節。0X00無效指令，0X00+結束符，當收到用戶發來的無效指令時返回此數據。0X01，指令成功執行，0X01+結束符，用戶發來的指令被成功執行完畢時返回此數據。0X02控件ID無效，0X02+結束符，用戶發來的指令中包含無效控件ID或者無效控件名稱時返回此數據。0X03頁面ID無效，0X03+結束符，用戶發來的指令中包含無效頁面ID或者無效頁面名稱時返回此數據。0X04圖片ID無效，0X04+結束符，用戶發來的指令中包含無效圖片ID時返回此數據。0X05字庫ID無效，0X05+結束符，用戶發來的指令中包含無效字庫ID時返回此數據。0x06檔操作失敗，0X06+結束符，操作檔失敗的時候返回。0x09 CRC校驗失敗，0X09+結束符，帶校驗的指令通不過的時候返回此數據，指令校驗說明。0X11波特率設置無效，0X11+結束符，用戶發來的波特率配置指令中包含無效波特率參數。設備支持的波特率有：2400 4800 9600 19200 38400 57600 115200，0X12曲 線 控 件ID號或信道號無效，0X12+結束符，用戶使用add指令往曲線控件添加數據的時候，曲線控件ID號或信道號無效時返回此數據。0X1A變量名稱無效。0X1A+結束符，當串口收到的變量名稱為無效名稱時返回此數據。注：控件屬性也稱為變量，比如您設置一個控件的屬性的時候，輸入的是一個它沒有的屬性名稱，也會返回此數據。0X1B變量運算無效，0X1B+結束符，比如文本控件t0的txt屬性賦值時應該寫成t0.txt=“abc”。0X1C賦值操作失敗，0X1C+結束符，屬性賦值失敗的時候返回此數據。0X1DEEPROM操作失敗，0X1D+結束符，操作EEPROM失敗時返回此數據。0X1E參數數量無效，0X1E+結束符，用戶輸入的指令中參數數量錯誤的時候返回此數據。0X1FIO操作失敗，0X1F+結束符，操作IO失敗時返回此數據。0X20轉義字符使用錯誤，0X20+結束符，轉義字符使用錯誤時返回此數據。0X23變量名稱太長，0X23+結束符，變量名稱長度最大29個字符，超出就會返回此數據。0X24串口緩沖區溢出，0X24+結束符當串口緩沖區被占滿以后會返回此數據。緩沖區溢出以后，緩沖隊列里的指令執行完成后會為緩沖區騰出空間以繼續接收指令，在此之前，串口收到的數據將會丟棄。

4 結論

應用數學信號處理技術編輯均勻分布、正態分布等隨機函數，以模擬壓力儀表的隨機激勵信號進行系統性的采集測試。調用USART HMI觸摸屏進行壓力數據的實時曲線顯示，經過壓力傳感器及觸摸屏的實物測試，此方法可以有效提升壓力計量儀表和設備的測試效率，達到了預期的設計效果。