分體式智能檢驗儀的設計與應用

郅杏利 王高剛

（1.浙江中控自動化儀表有限公司；2.浙江大立科技股份有限公司）

在工業應用領域，調試現場或定期的系統維護期間，檢驗儀的使用工況有時比較惡劣，如場地狹窄、高溫、高濕等，且操作時也需要和之前的測試數據進行比對，這種情況下就需要其他人員協助，單人無法獨立完成檢驗。

針對該實際需求，筆者開發了一款分體式結構的智能檢驗儀，該檢驗儀集校驗功能和通信器功能于一體，顯示/操作與主機分離，可實現跨區域工作。

1 系統總體設計

分體式智能檢驗儀包含檢驗儀主機和操作終端兩部分，總體設計如圖1所示。

圖1 分體式智能檢驗儀總體設計架構

分體式智能檢驗儀的工作原理為：操作終端上通過按鍵或4G接口接收外部信號來設置校驗信號/測量信號類型和信號大?。z驗時）。操作終端將相關信息通過藍牙發送給檢驗儀主機，主機接收到信息后進行信號輸出或測量，同時檢驗儀主機將當前的信號輸出和信號測量信息反饋給操作終端，用戶在操作終端上即可查看顯示數據。

2 硬件電路設計

硬件電路部分整體為雙板設計，由主機板、電源板和移動交互式掌機構成， 主機板和電源板通過兩根20芯排線相連， 電源板通過排線給主機板供電，如圖2所示。主機板電路系統框圖如圖3所示。

圖2 硬件電路結構設計

圖3 主機板電路系統框圖

主機板電路包括以下4個部分：

a. 輸入側，包括電壓、電流和回路電流測量模塊；

b. 輸出側，包括電壓、電流、電阻、頻率輸出模塊，電壓、電阻、頻率、熱偶等測量模塊；

c.MCU及周邊電路；

d.接插件（與電源板相連）。

電源板電路系統框圖如圖4所示。

圖4 電源板電路系統框圖

電源板電路包括以下5個部分：

a.鋰電池充放電電路；

b.開關機及LDO電路；

c.接插件電路（與主機板相連）；

d.外圍通信電路，包括藍牙、LORA、RS485；

e.主電源電路。

3 軟件部分設計

3.1 檢驗儀主機

檢驗儀在使用時首先與操作終端進行藍牙通信配對， 然后對各類信號的輸入/輸出進行標定，標定完成后可根據用戶或現場的需要進行測量或輸出。 主機系統采用自上而下、模塊化的設計思路，便于后續的調試和功能擴展。 程序調度流程如圖5所示。

圖5 程序調度流程

3.2 操作終端

分體式智能檢驗儀的操作終端上需要安裝專有的APP，且需要和檢驗儀主機一起配套使用。APP需要有藍牙、文件讀寫及定位等權限。

本設計中，APP和檢驗儀主機通過藍牙通信，檢驗儀部分采用標準的Modbus作為通信協議。HART通信采用自定義Modbus協議。

APP采用分模塊設計，模塊內部分層設計，業務層和展示層采用EventBus來進行數據和消息的傳遞。 操作終端APP程序架構如圖6所示。

圖6 操作終端APP程序架構

4 應用情況

4.1 分體式方式的典型應用

由于工業應用現場環境相對比較惡劣，且操作空間有限，甚至環境條件不適合人員長時間滯留，故將操作器連接好后放在設備附近，操作終端分離后可以移離10 m開外的相對安全區域進行設備校驗、 過程校驗或智能儀表的HART通信配置等操作，具體如圖7所示。

圖7 檢驗儀分體應用實例

4.2 校驗功能應用

工業現場中需要定期對過程設備進行維護、檢查和校準，并要求對校驗結果進行存檔。 分體式智能檢驗儀可以對現場設備進行單獨校驗，也可以實現過程校驗， 校驗結果可以本地保存，或實時把數據或校準結果通過WiFi、LORA、5G等無線通信方式傳入上層網絡系統中，過程架構如圖8所示。 校準時可以手動單點校驗或自動校驗，校準頁面設置如圖9所示，校準結果如圖10所示。

圖8 過程架構

圖9 校準頁面設置

圖10 校準結果

5 結束語

筆者設計的分體式智能檢驗儀，已完成項目輸出測試，并在實際工程項目中得到了試用。 工程調試人員進行調試時可以遠距離完成待測設備的檢定和維護，為其工作提高了便利性，收到了很好的評價。 后續該款檢驗儀功能會不斷地完善和優化，以期成為業內質量可靠、先進的多功能檢驗儀和通信器。