Design & Implementation of Auto Calibration & Measurement System
for HART Instrument

SHEN Guoyan, ZHANG Qingjun

(Shanghai Automation Instrumentation Co.,Ltd. Shanghai 20005 0, China)

　　Abstract: The design and implementation of auto calibration and measurement system for HART instrument is introduced, and the system integrated the HART communication technology, computer based measurment & control technolog y and database technology. The system have already been used in the factory.
　　Keywords: HART protocol; GPIB bus; multi?task; SQL Server

1自動校驗系統(tǒng)的硬件集成
　　自動校驗系統(tǒng)的硬件集成主要考慮到較好的可擴(kuò)充性、性能價格比和易于升級，為此我們采 用一臺帶有ISA插槽的計算機(jī)作為主要控制的部分，如圖1所示。

　　通過連接在計算機(jī)串行口上的HART信號的調(diào)制解調(diào)器，來取代HART手操器，實現(xiàn)由計算機(jī)自 動完成與儀表間的HART通信。
　　通過計算機(jī)控制的一塊ISA接口I/O卡驅(qū)動一塊繼電器輸出卡，實現(xiàn)各接口之間的自動轉(zhuǎn)換和 信號燈的控制等。同時I/O卡還負(fù)責(zé)接收校驗系統(tǒng)面板上用戶的開關(guān)輸入。?

　　軟件設(shè)計采用面向?qū)ο蟮姆椒?，軟件開發(fā)平臺采用Microsoft Visual C++6.0，支撐和運(yùn)行平臺選擇WindowsNT WorkStation 4.0，采用Microsoft SQL Server 200 0構(gòu)建產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫存取使用Visual C++6.0提供的ADO(Activ eX Data Object)方式。
2.1模塊化設(shè)計
　　根據(jù)自動校驗系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能，將軟件分為4個子系統(tǒng)和8個模塊(如圖2所示)。?

　　a.設(shè)備驅(qū)動及控制模塊向自動校驗系統(tǒng)軟件提供所有設(shè)備的接口，屬于校驗系統(tǒng)軟 件的最底層部分和支撐部分，主要描述和定義了系統(tǒng)各個設(shè)備的“語言”。采用C++語言以面向?qū)ο蟮姆椒▽PIB通訊，I/O控制，HART通訊，儀器控制和驅(qū)動等封裝成一個 個類，將其所有數(shù)據(jù)成員私有化，把具體指令的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)等細(xì)節(jié)放到類的內(nèi) 部，對這 些設(shè)備的讀寫等操作只要使用這些設(shè)備自身提供的方法，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全性和代碼的可重 用性，而且非常的簡單方便。
　　b.數(shù)據(jù)發(fā)送和采集模塊通過對設(shè)備驅(qū)動模塊的訪問，完成所有需要的對數(shù)據(jù)發(fā)送和 采集方法的封裝，并將這些方法提供給變送器檢驗?zāi)K。定義及實現(xiàn)了對HART變送器進(jìn)行電 流微調(diào)、出廠校準(zhǔn)、出廠檢驗及各種信息設(shè)定的方法。
　　c.變送器校準(zhǔn)檢驗?zāi)K完成對變送器校準(zhǔn)檢驗的具體操作，包含了針對不同變送器 校驗檢驗的步驟，并向數(shù)據(jù)打印及入庫模塊提供數(shù)據(jù)源。這個模塊還根據(jù)管理員子系統(tǒng)中功 能設(shè)置模塊對系統(tǒng)需要自動完成的操作的定義，自動將數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊的方法進(jìn)行組裝 ，以實現(xiàn)對校驗系統(tǒng)的自定義功能。
　　d.數(shù)據(jù)打印及入庫模塊完成校驗結(jié)果的打印和進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，是操作員子系統(tǒng)所要完 成的最后一個功能，主要是將校驗過程中采集的數(shù)據(jù)、運(yùn)算的結(jié)果、產(chǎn)品的出廠編號等信息 以打印報表和進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的兩種方式進(jìn)行處理。
　　(2)管理員子系統(tǒng)主要面向校驗系統(tǒng)的管理員，他們使用管理員的賬號登陸系統(tǒng)， 管理員的權(quán)限大于操作員，可以完成系統(tǒng)功能設(shè)置和數(shù)據(jù)庫管理的功能。
　　功能設(shè)置模塊主要是通過彈出對話框設(shè)置系統(tǒng)的操作步驟、選擇需要完成的校驗內(nèi)容，以及 自動寫入變送器的一些信息；功能設(shè)置完成后，在操作員模式，當(dāng)系統(tǒng)檢測到有變送器接入 時，可以自動完成設(shè)置檢驗項目等內(nèi)容。
　　數(shù)據(jù)庫管理模塊主要是完成對操作員子系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，對產(chǎn)品的信息進(jìn)行 檢索，還可以方便對各個時期產(chǎn)品的性能指標(biāo)進(jìn)行評測比較，來研判企業(yè)的生產(chǎn)水平。
　　(3)人機(jī)界面子系統(tǒng)的功能主要實現(xiàn)系統(tǒng)和用戶的界面。
　　由于變送器的校驗過程要占用系統(tǒng)很多時間，存在著比較多延時，而用戶界面需要實時接受 用戶的操作和實時顯示對用戶輸入面板的監(jiān)控，為此采用了多線程的技術(shù)解決這一問題。主 線程主要完成校驗功能的實現(xiàn)，由輔助線程來實時更新用戶的界面，對I/O端口進(jìn)行輪詢。
　　(4)異常處理子系統(tǒng)在系統(tǒng)使用過程中出現(xiàn)異常情況，則立即轉(zhuǎn)入異常處理模塊進(jìn) 行處理，使得系統(tǒng)的智能化和可靠性得到很大的提高。
2.2軟件的工作過程
　　軟件開始執(zhí)行后，首先初始化及系統(tǒng)自檢。初始化GPIB接口卡，并將GPIB 接口卡上的設(shè)備設(shè)成遠(yuǎn)程工作方式，初始化48回路I/O卡(40路輸出，8路輸入)，打開并配置 計算機(jī)串口和并口等。
　　完成了系統(tǒng)自檢后，將開啟一個輔助線程用于監(jiān)控I/O操作。下面將詳細(xì)的介紹這部分內(nèi)容 。
　　為了實現(xiàn)多線程之間的同步控制關(guān)系，創(chuàng)建一個手工的事件對象(手工的事件對象顯式使用R esetEvent來改變信號量的狀態(tài))。
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　　這樣就由輔助線程完成了讀取I/O口狀態(tài)，判斷用戶在操作面板的動作，實現(xiàn)了對I/O端口的 監(jiān)視。?
　　在主線程中定義消息映射機(jī)制，在頭文件中添加對自定義消息及消息處理函數(shù)的定義。
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　　通過事件對象對多線程的同步控制，使I/O操作與程序的主線程分開，既保證I/O監(jiān)視的 實時性，又使主線程可以自由的處理其他的事情，充分利用CPU的處理能力，使得各操作可以并 行進(jìn)行。?

　　本文闡述通用HART智能變送器校驗系統(tǒng)的設(shè)計思想和實現(xiàn)方法。對不同廠家的HART變送器， 只要添加數(shù)據(jù)發(fā)送及采集模塊中關(guān)于變送器校準(zhǔn)的HART協(xié)議特殊指令就可完成，具有 一定的通用性；產(chǎn)品已在現(xiàn)場實際運(yùn)行，使用效果良好。