HART协议智能仪表自动校验系统的设计和实现

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自动校验系统的硬件集成
　　自动校验系统的硬件集成主要考虑到较好的可扩充性、性能价格比和易于升级，为此我们采 用一台带有ISA插槽的计算机作为主要控制的部分，如图1所示。

　　通过连接在计算机串行口上的HART信号的调制解调器，来取代HART手操器，实现由计算机自 动完成与仪表间的HART通信。
　　通过计算机控制的一块ISA接口I/O卡驱动一块继电器输出卡，实现各接口之间的自动转换和 信号灯的控制等。同时I/O卡还负责接收校验系统面板上用户的开关输入。?

　　软件设计采用面向对象的方法，软件开发平台采用Microsoft Visual C++6.0，支撑和运行平台选择WindowsNT WorkStation 4.0，采用Microsoft SQL Server 200 0构建产品信息数据库，对数据库存取使用Visual C++6.0提供的ADO(Activ eX Data Object)方式。
2.1模块化设计
　　根据自动校验系统要求实现的功能，将软件分为4个子系统和8个模块(如图2所示)。?

　　a.设备驱动及控制模块向自动校验系统软件提供所有设备的接口，属于校验系统软 件的最底层部分和支撑部分，主要描述和定义了系统各个设备的“语言”。采用C++语言以面向对象的方法将GPIB通讯，I/O控制，HART通讯，仪器控制和驱动等封装成一个 个类，将其所有数据成员私有化，把具体指令的数据结构的实现等细节放到类的内 部，对这 些设备的读写等操作只要使用这些设备自身提供的方法，实现了数据的安全性和代码的可重 用性，而且非常的简单方便。
　　b.数据发送和采集模块通过对设备驱动模块的访问，完成所有需要的对数据发送和 采集方法的封装，并将这些方法提供给变送器检验模块。定义及实现了对HART变送器进行电 流微调、出厂校准、出厂检验及各种信息设定的方法。
　　c.变送器校准检验模块完成对变送器校准检验的具体操作，包含了针对不同变送器 校验检验的步骤，并向数据打印及入库模块提供数据源。这个模块还根据管理员子系统中功 能设置模块对系统需要自动完成的操作的定义，自动将数据采集和发送模块的方法进行组装 ，以实现对校验系统的自定义功能。
　　d.数据打印及入库模块完成校验结果的打印和进入数据库，是操作员子系统所要完 成的最后一个功能，主要是将校验过程中采集的数据、运算的结果、产品的出厂编号等信息 以打印报表和进入数据库的两种方式进行处理。
　　(2)管理员子系统主要面向校验系统的管理员，他们使用管理员的账号登陆系统， 管理员的权限大于操作员，可以完成系统功能设置和数据库管理的功能。
　　功能设置模块主要是通过弹出对话框设置系统的操作步骤、选择需要完成的校验内容，以及 自动写入变送器的一些信息；功能设置完成后，在操作员模式，当系统检测到有变送器接入 时，可以自动完成设置检验项目等内容。
　　数据库管理模块主要是完成对操作员子系统进入数据库的数据进行管理，对产品的信息进行 检索，还可以方便对各个时期产品的性能指标进行评测比较，来研判企业的生产水平。
　　(3)人机界面子系统的功能主要实现系统和用户的界面。
　　由于变送器的校验过程要占用系统很多时间，存在着比较多延时，而用户界面需要实时接受 用户的操作和实时显示对用户输入面板的监控，为此采用了多线程的技术解决这一问题。主 线程主要完成校验功能的实现，由辅助线程来实时更新用户的界面，对I/O端口进行轮询。 
　　(4)异常处理子系统在系统使用过程中出现异常情况，则立即转入异常处理模块进 行处理，使得系统的智能化和可靠性得到很大的提高。
2.2软件的工作过程
　　软件开始执行后，首先初始化及系统自检。初始化GPIB接口卡，并将GPIB 接口卡上的设备设成远程工作方式，初始化48回路I/O卡(40路输出，8路输入)，打开并配置 计算机串口和并口等。
　　完成了系统自检后，将开启一个辅助线程用于监控I/O操作。下面将详细的介绍这部分内容 。
　　为了实现多线程之间的同步控制关系，创建一个手工的事件对象(手工的事件对象显式使用R esetEvent来改变信号量的状态)。
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　　这样就由辅助线程完成了读取I/O口状态，判断用户在操作面板的动作，实现了对I/O端口的 监视。? 
　　在主线程中定义消息映射机制，在头文件中添加对自定义消息及消息处理函数的定义。
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　　通过事件对象对多线程的同步控制，使I/O操作与程序的主线程分开，既保证I/O监视的 实时性，又使主线程可以自由的处理其他的事情，充分利用CPU的处理能力，使得各操作可以并 行进行。?

　　本文阐述通用HART智能变送器校验系统的设计思想和实现方法。对不同厂家的HART变送器， 只要添加数据发送及采集模块中关于变送器校准的HART协议特殊指令就可完成，具有 一定的通用性；产品已在现场实际运行，使用效果良好。