一種基于MVC架構(gòu)的熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)

摘要：為了改變傳統(tǒng)的依靠手動(dòng)操作和重復(fù)進(jìn)行大量復(fù)雜數(shù)據(jù)計(jì)算的熱電阻檢定工作的情況，提出了一種基于MVC架構(gòu)的熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)。系統(tǒng)采用智能溫度監(jiān)測(cè)原理，自動(dòng)采集檢定數(shù)據(jù)、處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算、實(shí)時(shí)記錄原始數(shù)據(jù)和自動(dòng)生成證書(shū)報(bào)告。實(shí)現(xiàn)熱電阻檢定過(guò)程的自動(dòng)化，不僅能降低人為差錯(cuò)率，還能夠提高數(shù)據(jù)的可靠性，有效地提高工作效率。

關(guān)鍵詞：MVC架構(gòu)；熱電阻檢定；自動(dòng)化檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP399文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(jì)是目前應(yīng)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(duì)工業(yè)熱電阻溫度計(jì)進(jìn)行檢定，用以保證溫度量值的準(zhǔn)確可靠。

在以往計(jì)量測(cè)試工作中，熱電阻的檢定是基于手動(dòng)操作的，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。檢定過(guò)程手動(dòng)記錄的原始數(shù)據(jù)多和計(jì)算處理復(fù)雜，特別容易出錯(cuò)，經(jīng)常導(dǎo)致熱電阻檢定結(jié)果的誤判[2]，還需要對(duì)各個(gè)檢定溫度點(diǎn)分別設(shè)定溫度，而且記錄多只熱電阻數(shù)據(jù)要手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，最后人工進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，導(dǎo)致控溫時(shí)間長(zhǎng)，不僅工作效率低，還不能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，同時(shí)檢定員的勞動(dòng)強(qiáng)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(cuò)，本項(xiàng)目在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，建立一套完整的熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)采用智能溫度監(jiān)測(cè)原理，自動(dòng)采集檢定數(shù)據(jù)和處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)時(shí)記錄原始數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成證書(shū)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)熱電阻檢定過(guò)程的自動(dòng)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(shí)也減輕了檢定員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使熱電阻的檢定能力得到提高。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)

熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)采用的是經(jīng)典的3層MVC架構(gòu)[4]，如圖1所示。3層MVC結(jié)構(gòu)是將應(yīng)用功能分成表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層三部分，解決方案是對(duì)這3層進(jìn)行明確分割，并在邏輯上使其獨(dú)立。

該架構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)如下：①具有靈活的硬件組成：對(duì)于各個(gè)層可以選擇與其處理負(fù)荷和特性相適應(yīng)的硬件，這是與系統(tǒng)可縮放性直接相關(guān)的問(wèn)題；②提高程序的可維護(hù)性：3層MVC結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用的各層可以并行開(kāi)發(fā)，各層也可以選擇各自最適合的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言；③利于變更和維護(hù)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范：因?yàn)槭前磳臃指罟δ埽愿鱾€(gè)程序的處理邏輯變得十分簡(jiǎn)單；④系統(tǒng)管理簡(jiǎn)單，可支持異種數(shù)據(jù)庫(kù)，有很高的可用性。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1流程設(shè)計(jì)

熱電阻的檢定流程應(yīng)該滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范的要求，其流程如下（以檢定0℃溫度點(diǎn)為例）：

①輸入數(shù)字表參數(shù)；

②標(biāo)準(zhǔn)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(gè)通道的被檢電阻，如果不存在，則添加型號(hào)、標(biāo)稱(chēng)電阻值R0、允差等級(jí)（AA、A、B、C）、接線(xiàn)方式（二線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制）、制造廠(chǎng)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(shè)置好后，檢定人員點(diǎn)擊“開(kāi)始檢定”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)恒溫槽的溫度穩(wěn)定性，溫度值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱電阻的阻值換算；

⑥實(shí)時(shí)檢測(cè)恒溫槽最近10 min之內(nèi)的變化，直到在最近10 min之內(nèi)滿(mǎn)足溫度的波動(dòng)（溫度的最大值與最小值之差）低于0.04℃為止；

⑦溫度滿(mǎn)足條件后，開(kāi)始1～12通道被檢熱電阻的檢定，從標(biāo)準(zhǔn)熱電阻0通道開(kāi)始，依次讀取1～12通道的阻值，再?gòu)?2～0通道，反方向讀取各通道阻值，按照規(guī)程的要求，重復(fù)這個(gè)過(guò)程3次；

⑧如果熱電阻為三線(xiàn)制，換線(xiàn)后重復(fù)上一步驟，否則跳過(guò)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(dòng)更換100℃恒溫槽，更換完畢后點(diǎn)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(guò)程結(jié)束。

2.2功能設(shè)計(jì)

熱電阻自動(dòng)檢定軟件設(shè)計(jì)目的是在原有設(shè)備基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)熱電阻檢定的信息化和自動(dòng)化，軟件中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史熱電阻信息的管理，從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取到要檢定熱電阻的信息，或者通過(guò)手動(dòng)錄入要檢定熱電阻信息。檢定過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理是熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)的核心。

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

（1）通用信息管理模塊

主要是對(duì)數(shù)字表信息、標(biāo)準(zhǔn)器及其送檢的熱電阻的基本信息進(jìn)行管理：①數(shù)字表信息包括數(shù)學(xué)表編號(hào)、型號(hào)及溯源證書(shū)信息等；②標(biāo)準(zhǔn)器和被檢熱電阻的基本信息包括電阻的型號(hào)、編號(hào)、允差等級(jí)及制造廠(chǎng)名等；③被檢電阻信息還包括送檢單位，這些信息是通過(guò)COM數(shù)據(jù)接口調(diào)用計(jì)量業(yè)務(wù)管理平臺(tái)得到的送檢信息，在檢定過(guò)程中提取到相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行檢定，并將本次檢定信息及結(jié)果存入本地Access數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）檢定過(guò)程控制模塊

檢定過(guò)程控制模塊是整個(gè)熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)控制的核心，包括各被測(cè)電阻的參數(shù)錄入、過(guò)程狀態(tài)顯示、通道切換、報(bào)警及實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示等。具體作用如下：①對(duì)整個(gè)檢定過(guò)程的控制，獲取檢定裝置的各項(xiàng)參數(shù)，包括數(shù)字多用表的型號(hào)參數(shù)信息和檢定證書(shū)信息；②從檢定開(kāi)始監(jiān)控整個(gè)檢定流程，顯示狀態(tài)包括熱電阻線(xiàn)制數(shù)、當(dāng)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(shí)間等，并給出溫度實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，方便檢定人員監(jiān)控檢定過(guò)程；③通過(guò)控制多路控制開(kāi)關(guān)來(lái)完成各支熱電阻檢定通道的切換；④當(dāng)溫度不穩(wěn)定而達(dá)不到規(guī)定的檢定環(huán)境或者其他問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，能夠報(bào)警并給出錯(cuò)誤提示。

（3）通信處理模塊

主要進(jìn)行與下位機(jī)的通信處理，下位機(jī)為ARM開(kāi)發(fā)板，需要RS-232接口與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行串口通信。上位機(jī)向ARM板發(fā)送指令，ARM板在接到指令后進(jìn)行相應(yīng)的操作，ARM板實(shí)時(shí)向上位機(jī)傳輸標(biāo)準(zhǔn)電阻和被檢電阻的阻值，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻換算得到恒溫槽當(dāng)前實(shí)際溫度，計(jì)算機(jī)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(jī)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)電阻阻值之后，換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(kāi)始檢定，接收各支電阻阻值并進(jìn)行換算，通過(guò)判定算法給出該電阻是否合格。檢定結(jié)束后將本次記錄寫(xiě)入到數(shù)據(jù)庫(kù)，形成原始記錄。

（5）系統(tǒng)管理模塊

對(duì)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(shū)并加以管理，以及進(jìn)行系統(tǒng)的其他管理。該模塊可以查詢(xún)檢定記錄和檢定證書(shū)，提高檢定人員的工作效率。

2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)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(hù)信息表、標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果表以及證書(shū)記錄表等16個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體及對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)換成熱電阻自動(dòng)化檢定所需的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)復(fù)雜的關(guān)系數(shù)據(jù)，并建立視圖、索引來(lái)加快數(shù)據(jù)查詢(xún)速度，應(yīng)用觸發(fā)器和存儲(chǔ)過(guò)程技術(shù)來(lái)封裝邏輯事件和預(yù)存子程序，用以提高系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面，熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，采用MVC三層軟件架構(gòu)，使用Microsoft Visual Studio 2015開(kāi)發(fā)工具及C#語(yǔ)言；應(yīng)用RS-232串口通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)硬件的交互通信，通過(guò)多線(xiàn)程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)友好的UI界面交互；利用COM組件技術(shù)來(lái)完成原始記錄與證書(shū)文檔的操作[5]。

在系統(tǒng)測(cè)試方面，熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)采用集成測(cè)試的方法對(duì)其整體的功能進(jìn)行測(cè)試。集成測(cè)試也叫組裝測(cè)試或聯(lián)合測(cè)試，是在單元測(cè)試的基礎(chǔ)上，將所有模塊按照設(shè)計(jì)要求組裝成為子系統(tǒng)或系統(tǒng)，進(jìn)行集成測(cè)試。實(shí)踐表明，一些模塊雖然能夠單獨(dú)工作，但并不能保證連接起來(lái)也能正常工作，一些局部反映不出來(lái)的問(wèn)題，在全局上很可能暴露出來(lái)[6]。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)基本上可以無(wú)故障穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)無(wú)論在功能還是性能方面均能滿(mǎn)足用戶(hù)要求。熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)接口，使用方便，系統(tǒng)的界面友好、簡(jiǎn)潔。從單元測(cè)試開(kāi)始，逐步進(jìn)入集成測(cè)試和確認(rèn)測(cè)試，在集成測(cè)試和確認(rèn)測(cè)試過(guò)程中還進(jìn)行了一系列的回歸測(cè)試，最后進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，系統(tǒng)基本能滿(mǎn)足用戶(hù)的所有功能性需求和非功能性需求。

總之，通過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了功能需求分析中的各個(gè)功能，簡(jiǎn)單實(shí)用，具有較快的響應(yīng)速度、較強(qiáng)的安全性和容錯(cuò)能力及良好的可維護(hù)性，基本滿(mǎn)足了預(yù)期的需求。

4結(jié)束語(yǔ)

熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)對(duì)于計(jì)量檢定工作有著重要的意義，現(xiàn)行熱電阻自動(dòng)檢定的工作都是依賴(lài)人工記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算，由于效率低、速度慢和精度差的原因，對(duì)于高度信息化的今天來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)檢定方法早已不適用。因此，重新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)熱電阻自動(dòng)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(lái)，減輕檢定人員的工作壓力，減少人為干擾因素和差錯(cuò)，提高檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的工作效率，具有重要的實(shí)際意義和較高的應(yīng)用價(jià)值。

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