触摸式力、扭矩测量用仪表的研制

2014-03-22柴继新范晓燕陈柯行

计量技术 2014年1期

徐　舰　柴继新　范晓燕　陈柯行

(北京长城计量测试技术研究所，北京 100095)

0　引言

工业触摸屏是通过触摸式工业显示器把人和机器连为一体的智能化界面。它替代了传统的控制按钮和指示灯，是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。触摸屏作为一种特殊的计算机外设，在工业控制和人机交互方面得到广泛应用。利用触摸屏和带有Modbus协议的A/D模块设计现代数字化智能仪表已经受到很多的关注和研究[1-5]。本文介绍了一款用于力及扭矩测量用触摸式仪表，该仪表具有参数设置，数据显示，绘制曲线及对传感器进行标定等功能。与传统仪表相比，这种触摸式仪表更方便、快捷、表现力更强。

1　触摸屏与数字模块通信

这款触摸式力、扭矩测量用仪表，使用的是信捷(touchwin)TG865系列触摸屏。此屏支持C语言脚本功能，可以在此基础上编写自己的程序。而且具有一定的运算功能和数据采集保存功能，并且支持时间趋势图，XY趋势图等形式的数据管理方式。TG865采用ARM9 CPU，400MHz主频，128M内存，128M存储容量。其中PFW寄存器具有掉电保存功能，计算的传感器系数及计算所需的内码值都可以存储在PFW寄存器中。仪表的另一个重要组成部分就是A/D模块，它集信号放大，A/D转换为一身，可以与传统的模拟传感器相连接，直接将负荷传感器的模拟电压信号转化成数字信号。模块的测量速率可以选择，最大可以达到400Hz。

图1　触摸屏系统设置

实现触摸屏与模块通讯，首先对触摸屏和模块的通讯属性进行设计。模块的接口是一个异步串行接口，即主机波特率与从机波特率必须一致。模块的串行数据格式为：1位起始位，8位字长，偶校验，1位停止位，波特率选择19200。同样触摸屏系统也需要按照模块的通讯格式设置其波特率和数据格式。触摸屏有两个COM口，一个是PLC，一个是Download。用PLC口与模块进行通信。Download口与计算机进行通讯。PLC选择的设备是Modbus RTU协议的A/D模块。此时的屏作为主机，其波特率和数据格式设置与模块一样。Download口作为与计算机通讯的接口，此时计算机作为主机，屏为从机。当屏为从机时，要设置其站号，这里将其设为1。其设置如图1所示。这样就完成了通讯设置。A/D模块的测量值(内码值)存放在0X28寄存器中，因此触摸屏只要访问该寄存器就可以获得模块的测量值。这个测量值是模块的内码值不是实际测量值。需要进行系数计算才能得到相应的测量值。接下来介绍如何得到真实的测量值。

2　标定界面设计及系数计算

触摸屏从模块中读到的是与加载值成一定比例关系的内码值。需要根据逐次加载的标准力或扭矩值以及所对应的内码值来计算出这个比例系数(标定系数)，然后计算内码值对应的实际测量值。计算标定系数的方法有二次曲线法和牛顿插值法。我们采用后一种方法来计算标定系数。本仪表设有20个通道，即一共可以存放20个系数。每个通道有10个数据采集点，如图2所示。用户可以记录从零点到满量程范围内10个标准值和其对应的内码值。数字后面的方框需要用户输入标准力值或扭矩值。点击后面相应的“存储”按钮，屏会自动将此时对应的内码值采集到前面的方框中。利用触摸屏提供的C语言脚本功能，根据用户采集的值通过C代码来实现系数的计算并将其存储到PFW中，等使用时调用。