低成本高精度温湿度变送器校准测试系统
摘 要
中国论文
自动化的校准测试系统是生产高精度温湿度变送器的关键环节。以往的系统成本高，开发周期长。本文基于NI的LabVIEW软件和研华的PCI-1716采样控制板卡，快速开发了一套低成本高精度的校准测试系统并应用在生产中，取得了良好的经济效益。
【关键词】自动测试 LabVIEW 快速开发
温湿度变送器是楼宇自动控制系统中的哨兵，它将风道中的温度湿度数据转换成0-10V/4-20mA信号传递给控制中心。高精度的温湿度变送器有利于提高环境舒适度和节能减排。为确保其精度，生产过程中需要一套自动校准测试系统。以往的测试系统采用Agilent的34980A多功能万用表模块组件及C++开发的图形化界面，需要近40万元的硬件投资及6人月的开发时间。某新型温湿度变送器的研发项目对生产线自动校准测试系统提出了更高的要求，希望其精度高成本低开发快。
1 硬件设计
该新型管道式温湿度变送器具有温度±0.5℃和湿度±2%的高精度要求，而电路设计很难以较低成本实现一致的线性系数，所以必须对每个产品进行校准并一一测试。校准的原理是在线性电路上取若干点进行标定，其他点按标定点线性插值修正。作为自动化校准测试系统，测试项规格应存放数据库中便于修改，测试过程全自动，测试内容直观可视，测试结果自动保存在数据库中。综合考虑了性能和成本后，系统设计采用了基于PCI板卡的虚拟仪器方案，系统框图如下。
工控机是整个系统的大脑。在工控机PCI卡槽上选用研华的PCI-1716多功能板卡来采集电压/输出电压，并通过其扩展电路板PCLD-782隔离数字量输入，通过PCLD-785控制继电器输出。由这些硬件构成了一个具有16路单端/8路差分16bit -10～+10V电压输入，2路16bit -10～+10V 电压输出，16路24VDC隔离数字输入，16路单刀双掷继电器输出的虚拟仪器。本设计中使用了1个差分4个单边输入，1路2V输出，5个数字量输入及10个数字量输出。在系统编程器，条码扫枪，第三方温湿度传感器，气动控制单元及光电/电磁传感器组成了专用产品测试夹具。
2 软件设计
软件设计采用NI公司LabVIEW，它具有图形化编程方式，其丰富的设计模式能够快速地开发出复杂而高效的系统。NI公司有一系列功能强大的硬件平台，但价格偏贵。本系统中采用的研华PCI系列板卡提供了支持LabVIEW的驱动库和大量例程，因此既利用了LabVIEW的快速开发又节省了硬件投资。
软件框图采用模块化设计，将所需功能分解为40个子VI，每个子VI可单独调试，所有子VI集成后构成完整的系统。主程序实现人机界面功能，采用顺序结构设计，其中包含三个并行的线程：校准/测试/调试进程，状态更新进程和用户事件进程。程序的主要功能是执行校准/测试/调试子VI，但是在子VI运行中无法直接将测试内容信息传给人机界面。这里使用了LabVIEW的共享变量机制，建立一个独立进程将测试内容信息传递给人机界面。而在子VI运行中人机界面有可能有按键操作，有些操作结果需要传递给子VI，因此建立一个独立进程捕捉用户事件，通过共享变量传递给子VI。由于共享变量的赋值是单向的，不需要使用线程同步工具。
各子VI依次执行校准及测试步骤，如遇结果超出标准则终止测试并提示该产品不合格。操作人员只需要将被测产品放入测试夹具并触摸光电开关，自动校准测试系统能在3分钟内完成产品编程、校准、测试和可追溯记录的生成等一系列工作。
3 总结
该自动校准测试系统硬件投资为人民币12万元，开发周期3人月。分别比原系统节省70%的投资和50%的时间。自系统投入使用以来已累计生产新型温湿度变送器产品6000余件，运行平稳。可见基于计算机的虚拟仪器技术再配合NI的LabVIEW快速开发软件能在提高测试效率、缩短研发周期的同时降低自动化生产的成本。
参考文献
[1]National Instruments Corporation. LabVIEW User Manual[Z]. 2003
[2]研华公司. PCI-1716用户手册[Z].2010
[3]石博强，赵德永等.LabVIEW6.1编程技术实用教程（第1版）[M].北京：中国铁道出版社，2002.
作者简介
徐雨舟（1978-），男，江西省上饶市人。硕士学位。现为霍尼韦尔环境自控产品（天津）有限公司工程师。
作者单位
霍尼韦尔环境自控产品（天津）有限公司 天津市 300457