摘 要： 為了配合自主研發的超聲波熱量表的檢定工作，依據公司制定的熱量表紅外通信協議，進行了熱量表修正軟件的設計。該軟件實現了對熱量表流量和溫度系數的修正，進而提高了熱量表的檢定精度。在Visual CC++6.0平臺下，通過MFC來創建應用程序框架，利用多線程串口通信類CnComm完成多線程之間的數據通信任務。通過發送控制命令和構造接收處理子程序來完成對串口數據的讀寫和顯示。同時，利用ADO類對數據庫進行訪問，實現歷史記錄的查詢功能。該軟件經過實際檢驗，操作簡單方便，通信可靠高效，達到了檢定工作的要求標準。
關鍵詞： 紅外通信；多串口；Visual C++；系數修正
目前，熱量表檢定裝置在我國的發展還不是很成熟，大多數熱量表檢定裝置還沒有完全實現計算機自動控制，特別是在一些關鍵功能方面，國內的熱量表檢定裝置及其檢定方法的科學性和自動化程度都有待提高，主要表現在兩個方面：一是缺少光電通信接口；二是缺乏對熱量表儀表系數的自動修正能力[1]。例如進行熱量表流量檢定時，無論是質量法還是標準表法都需要人工讀取被檢定表的流量參數，通過與熱量表檢定裝置的標準值進行比較，確定其是否在規定誤差范圍內， 從而做出檢定結果[2]。其檢定過程存在的缺點是：易于引入讀數和計算偏差，使檢定結論不準確；人工讀數導致檢定時間長，檢定效率低，檢定自動化程度低；在熱量表檢定不合格時，無法及時根據誤差自動修正儀表的流量系數，使熱量表的后續工作量較大。為了避免檢定過程中人為因素對檢定結果造成的影響，減少熱量表檢定的后續工作量及提高熱量表的檢定效率，配合熱量表檢定系統設計了熱量表系數修正軟件。
1 熱量表紅外通信電路
目前,熱量表的通信方式主要有三種形式：(1)M_BUS通信，用于遠程讀取熱量表數據的總線標準；(2)紅外通信，采用紅外發送接收管，進行近距離的通信，主要應用于手持紅外設備對熱量表進行近距離抄表；(3)RS-485通信，利用一對雙絞線，實現平衡發送和差分接收，硬件簡單，成本低廉，多站互聯較為方便，工業應用成熟[3]。比較三種通信方式，公司研發的熱量表采用了前兩種通信方式，即M_BUS通信和紅外通信。而熱量表系數修正軟件正是以紅外通信為基礎來實現的。下面簡單介紹所設計的超聲波熱量表的紅外通信電路。
超聲波熱量表選用紅外發射二極管EL351430和紅外接收二極管PT-BP351420來構成紅外通信電路，如圖1所示。紅外發射電路由一個510 Ω的電阻和EL351430紅外發射二極管組成,通過單片機MSP430的P1.4(HW_TXD)發送數據;在紅外接收部分，利用紅外一體化接收二極管PT-BP351420接收紅外脈沖信號，經放大、濾波和檢波等處理，解調成二進制電信號，然后通過P1.3（HW_RXD）進入單片機MSP430。
2 系數修正軟件設計方案
VC++由于功能強大和應用靈活，同時具有圖形界面友好、系統資源豐富、操作配置方便、運行速度較快等特點;而串口通信具有實現簡單、使用靈活方便、數據傳輸可靠等優點，因而用VC++編制串口實時控制軟件十分方便[4]。在檢定超聲波熱量表時，為了縮短檢定時間，提高檢定效率，該軟件一次需要與多塊熱量表進行串口數據通信，從而需要開辟多個串口，完成多串口的讀寫命令又會涉及到多線程串口的操作。因為此時程序需要循環檢測串口的事件狀態，當串口出現收發事件時，必須立即進行串口的讀寫操作。若將這些循環檢測操作放在主線程中，將使主線程執行速度變慢，程序的效率降低[5]。該系數修正軟件利用多線程串口通信庫CnComm來解決多線程串口通信問題，從而提高了計算機執行程序的能力以及軟件運行和執行的效率，并通過ADO類對數據庫進行訪問，實現熱量表檢定數據的記錄保存。軟件工作流程圖如圖2所示。
3 系數修正軟件程序設計
利用VC++ 6.0的MFC創建一個單文檔的應用程序框架，添加相應的按鈕、編輯框、靜態文本框等控件創建應用程序的人機交互界面。將所用的CGridCtrl類、CnComm類和Ado類的文件包含到應用程序中，并在所應用的類中包含它們的頭文件。
3.1初始化串口
初始化主要對串口參數進行設置，包括使用的端口、通信波特率、數據位數、奇偶校驗、起始/停止位數等參數。設置好參數后，就可以打開串口，準備進行數據傳輸。軟件根據被檢定的表數確定打開的串口數目，并設置串口的工作狀態和波特率等參數。程序中添加讀取檢定熱量表的表號并打開相應的串口及設置參數的代碼如下：
void CHeatMeterView::OnButtonOpen()
{
for(intm_nActivePos=0;
m_nActivePos<m_Number;m_nActivePos++)
//獲取被檢定熱量表的實際數目
{
nPort= m_Pos[m_nActivePos]+10;
//得到串口號，+10表示從COM11開始 if(Comm_[nPort].IsOpen()) Comm_[nPort].Close();
//關閉已被打開的串口
Comm_[nPort].SetOption( Comm_[nPort].GetOption() | Cn- Comm::EN_RX_BUFFER| CnComm::EN_TX_BUFFER);
//設置串口參數 Comm_[nPort].Open(nPort,"1200,E,8,1");
Comm_[nPort].SetWnd(this->GetSafeHwnd());
//設定需要監視串口數據接收的窗口
}
}
3.2信息幀的發送處理
在發送信息幀控制命令的各子程序中編寫相應的熱量表控制命令。由于信息幀發送過程中可能出現誤碼或其他外界干擾，容易造成信息幀發送失敗，為了提高信息幀發送的成功率，每次發送信息幀控制命令后自動啟動超時定時器，用于計算發送數據后的超時，若控制命令連續三次發送超時,主站沒有得到從站的響應，則關閉超時定時器，退出本次控制命令的發送，同時提示檢定人員通信失敗的表號。各個控制命令的發送基本一致，下面以檢定啟動控制命令為例來說明，其程序代碼如下：
void CHeatMeterView::OnButtonStart()
{
if (m_bSerialPortOpened==TRUE && m_Number>0)
//確認有被測熱量表和相應的串口已打開
{
m_nActivePos = 0; //第一組表位
StartTest(m_nActivePos);
//發送檢定啟動控制命令的子程序
}
}
3.3 信息幀的接收處理
當主站成功發送控制命令后，從站將按照已制定的紅外通信協議給予響應。串口接收數據采用事件驅動的方式。當串口有數據進入接收緩沖區時，程序將執行ON_MESSAGE(ON_COM_RECEIVE, OnReceive)事件。在程序中，該事件的函數名稱是OnReceive(OnReceive(WPARAM wParam, LPARAM lParam))。在該函數中，首先判斷信息幀是否出現數據長度、控制碼、數據標識和偶校驗等錯誤，如果沒有錯誤，則讀取接收緩沖區有效的數據字節存放到所定義的數組內，然后解析報文內容，做出相應的應答；否則自動放棄該信息幀，不予響應。在此僅給出數據幀接收處理函數OnReceive（）中檢定啟動控制命令響應信息幀的處理，其程序代碼如下：
LRESULT CHeatMeterView::OnReceive(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
if (wParam == Comm_[nPort].GetPort())
{
if(firstdata_addr<=511)
{
m_usDataNmbr = Comm_[nPort].Read(&m_
ReceiveBuf
[firstdata_addr], 512);//讀取串口緩沖區信息幀
}
else
firstdata_addr=0;
}
……
BYTE KeyCRT; //檢定啟動的控制碼
KeyCRT = m_ReceiveBuf[nStart+9];
if (0xA3== KeyCRT) //是否為檢定啟動響應 {
if(m_nActivePos!=m_Number - 1)
//下一個表位 {
m_nActivePos++;
Sleep(SleepTime);
StartTest(m_nActivePos);
//發送檢定啟動控制命令
}
else
MessageBox("通信全部成功！);
}
……
}
3.4 Ado類對數據庫的訪問
在熱量表的檢定過程中，檢定人員容易出現忘記將某個流量點數據清零的情況，導致下一個流量點的檢定數據不準確。補救的方法就是把檢定過的流量點再重新檢定一遍，這樣不僅增加檢定人員的工作量，降低熱量表的檢定效率，而且極易造成熱量表檢定結果和修正系數的不準確，嚴重影響熱量表出廠的合格率。為此，建立一個Access數據庫來記錄熱量表每個檢定流量點的相關數據。其優點是：(1)當檢定人員誤操作后，可以及時從數據庫中恢復某一檢定過的流量點記錄的相關數據，不需要檢定人員再重新操作； (2)可以作為研究和改進熱量表檢定和系數修正的重要數據依據。
4 軟件運行情況分析介紹
4.1 軟件總體概況
該系數修正軟件利用熱量表的紅外通信功能，通過USB型光電讀寫頭與熱量表的主控制器進行串口數據通信。在熱量表的流量檢定中，配合熱量表的流量檢定系統來讀取熱量表的流量基準值和測量結束值，并根據有關公式計算相應的誤差和流量修正系數，從而真正實現熱量表檢定和儀表系數修正工作的一次性完成。不僅使熱量表檢定工作效率得到顯著的提高，而且使熱量表的批量檢定成為可能。軟件的人機界面如圖3所示。
4.2 軟件的信息幀發送和接收
該系數修正軟件具有良好的人機交互界面，信息幀控制命令的發送都是通過單擊按鈕來實現的，并且發送成功與失敗都有相關的提示界面，便于檢定人員獲知相關操作是否完成。對于接收到的信息幀，軟件會自動判斷接收到信息幀的有效性和正確性，經過相關的數據處理后顯示在人機交互界面上，便于檢定人員可以直觀地查看檢定熱量表的相關數據。在熱量表某一檢定流量點中，軟件讀取、顯示及計算相關誤差的界面如圖4所示。
4.3 軟件的數據記錄保存與查詢
每完成一個流量點的數據讀取和計算相關誤差后，檢定人員可以點擊保存數據按鈕對數據記錄進行保存，每條記錄將按照所創建的數據庫格式進行存儲，記錄包括表位號、表號、管徑、被測流量點、溫度、基準值、測量結束值、實際值、誤差、修正系數等，便于以后的數據查詢和恢復操作。
該系數修正軟件在國內熱量表檢定裝置及其檢定方法的科學性和自動化程度不斷提高的環境下應運而生,進行了多次改進和調試，在實際運行中也取得了比較理想的效果。在公司半年多的使用中，軟件運行良好，操作簡單，使用方便，通信可靠高效，不但節省了人力，減少了檢定人員的工作量，而且大大提高了檢定的科學性、可靠性和正確性，使超聲波熱量表檢定提高到了一個新水平。
參考文獻
[1] 吳偉龍.熱能表新型自動檢定方法的研究[J].中國計量，2009(6):67-68.
[2] 劉劍，劉俊承.熱量表自動檢定系統設計[J].現代電力，2011，28(5):72-75.
[3] 張旭. 城鎮供熱計量與管理系統的研究與設計[D].山東：山東科技大學，2011.
[4] 曹西征，郭立紅.基于VC++的紅外相機串口通軟件設計[J].微計算機信息，2007，23(4):289-
290.
[5] 劉書智.Visual C++串口通信與工程應用實踐[M].北京：中國鐵道出版社， 2011.