基于串口通讯的内压容器应力测定实验系统

摘要：内压容器应力测定实验是过程装备与控制工程专业的基本实验之一，本文采用计算机测试新技术介绍基于RS-232C串口通信实现的自动测试实验系统，给出了系统体系结构和软、硬件实现，并着重探讨了实验数据采集系统的实现。
关健词： 内压容器；应力测定；计算机测试；串口通信
中图分类号：051.5 文献标识码：B

前言
信息技术的飞速发展，推动着各行各业的进步。微电子技术、计算机技术、通信技术与测试技术相结合，诞生了以计算机为平台的现代测试技术。计算机测试技术应用于实验教学中，可改变传统的“眼看手记”的实验模式，充分利用计算机的软硬件资源，实现实验数据的自动测试、实时分析显示、数据保存、打印等传统实验手段难以实现的功能，让学生将时间和精力集中到实验内容本身，帮助学生更好的完成实验。
内压容器应力测定实验是过程装备与控制工程专业的基本实验之一，实验要求学生掌握多点应力应变测量的一般技术，通过对典型内压容器多点应变测量数据的分析，得到内压容器的应力分布规律。传统的实验模式是利用应变仪配接平衡箱，逐点测量、人工记录应变数据，并在实验后对实验数据进行分析计算，绘制应力分布曲线。
利用计算机测试新技术，对传统实验系统进行改造，本文介绍了基于RS-232C串口通信实现的内压容器应力测定实验系统，给出了系统体系结构和软、硬件实现，并着重探讨了实验数据采集系统的实现。
1 计算机测试技术与串口通信
测试技术是人类认识世界、改造世界的基础工具。随着微电子技术、计算机技术、通信技术以及网络技术的不断发展，新的测试理论、测试方法不断涌现，逐渐形成了完整的以计算机为核心的现代测试系统体系。以计算机为核心的测试系统，可充分共享计算机的软、硬件资源，可实现测试过程的自动控制，测试精度高，且主要的仪器功能都由软件完成，易于系统功能的更改，具有很强的适应性，特别适用于测试、分析要求经常变更的试验研究。
传感器
信号调理模块
数据采集模块
计算机
图1 计算机测试系统典型结构
计算机测试系统典型结构如图1所示。系统中数据采集模块的主要功能是模/数（A/D）转换，并完成采集控制以及和计算机进行数据通信的功能。计算机与外围设备之间的通信方式有并行和串行通信两种，相应的数据采集模块也有支持并行通信（如ISA、PCI）的插卡式模块和支持串行通信（如RS-232C）的远程模块。基于串行通信的数据采集模式软件编程简单，使用维护方便，且传输距离较远，利于构建分布式测试系统，广泛应用于数据采集频率要求不高的缓变信号测试中。
2 实验系统体系结构
本内压容器应力测定实验系统整体结构如图2所示。系统试压控制模式为“集中加压、单独卸压”，各组实验容器的卸压油路独立，可实现各组的实验压力分别控制，互不干扰地完成实验。应变数据采集仪支持RS-232C串口通信、8通道模拟输入。在应变信号测量中，系统利用传统的模拟应变仪，对其进行改造，产生标准模拟信号输出，信号对应关系为：±5V：±5000με。
应变数据采集仪
实验容器1
应变仪/平衡箱1
试压控制装置
实验容器2
实验容器n
应变仪/平衡箱2
应变仪/平衡箱n
RS-232C
……
…
标准模拟信号
图2 实验系统体系结构
系统具有开放式的体系结构，可根据需要增添实验容器和相应的应变仪/平衡箱，改变实验分组数；系统可实现应变值的两种采集模式，即传统的模拟应变仪读取和计算机自动数据采集、分析；多套模拟实验装置共用一套计算机测试分析系统，由软件实现测试对象的切换，分别完成多组实验系统的应力测试分析。
3 数据采集系统实现
3.1 系统硬件实现
系统所用的应变数据采集仪结构组成如图3所示。系统主要由台湾泓格科技（ICP DAS）提供的数据采集模块I-7017、通信转换模块I-7520以及电源模块组成。
24VDC
标准电压信号
8通道
电源模块
RS-485
RS-232C
I-7017
I-7250

图3 数据采集仪系统组成
I-7017数据采集模块支持RS-485串行协议，8通道模拟输入，最高采样频率10HZ。因PC机的串口通信遵循RS-232C协议，因此必须将RS-485协议信号转换成RS-232C协议信号，I-7520就是实现这一转换的通信转换模块。上述两模块都需要24V直流供电，由电源模块提供。
3.2 系统软件实现
系统软件基于VB6.0开发，采用模块化的软件设计模式，便于系统功能的扩展和更改，其模块结构如图4所示，主要功能模块包括数据采集控制、数据分析处理、存储打印、图形显示、参数管理等。
人机界面
……

图4 系统软件模块结构
采集控制模块主要实现采样触发以及与数据采集模块的数据通信，完成数据采集功能；存储打印模块完成测试数据的文件存储和测试、分析结果的格式打印，同时还提供历史数据文件的读取和数据回放功能；数据分析处理模块实现测量电压值到实际应变值的转换以及两相应力的理论值和实测值的计算等数据处理功能；图形显示模块主要完成两相的理论和实测应力分布曲线绘制等功能；参数管理主要包括实验对象几何及物理参数、测点位置参数、采样通道参数等的设置、保存和列表显示。
4 结束语
利用计算机测试新技术，对传统实验系统进行改造，可在节约成本的前提下，实现实验过程的自动测试、实验数据的保存和实时分析显示等功能。基于RS-232C串口通信构建的内压容器应力测定实验系统，软件编程简单，使用维护方便，且能适应实验装置的离散分布性，较好地满足实验系统要求。