针对目前砝码检定工作操作过程复杂、检定效率低等问题，设计了一种基于 LabVIEW 的砝码自动检定系统 g 在符合砖码检定规程的情况下，系统实现了检定数据实时采集、数据处理、生成原始记录、管理标准器、查询历史数据和电子秤控制等功能;相对现有 的砖码检定方法有操作简单、高效、程序移植性好等优点;系统由主控计算机、事口转无线扩展卡、多台电子秤设备及相应的标准砖码装 置组成;通过使用串口转 Wi-Fi 模块，系统可实现控制多台电子秤设备的需求 z 实验结果证明，系统运行稳定可靠，采集数据准确，容易扩展，且大幅度减轻了检定人员的劳动强度，在计量检定工作中具有一定的实用和推广价值。
0.引言
质量是七大物理基本量之一，硅码是一种复现质量值的实 物量具，被广泛应用于各部门。砖码的计量检定工作是通过衡量仪器对标准砖码和被检砖码进行称量比较来实现的，它直接 关系到质量量值传递的准确性和一致性。在现有的砖码检定工 作中，检定入员需反复读取检定数据并进行复杂的处理计算， 工作效率低、容易出错，且查询历史数据记录过程繁琐。
LabVIEW是美国国家仪器公司 (NATIONAL INSTRUMENTS ，简称ND 的软件产品，是目前应用最广、发 展最快、功能最强的图形化编程语言。与传统的编程语言 C、 C++ 、Visual BASIC等相比具有编程简单、直观、开发效率 高等特点。本文结合计量工作的实际情况，对基于 LabVIEW 开发平台【叫和串口转 Wi-Fi 通讯技术[叫的砖码自动检定系 统设计进行研究，为砖码检定工作提供一种新的解决方案。
1.系统结构及工作原理
硅码自动检定系统硬件平台由电子天平、质量比较器、串口转 Wi-Fi 扩展卡 NPort 5100 、主控计算机和若干扩展显示 器构成。采用集中分布式结构，系统可以分成三层:第一层为 电子秤数据采集层，第二层为无线传输层，第三层为控制管理 层。系统结构示意图如图 1所示。
系统通过使用串口转 Wi-Fi 扩展卡 NPort 5100 来组建无 线数据采集网络，以完成地磅设备串口采集的数据与主控计算 机之间的通信传输，解决了布线困难等问题，提高了系统的灵 活性。该无线网络是基于 AP 组建的基础无线网络(lnfa) .与主控计算机连接的 NPort 5100 设置为 AP 节点，与每台电子秤设备连接的 NPort 5100 均设置为 STA 节点，网络由 AP 创建， AP 作为整个网络的中心，众多 STA 加入已创建的无线网络 进行通信。目前系统适用于 METTLER TOLEDO 全系列电子 天平和质量比较器。
检定人员在电子秤内置程序的提示下，按照规程规定的顺 序，依次加载、卸载标准砖码和被检砖码。电子秤通过串口转 Wi-Fi 扩展卡将数据发送至主控计算机，系统读取数据后按 规程规定的算法来计算被检砖码的折算质量值。同时系统将检 定所需的其他相关数据，如温湿度、标准器信息和被检砖码的 送检信息进行保存。最终按检定人员需求，可以实时打印检定 记录并从主控计算机或扩展显示器上观测检定过程。
2.系统软件设计及功能实现
2.1 软件方案设计
软件的主要设计依据是国家现行有效的硅码检定规程JJG
99-2006[7J 以及衡量仪器的 MT-SICS 指令集阳。系统采用模块化设计，主要由六大功能模块组成 z检定/校准模块、简易称量模块、标准器信息模块、记录查询模块、系统设置模块 和帮助模块。系统的功能模块框图如图 2 所示。
2.2 蚊据自动采集与传输
系统采用 VISA (virtual instruments software architec? ture. 虚拟仪器软件规范)接口模块进行编程。在 LabVIEW 中. VISA 作为测试程序和数据传输总线的中间层，为应用程 序和仪器总线建立了信息通道，它可以连接不同标准的1/ 0设 备，是用来在基于计算机设备之间通信的函数库。
为减少系统开销，避免反复对设备通信口进行打开或关闭 等操作，系统利用事件结构来处理串口配置问题。系统中的串 口初始化参数应当和衡器设备中的串口通信参数保持严格一 致。利用 VISA Configure Serial Port 函数来配置以下通信参 数 g 波特率为 9 600. 8 位数据位，无奇偶校验位. 1 位停止 位，流控制为 XON/XOFF0 VISA 配置函数的终止符默认为 气 n' ，为了防止数据接收不全，将启用终止符的输入端设为 F. 即不启用终止符。系统通信配置部分程序框图如图 3 所示。
由于主控计算机无法确定衡器会何时发送检定数据，且数据格式可能发生变化，所以系统采用轮询的方法来实现对设备 的数据采集。在执行采集操作前，利用 Byte at Port 属性节点 返回接收缓冲区中已经存在的字节数，以保证读取操作的稳 定，且不遗漏数据包。数据收发模块工作流程图如图 4 所示。
系统在默认情况下处于自动读取数据状态，而每次写人数据是需要触发信号的。程序中设置了写人数据开关，当写入数据开 关打开时，消息对话框中的信息将被写入指定电子秤，程序可通 过衡器预设命令来进行调试。系统每次启动时自动巡检设备端 口状态，若存在故障情况，系统会自动报警并关闭设备连接。
2.3 数据处理、显示及检定报表生成 在完成检定数据的采集后，系统需对被检砖码的平均值、修正值、空气浮力修正值等进行计算，这些数据处理过程由程序内置算法完成，并将计算结果填人记录报表。由于检定过程 中标准砖码和被检硅码返回的数据格式不尽相同，系统还需利 用数据匹配和数据截取等 VI 来进行数据预处理。数据处理模 块工作流程如图 5 所示。
系统利用接口数据的"值改变"事件来实现人机交互界面中的检定数据实时显示功能，但是由于 LabVIEW 的事件结构中元法捕捉由程序修改而产生的"值改变"事件，因此系统将 无法响应对应的事件分支。为解决这一情况，通过调用控件的 "值信号"属性节点来模拟产生"值改变"事件，该"值信号" 属性节点只能写人。人机交互界面中利用表格控件作为检定数 据实时显示的载体，将主控计算机采集到的数据经过处理后创 建成一维数组，再将此一维数组根据不同的检定方案进行重 排，最终将重排后的二维数组通过双层循环嵌套来写入表格的 "值"属性，以达到实时刷新人机交互界面的需求。数据实时 显示部分程序框图如图 6 所示。
其中 : md 为经空气浮力修正的被检砖码质量 Ckg); m 为标准砖码的质量 Ckg); .e.m ，为测量差值的平均值 Ckg); C 为空气浮力修正因子 ;pa 为空气密度 (kg/m3 ); po 为空气密
度的标准值1. 2 kg/m3 ; p，为标准蔽码的密度 (kg/m3 ) ; ρ 为
被检砖码的密度 (kg/m' )。
系统利用 LabVIEW 强大的 Office 报表生成功能来实现砖 码自动检定原始记录的制作。根据蔽码检定规程的要求，预先
设计好相应的记录模板，供程序自动调用填写。程序中通过编 写独立的事件结构来处理记录生成功能，主要使用 New Re port 、Append Report Text 、Word Edit Cell 、Word Format
Cell 、Word Table Alignment 、Save Report to File 、 Word Bring to Front 等 VI. 它们分别完成了新建报表、写人报表文本、写入报表表格、格式设置、表格对齐、保存至文件和调入 前面板显示等功能。
2.4 标准器信息管理模块
系统中的标准器信息管理模块包含了对标准硅码和标准衡器的管理。每当系统启动时，程序会自动扫描所有标准器的有 效期信息，若存在超期或即将超期问题，系统立即发出提醒， 以避免标准器的过期使用。即将超期的时间范围可由检定人员 预先设定，达到合理的提前预警功能。检定人员可根据具体情 况随时添加新的标准器信息。程序通过设置表格自定义项符号 来制作超期报警指示灯，显示效果直观。
2.5 系统可靠性设计 为提高系统采集数据的可靠性，在数据采集程序中利用轮询设备机制，先把接收到的空信息排除，再将符合格式规范的 检定数据存入临时文件。同时通过设计事件触发变量来传递有效的检定数据，保证最后阶段数据处理、存储和生成检定记录的准确性。在数据发送与接收之间需加入一定的延时，因为设 备串口作为硬件底层，数据在上位机软件和底层设备之间通讯 是需要时间的，加入的延时量应远大于此时间量，以确保设备 返回数据的可靠接收。当系统完成一次怯码检定工作后，运行 生成检定原始记录程序，为保证原始记录数据的真实性，程序 将记录的属性值设置为只读。
3.系统工作流程及试验结果
硅码自动检定系统的使用流程大致描述如下2 登录系统→输入被检样品信息(包括送检信息、本次检定所使用的标准器 具信息)-依次输入检定次序→开始砖码检定，根据衡器提示 完成加载、卸载硅码动作→系统自动录入检定数据→检定结束，生成原始记录报表并打印。
根据 JJG 99-2006 砖码检定规程的要求，对某一批次送检 砖码 (50g 、 100 g、100 g 、200 g、500 g 、500 g) 进行测试， 系统运行中的检定模块的人机交互界面如图 7 所示。试验结果 表明系统运行平采集无丢失，检定结果准确可靠。
4.结束语
目前本系统已在市级计量检定测试中心的砖码检定工作中 投入使用，并取得预期效果。系统简化了砖码检定工作的操作 过程，节约了人员的劳动力成本。工作人员仅需完成蔽码的装 卸动作，其余工作均可由系统自动处理，避免了现有硅码检定 工作中存在的检定时间长、效率低、容易出错和数据处理麻烦 等问题，使得砖码检定工作更加及时、准确、可靠，提升了砝码检定的自动化技术水平。
