計量器具智能管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

摘 要：本文設計實現(xiàn)了一種對144個計量器具進行監(jiān)控和管理的智能化系統(tǒng)，解決非固定場所使用的計量標準器傳統(tǒng)人工管理中存在的問題。文章闡述了系統(tǒng)結構、實現(xiàn)原理等技術。系統(tǒng)具有成本低，使用方便等優(yōu)點。經(jīng)過測試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，節(jié)約開支，可以在計量相關院所推廣使用。

關鍵詞：計量器具；智能管理；多路監(jiān)控；信號采集

中圖分類號：TP311.52

計量是國計民生的重要保障，伴隨科技的進步，各種新式儀器儀表不斷出現(xiàn)，對日益增加的計量器具高效科學管理是目前各計量機構面臨的重要問題。傳統(tǒng)人工管理效率低，易出錯，致使計量器具處于非控狀態(tài)。本文結合非固定場所使用的計量器具的實際情況，開發(fā)實現(xiàn)一種計量器具管理智能化系統(tǒng)，實現(xiàn)計量器具的高效管理。

1 系統(tǒng)功能概述

本管理系統(tǒng)包括計量器具使用狀態(tài)監(jiān)控，使用人員登記、用戶驗證等功能。基本工作流程如下：首先，當檢定員領用計量器具時，可在上位機軟件中查看設備是否可用，若可用則進入系統(tǒng)用戶驗證步驟，系統(tǒng)提示輸入用戶名密碼，驗證通過后上位機軟件改變該設備指示顏色，若驗證不通過則更改為其他顏色，系統(tǒng)將驗證過程相關信息自動登記并保存至本地文件。設備管理員可通過查看該文件得到各計量器具使用情況。

2 系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

本管理系統(tǒng)分為三個主要部分，分別是上位機監(jiān)控系統(tǒng)、下位機多路信號采集系統(tǒng)和帶有壓力開關的計量器具陳列柜，系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 計量器具智能管理系統(tǒng)結構示意圖

系統(tǒng)實現(xiàn)的第一步是在計量器具陳列柜上加裝壓力開關，用以對外提供開關量電信號；第二步，開發(fā)多路信號采集器循環(huán)讀取各壓力開關量電信號；最后，開發(fā)上位機（PC機）管理軟件，實現(xiàn)自動管理的各項功能。上下位機通過RS232-C串口實現(xiàn)通信，上位機監(jiān)控軟件采用C++編寫，軟件運行在windows 7系統(tǒng)中。本系統(tǒng)實現(xiàn)了對144個計量器具的智能管理，并可根據(jù)需要增減數(shù)量。

3 計量器具陳列柜壓力開關電路

圖2 壓力電壓開關電路示意圖

圖3 下位機多路信號采集系統(tǒng)示意圖

計量器具陳列柜中的壓力電壓開關電路示意圖如圖2所示，其中電源為5V直流開關電源；R為1KΩ保護電阻；箭頭代表電壓開關信號輸出端，連接至下位機多路信號采集系統(tǒng)。

4 下位機多路信號采集系統(tǒng)

下位機多路信號采集系統(tǒng)示意圖如圖3所示，其中1是電路底板；2是系統(tǒng)的主控芯片，采用STC12C5A60S2單片機；3是Intel 8255A-5芯片，使用6片8255A來采集共144路的開關量信號；4是信號輸入引腳；5是串口數(shù)據(jù)輸出接口，連接至上位機。

主控單片機通過p0口的第二功能即分時復用數(shù)據(jù)總線及地址總線的方式擴展外設組成系統(tǒng)，主程序采用輪詢方式依次讀取并保存各8255A的ABC端口狀態(tài)。每個端口數(shù)據(jù)由8位組成，每一位代表計量器具陳列柜中相應壓力開關狀態(tài)。

下位機多路信號采集系統(tǒng)電路原理圖如圖4所示，圖中以外擴1片Intel8255A芯片為例，主要給出主控與外設的連接方式，關于主控單片機最小系統(tǒng)可參照數(shù)據(jù)文檔搭建即可。由圖4可知系統(tǒng)使用PL2303 USB TO TTL模塊實現(xiàn)上下位機間通信。

圖4 下位機多路信號采集系統(tǒng)電路圖

5 上位機監(jiān)控軟件

上位機監(jiān)控軟件使用C++編寫，包括計量器具狀態(tài)監(jiān)控，使用人員登記及用戶驗證等功能。軟件采用操作本地文件的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。軟件截圖如圖5所示。系統(tǒng)使用前，計量器具使用者設置用戶名及密碼，作為驗證信息。圖5中綠色圓圈代表該編號計量器具在陳列柜內(nèi)，可以被領用。領用計量器具時，系統(tǒng)提示輸入用戶名及密碼以驗證用戶合法性，驗證通過后使用紅色圓圈標注，如圖5中的1號設備被“zhangsan”合法領用。若驗證不通過或非法領用時，系統(tǒng)發(fā)出報警提示，并用藍色圓圈標注，如圖5中5號設被“l(fā)isi”非法領用。

軟件自動保存驗證信息至指定文件，軟件界面可直觀地反映各計量器具使用情況及狀態(tài)。管理員還可通過查看相應文件獲得各計量器具的使用記錄。

圖5 上位機監(jiān)控軟件截圖

6 結束語

本文設計實現(xiàn)一種計量器具智能化管理系統(tǒng)，開發(fā)下位機多路信號采集系統(tǒng)及上位機管理軟件。本系統(tǒng)解決人為管理存在的一些問題，提高管理效率。文章闡述了系統(tǒng)組成及實現(xiàn)過程，對搭建其他智能化設備管理系統(tǒng)具有指導意義。

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作者簡介：周瑩（1985-），女，云南人，科員，助理工程師，碩士，研究方向：計量技術及電子信息技術。

作者單位：云南省計量測試技術研究院，昆明 650041；昆明理工大學，昆明 650000

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