化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及其與Sartorious電子天平通訊實例分析

張富春 陳明 李文西

摘要? ? 對化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行了介紹，并以Sartorious電子天平（BAS系列）為例，介紹了其與化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊過程中的程序設(shè)計以及參數(shù)設(shè)定，通過RS232數(shù)據(jù)協(xié)議雙向傳輸功能將稱樣數(shù)據(jù)自動采集到實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，有效避免了人為輸入過程中的失誤，極大地提高了工作效率。

關(guān)鍵詞? ? 化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng);電子天平;數(shù)據(jù)通訊;參數(shù)設(shè)定

中圖分類號? ? S216? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2018）23-0290-02

測土配方施肥是以土壤測試和肥料田間試驗為基礎(chǔ)，根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，在合理施用有機(jī)肥料的基礎(chǔ)上，提出氮、磷、鉀及中微量元素等肥料的施用數(shù)量、施肥時期和施用方法，是近年來全國大力推廣的一種精準(zhǔn)施肥技術(shù)[1-2]?；灉y試是制定肥料配方、科學(xué)指導(dǎo)施肥的重要依據(jù)之一，通過化驗測試，了解土壤供肥能力狀況及作物需肥狀況，是測土配方施肥得以實現(xiàn)的基本手段。近年來，隨著測土施肥等項目的大力推廣，對化驗分析的需求越來越多。化驗分析過程相對復(fù)雜，涉及樣品的制備、流轉(zhuǎn)、稱樣、測試、結(jié)果計算、量值信息傳遞以及質(zhì)量溯源等環(huán)節(jié)，需要產(chǎn)生一系列數(shù)據(jù)記錄。這些數(shù)據(jù)記錄通過人工方式管理，工作量大，檢索困難，量值傳遞不便，效率低下，且經(jīng)常在人為傳遞過程中出現(xiàn)差錯。

基于此，揚(yáng)州市耕地質(zhì)量保護(hù)站根據(jù)土壤化驗流程及工作需要開發(fā)了化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[3]，并成功實現(xiàn)其與Sartorious 電子天平的數(shù)據(jù)交換。

1? ? 化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)簡介

化驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是基于VB運(yùn)行環(huán)境的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)由揚(yáng)州市耕地質(zhì)量保護(hù)站自主研發(fā)，采用CS架構(gòu)，主要用于實驗室數(shù)據(jù)采集、處理、分析、傳遞、應(yīng)用、保存以及質(zhì)量控制、量值溯源。系統(tǒng)主要由五大模塊構(gòu)成，具體如圖1所示。

1.1? ? 數(shù)據(jù)庫設(shè)定模塊

用戶在該模塊中可以按照年份、行政單位等信息對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)定，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化管理，可以設(shè)定系統(tǒng)當(dāng)前工作默認(rèn)的數(shù)據(jù)庫。

1.2? ? 數(shù)據(jù)采集模塊

用戶可以在該模塊中錄入化驗數(shù)據(jù)并可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、刪除等操作，形成可追溯的信息。用戶也可以在此模塊中設(shè)置外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備的連接參數(shù)，使系統(tǒng)可以和外部數(shù)據(jù)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。系統(tǒng)支持存儲多套設(shè)備的連接參數(shù)，在使用中可以任意切換。具體如圖2所示。

1.3? ? 數(shù)據(jù)處理模塊

帶計算功能儀器設(shè)備的測試結(jié)果，可以通過局域網(wǎng)直接發(fā)送到該模塊與樣品其他信息匹配;不帶計算功能及數(shù)據(jù)通訊功能的儀器設(shè)備，可以將測試結(jié)果及工作曲線等計算參數(shù)錄入系統(tǒng)模塊，由系統(tǒng)直接計算賦值。模塊預(yù)留接口，可存儲多套設(shè)定。

1.4? ? 質(zhì)量控制模塊

通過提取參比標(biāo)準(zhǔn)樣品的測試結(jié)果，按照預(yù)先設(shè)定規(guī)則繪制質(zhì)量控制圖，以判斷測試結(jié)果的準(zhǔn)確性、有效性。具體如圖3所示。

1.5? ? 數(shù)據(jù)整合模塊

該模塊可以實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與本地數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)整合;可以按照用戶的個性化需求批量導(dǎo)出數(shù)據(jù)，滿足數(shù)據(jù)的多元化應(yīng)用需求。

2? ? 通訊程序設(shè)計

2.1? ? 通訊協(xié)議

Sartorious電子天平（BAS系列）是目前市場占有率較高的精密天平，該系列天平采用了Modbus協(xié)議和計算機(jī)進(jìn)行通訊，Modbus協(xié)議目前已經(jīng)成為全球工業(yè)領(lǐng)域最流行的通訊協(xié)議[4]。在我國，已經(jīng)將Modbus協(xié)議作為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 19582—2008）。Modbus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開放，可以免費(fèi)使用，得到了全球眾多廠商的支持。協(xié)議數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，開發(fā)維護(hù)方便。

本研究中的系統(tǒng)采用了Modbus協(xié)議以及CRC16校驗方式與天平進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，使速度和安全性均得到了有效保證。

本研究中的天平端口連接參數(shù)如下：波特率為1 200 bps，奇偶校驗為奇校驗，數(shù)據(jù)位為7數(shù)據(jù)位，停止位為1停止位。

2.2? ? 通訊流程

通訊流程如圖4所示。

2.3? ? 關(guān)鍵性指令

本研究的天平使用的關(guān)鍵性指令為讀取數(shù)據(jù)指令，其數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖5所示[5]。返回的數(shù)據(jù)長度為22位，第6位為正負(fù)符號位;第8—16位為數(shù)據(jù)位。

3? ? 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

本研究使用的天平與系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定如圖6所示，其中端口、波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位參數(shù)可通過天平使用說明書獲取，序號、標(biāo)題用戶自定義，主要用于多臺設(shè)備之間的識別與切換。

4? ? 結(jié)語

化驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)極大地提高了實驗室數(shù)據(jù)管理效率，使數(shù)據(jù)處理、信息傳遞、數(shù)據(jù)檢索、量值溯源更加方便快捷，使數(shù)據(jù)存儲更加規(guī)范;按照以上設(shè)定及程序?qū)嶒炇覍崿F(xiàn)了Sartorious電子天平BAS224S以及CAP224S與化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊與切換，極大地提高了稱樣數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)的效率，并有效降低了數(shù)據(jù)錯誤率，促進(jìn)了實驗室質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)。

5? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 高祥照，馬常寶，杜森編.測土配方施肥技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[2] 張福鎖.測土配方施肥技術(shù)要覽[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[3] 李正開，魏劍巍，姬小兵.基于MCView開發(fā)的化驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2011，24（6）：50.

[4] 史運(yùn)濤，孫德輝，李志軍，等.基于Modbus協(xié)議的通訊集成技術(shù)研究[J].化工自動化及儀表，2010（4）：67-72.

[5] 王健.基于VB的電子秤通訊實例[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2010（22）：105-107.