一種基于MVC架構的熱電阻自動檢定系統

摘要：為了改變傳統的依靠手動操作和重復進行大量復雜數據計算的熱電阻檢定工作的情況，提出了一種基于MVC架構的熱電阻自動檢定系統。系統采用智能溫度監測原理，自動采集檢定數據、處理復雜的數據計算、實時記錄原始數據和自動生成證書報告。實現熱電阻檢定過程的自動化，不僅能降低人為差錯率，還能夠提高數據的可靠性，有效地提高工作效率。

關鍵詞：MVC架構；熱電阻檢定；自動化檢測

中圖分類號：TP399文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2018）05-65-3

Automatic Thermal-resistance Verification System Based on MVC Architecture

LIU Chen（Liaoning Provincial Institute of Measurement， Shenyang Liaoning 110004， China）

0引言

工業熱電阻溫度計是目前應用最為廣泛的一種接觸式溫度傳感器[1]，由于其內部電阻感溫單元的感溫性能易受到影響，因此必須定期對工業熱電阻溫度計進行檢定，用以保證溫度量值的準確可靠。

在以往計量測試工作中，熱電阻的檢定是基于手動操作的，費時費力。檢定過程手動記錄的原始數據多和計算處理復雜，特別容易出錯，經常導致熱電阻檢定結果的誤判[2]，還需要對各個檢定溫度點分別設定溫度，而且記錄多只熱電阻數據要手動切換開關，最后人工進行復雜的數據處理，導致控溫時間長，不僅工作效率低，還不能確保數據的準確可靠，同時檢定員的勞動強度和工作量都非常大。

為了提高工作效率，減少人為干擾因素和差錯，本項目在原有設備的基礎上進行改造，建立一套完整的熱電阻自動檢定系統[3]。該系統采用智能溫度監測原理，自動采集檢定數據和處理復雜的數據計算，實時記錄原始數據，自動生成證書報告，實現熱電阻檢定過程的自動化。不僅能有效提高工作效率，還能夠提高數據的可靠性，同時也減輕了檢定員的勞動強度，使熱電阻的檢定能力得到提高。

1系統總體架構

熱電阻自動檢定系統的總體架構設計采用的是經典的3層MVC架構[4]，如圖1所示。3層MVC結構是將應用功能分成表現層、業務邏輯層和數據訪問層三部分，解決方案是對這3層進行明確分割，并在邏輯上使其獨立。

該架構設計的優點如下：①具有靈活的硬件組成：對于各個層可以選擇與其處理負荷和特性相適應的硬件，這是與系統可縮放性直接相關的問題；②提高程序的可維護性：3層MVC結構中，應用的各層可以并行開發，各層也可以選擇各自最適合的開發語言；③利于變更和維護應用技術規范：因為是按層分割功能，所以各個程序的處理邏輯變得十分簡單；④系統管理簡單，可支持異種數據庫，有很高的可用性。

2系統設計

2.1流程設計

熱電阻的檢定流程應該滿足國家規范的要求，其流程如下（以檢定0℃溫度點為例）：

①輸入數字表參數；

②標準鉑電阻選擇，如果不存在，則添加鉑電阻信息，包括Rtp、a8及b8等參數；

③選擇每一個通道的被檢電阻，如果不存在，則添加型號、標稱電阻值R0、允差等級（AA、A、B、C）、接線方式（二線制、三線制、四線制）、制造廠及委托單位等信息；

④選擇0℃恒溫槽，并穩定溫度值；

⑤參數設置好后，檢定人員點擊“開始檢定”按鈕，系統自動監測恒溫槽的溫度穩定性，溫度值根據標準熱電阻的阻值換算；

⑥實時檢測恒溫槽最近10 min之內的變化，直到在最近10 min之內滿足溫度的波動（溫度的最大值與最小值之差）低于0.04℃為止；

⑦溫度滿足條件后，開始1～12通道被檢熱電阻的檢定，從標準熱電阻0通道開始，依次讀取1～12通道的阻值，再從12～0通道，反方向讀取各通道阻值，按照規程的要求，重復這個過程3次；

⑧如果熱電阻為三線制，換線后重復上一步驟，否則跳過此步；

⑨0℃恒溫槽檢定完畢，程序提示更換100℃恒溫槽。檢定人員手動更換100℃恒溫槽，更換完畢后點擊“繼續”按鈕，繼續100℃恒溫槽的檢定，檢定流程與⑥、⑦和⑧相同；

⑩檢定的數據采集過程結束。

2.2功能設計

熱電阻自動檢定軟件設計目的是在原有設備基礎上實現熱電阻檢定的信息化和自動化，軟件中可以實現對歷史熱電阻信息的管理，從數據庫中提取到要檢定熱電阻的信息，或者通過手動錄入要檢定熱電阻信息。檢定過程控制和數據處理是熱電阻自動檢定系統的核心。

熱電阻自動檢定系統在功能上分為通用信息管理、檢定過程控制、通信處理、數據處理和系統管理5個部分，如圖2所示。

（1）通用信息管理模塊

主要是對數字表信息、標準器及其送檢的熱電阻的基本信息進行管理：①數字表信息包括數學表編號、型號及溯源證書信息等；②標準器和被檢熱電阻的基本信息包括電阻的型號、編號、允差等級及制造廠名等；③被檢電阻信息還包括送檢單位，這些信息是通過COM數據接口調用計量業務管理平臺得到的送檢信息，在檢定過程中提取到相應參數進行檢定，并將本次檢定信息及結果存入本地Access數據庫。

（2）檢定過程控制模塊

檢定過程控制模塊是整個熱電阻自動檢定系統控制的核心，包括各被測電阻的參數錄入、過程狀態顯示、通道切換、報警及實時曲線顯示等。具體作用如下：①對整個檢定過程的控制，獲取檢定裝置的各項參數，包括數字多用表的型號參數信息和檢定證書信息；②從檢定開始監控整個檢定流程，顯示狀態包括熱電阻線制數、當前在檢熱電阻、正向檢定或是反向檢定、數字多用表讀數和檢定時間等，并給出溫度實時曲線，方便檢定人員監控檢定過程；③通過控制多路控制開關來完成各支熱電阻檢定通道的切換；④當溫度不穩定而達不到規定的檢定環境或者其他問題出現時，能夠報警并給出錯誤提示。

（3）通信處理模塊

主要進行與下位機的通信處理，下位機為ARM開發板，需要RS-232接口與計算機連接進行串口通信。上位機向ARM板發送指令，ARM板在接到指令后進行相應的操作，ARM板實時向上位機傳輸標準電阻和被檢電阻的阻值，通過標準電阻換算得到恒溫槽當前實際溫度，計算機判斷溫度穩定后，再發送指令選通各支熱電阻完成檢定工作。

（4）數據處理模塊

由多種判定方法組成，在獲取下位機傳輸的標準電阻阻值之后，換算成溫度并判斷檢定環境是否符合條件。若符合條件，則開始檢定，接收各支電阻阻值并進行換算，通過判定算法給出該電阻是否合格。檢定結束后將本次記錄寫入到數據庫，形成原始記錄。

（5）系統管理模塊

對軟件本身及檢定數據的管理，在檢定后，管理被檢熱電阻的檢定記錄，生成檢定證書并加以管理，以及進行系統的其他管理。該模塊可以查詢檢定記錄和檢定證書，提高檢定人員的工作效率。

2.3數據庫設計

通過對熱電阻檢定工作流程以及數據處理的分析與研究，提取形成了數字表信息表、客戶信息表、標準器信息表、被檢電阻信息表、0℃記錄表、100℃記錄表、T℃記錄表、檢定結果表以及證書記錄表等16個數據實體及對應關系，并將其轉換成熱電阻自動化檢定所需的數據庫表結構。系統數據庫設計使用Access數據庫來存儲復雜的關系數據，并建立視圖、索引來加快數據查詢速度，應用觸發器和存儲過程技術來封裝邏輯事件和預存子程序，用以提高系統后臺數據的完整性和安全性。

3系統實現與測試

在系統實現方面，熱電阻自動檢定系統的開發，采用MVC三層軟件架構，使用Microsoft Visual Studio 2015開發工具及C#語言；應用RS-232串口通信技術實現了上位機系統與下位機硬件的交互通信，通過多線程技術來實現友好的UI界面交互；利用COM組件技術來完成原始記錄與證書文檔的操作[5]。

在系統測試方面，熱電阻自動檢定系統采用集成測試的方法對其整體的功能進行測試。集成測試也叫組裝測試或聯合測試，是在單元測試的基礎上，將所有模塊按照設計要求組裝成為子系統或系統，進行集成測試。實踐表明，一些模塊雖然能夠單獨工作，但并不能保證連接起來也能正常工作，一些局部反映不出來的問題，在全局上很可能暴露出來[6]。

經過測試，系統基本上可以無故障穩定運行，系統無論在功能還是性能方面均能滿足用戶要求。熱電阻自動檢定系統軟件具有良好的人機接口，使用方便，系統的界面友好、簡潔。從單元測試開始，逐步進入集成測試和確認測試，在集成測試和確認測試過程中還進行了一系列的回歸測試，最后進行了系統測試。經過反復測試，系統基本能滿足用戶的所有功能性需求和非功能性需求。

總之，通過測試，系統已實現了功能需求分析中的各個功能，簡單實用，具有較快的響應速度、較強的安全性和容錯能力及良好的可維護性，基本滿足了預期的需求。

4結束語

熱電阻自動檢定系統的開發對于計量檢定工作有著重要的意義，現行熱電阻自動檢定的工作都是依賴人工記錄數據并計算，由于效率低、速度慢和精度差的原因，對于高度信息化的今天來說，傳統檢定方法早已不適用。因此，重新設計實現熱電阻自動檢定系統可以把檢定人員從繁瑣的數據記錄中解放出來，減輕檢定人員的工作壓力，減少人為干擾因素和差錯，提高檢測實驗室的工作效率，具有重要的實際意義和較高的應用價值。

參考文獻

[1]邵一軼.工業熱電阻遠程校準系統的研究與實現[D].杭州：中國計量學院，2013.

[2]賈桂華.熱電偶、熱電阻自動檢定系統的設計與實現[J].宇航計測技術，2007，27（4）：30-34.

[3]劉晨，邢志紅，王鳳偉.基于計量業務管理平臺的全自動化檢測模式的研究與應用[J].計量技術，2017（2）：64-66.

[4]蔣破荒，徐建明.基于MVC模型和行為描述的Web應用測試框架[J].現代電子技術，2017，40（6）：71-74.

[5]趙海春.COM組件的設計與使用[J].邵陽學院學報，2009，6（1）：58-60.

[6]夏耘，林華.軟件系統的集成測試技術研究[J].計算機工程， 2000，26（10）：102-104.