分体式智能检验仪的设计与应用

郅杏利 王高刚

（1.浙江中控自动化仪表有限公司；
2.浙江大立科技股份有限公司）

在工业应用领域，调试现场或定期的系统维护期间，检验仪的使用工况有时比较恶劣，如场地狭窄、高温、高湿等，且操作时也需要和之前的测试数据进行比对，这种情况下就需要其他人员协助，单人无法独立完成检验。

针对该实际需求，笔者开发了一款分体式结构的智能检验仪，该检验仪集校验功能和通信器功能于一体，显示/操作与主机分离，可实现跨区域工作。

分体式智能检验仪包含检验仪主机和操作终端两部分，总体设计如图1所示。

图1 分体式智能检验仪总体设计架构

分体式智能检验仪的工作原理为：操作终端上通过按键或4G接口接收外部信号来设置校验信号/测量信号类型和信号大小（检验时）。操作终端将相关信息通过蓝牙发送给检验仪主机，主机接收到信息后进行信号输出或测量，同时检验仪主机将当前的信号输出和信号测量信息反馈给操作终端，用户在操作终端上即可查看显示数据。

硬件电路部分整体为双板设计，由主机板、电源板和移动交互式掌机构成， 主机板和电源板通过两根20芯排线相连， 电源板通过排线给主机板供电，如图2所示。主机板电路系统框图如图3所示。

图2 硬件电路结构设计

图3 主机板电路系统框图

主机板电路包括以下4个部分：

a. 输入侧，包括电压、电流和回路电流测量模块；

b. 输出侧，包括电压、电流、电阻、频率输出模块，电压、电阻、频率、热偶等测量模块；

c.MCU及周边电路；

d.接插件（与电源板相连）。

电源板电路系统框图如图4所示。

图4 电源板电路系统框图

电源板电路包括以下5个部分：

a.锂电池充放电电路；

b.开关机及LDO电路；

c.接插件电路（与主机板相连）；

d.外围通信电路，包括蓝牙、LORA、RS485；

e.主电源电路。

3.1 检验仪主机

检验仪在使用时首先与操作终端进行蓝牙通信配对， 然后对各类信号的输入/输出进行标定，标定完成后可根据用户或现场的需要进行测量或输出。

主机系统采用自上而下、模块化的设计思路，便于后续的调试和功能扩展。

程序调度流程如图5所示。

图5 程序调度流程

3.2 操作终端

分体式智能检验仪的操作终端上需要安装专有的APP，且需要和检验仪主机一起配套使用。APP需要有蓝牙、文件读写及定位等权限。

本设计中，APP和检验仪主机通过蓝牙通信，检验仪部分采用标准的Modbus作为通信协议。HART通信采用自定义Modbus协议。

APP采用分模块设计，模块内部分层设计，业务层和展示层采用EventBus来进行数据和消息的传递。

操作终端APP程序架构如图6所示。

图6 操作终端APP程序架构

4.1 分体式方式的典型应用

由于工业应用现场环境相对比较恶劣，且操作空间有限，甚至环境条件不适合人员长时间滞留，故将操作器连接好后放在设备附近，操作终端分离后可以移离10 m开外的相对安全区域进行设备校验、 过程校验或智能仪表的HART通信配置等操作，具体如图7所示。

图7 检验仪分体应用实例

4.2 校验功能应用

工业现场中需要定期对过程设备进行维护、检查和校准，并要求对校验结果进行存档。

分体式智能检验仪可以对现场设备进行单独校验，也可以实现过程校验， 校验结果可以本地保存，或实时把数据或校准结果通过WiFi、LORA、5G等无线通信方式传入上层网络系统中，过程架构如图8所示。

校准时可以手动单点校验或自动校验，校准页面设置如图9所示，校准结果如图10所示。

图8 过程架构

图9 校准页面设置

图10 校准结果

笔者设计的分体式智能检验仪，已完成项目输出测试，并在实际工程项目中得到了试用。

工程调试人员进行调试时可以远距离完成待测设备的检定和维护，为其工作提高了便利性，收到了很好的评价。

后续该款检验仪功能会不断地完善和优化，以期成为业内质量可靠、先进的多功能检验仪和通信器。

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