基于Java的材料试验机测控软件的设计研究

　　材料试验机是检测材料各种力学性能的一种标准测试仪器,其具有很强的综合性和学科交叉性.材料试验机须要满足工作实时性、可扩展性,执行机构精确的运动控制等性能要求.试验机测控系统不但要进行数据采集和处理,还要实现对执行机构的运动控制.

　　Java作为一种编程语言,不仅具有强大的类库和工具,还具有超强的安全性、跨平台性和网络通信能力,现已广泛应用于企业计算系统、桌面应用程序、嵌入式系统中.鉴于Java的超强性能和优点,同时结合材料试验机测控系统的高精度、可扩展性等特点,本文着重从软件方面介绍利用Java平台开发材料试验机的测控系统及其中的一些关键技术.

　　1　测控系统的硬件组成

　　电子万能材料试验机的硬件由机械主体,伺服驱动控制器和电机,基于USB接口的测控卡和PC机4部分组成.材料试验机机械主体上包括光电编码器、力传感器、变形引伸计.试验时,通过伺服电机给试样加载,对试样进行拉伸;力传感器和引伸计分别把采集到的力和变形转化为电压信号输入到USB测控卡上;测控卡把采集到的信号进行信号调整及A/D转换后,通过测控卡的USB接口送入计算机,再经过上位机软件处理并绘制出力-变形等特征曲线.图1为测控卡总体原理图.

　　2　测控系统的软件组成

　　材料试验机是一种标准的测试设备,其软件开发遵循以下要求:(1)严格按照材料试验国家标准进行;(2)所开发软件要操作简便;(3)进行各项指标分析时,要求结果准确;(4)要充分考虑测控系统对实时性的要求.

　　按照以上的设计要求,本系统采用Java开发平台,利用模块化的编程思路,将系统软件划分为:软件界面管理模块、数据采集与处理模块、数据显示和控制模块、状态监测模块、数据管理模块、程控自动测试模块等多个模块分别进行开发.每个模块分别实现其相应的功能,由此组成一个较完善的人机交互平台.在设计中尽量使系统操作简单,界面友好,抗干扰能力强.图2为整个软件系统的结构框图.图3为系统启动后的软件界面图.

　　软件界面管理模块的作用:首先使用JavaSwing完成一个图形用户界面,然后添加各项功能.此模块主要完成基本的测控软件管理,包括系统各传感器的标定以及采样通道、采样频率,分析结果数据的存盘路径、软件运行模式等的选择及设置.

　　数据采集和数据处理模块的作用:此模块主要完成数据采集的控制和数据处理.该模块包括获取系统所考察对象的特征数据,对现场的数据进行多路数据采集,并将采样得到的数据交给软件进行处理,它是整个测控系统的核心部分.在本系统中,通过数据采集模块控制测控卡采集的力、位移、变形等数据通过USB总线传送回采集模块,然后通过处理模块进行数据的处理.