專利名稱：一種軟物質材料表面粘附能測量儀的軟件系統及其測試方法
技術領域：
本發明涉及一種軟物質材料表面粘附能測量儀(簡稱JKR測能儀)的軟件系統及其測試方法。
背景技術：
對高分子彈性體和生物凝膠等軟物質的表面粘附能的測量一直是重要的研究領域，而常見的測量方法卻具有各種局限性。例如常見測量方法“剝離強度測量法”就具有不能對材料的彈性模量進行表征，操作繁瑣，測試所需的樣品量大，測試要破壞樣品等缺點。據此我們開發了 JKR測能儀的系統軟件，在JKR測能儀的硬件基礎上來定量測量和分析軟物質材料表面粘附性和彈性模量。本發明涉及的軟件系統設計方法作為儀表的控制核心，體現了模塊化、面向對象的設計思想，以盡可能減少軟件本身的故障、提高其使用的可靠性。
發明內容
本發明作為JKR測能儀的控制核心，與JKR測能儀的硬件設備相互配合，完成軟物質表面粘接性和彈性的測量。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是
一種軟物質材料表面粘附能測量儀的軟件系統，所述軟件系統包括儀器驅動系統和儀器操作系統；
所述儀器驅動系統存儲于嵌入式系統S3C2440A中，完成將操作程序發出的ASCII碼指令轉換為步進電機控制指令的功能；
所述儀器操作系統存儲于主控計算機中，完成如下功能儀表硬件初始化、用戶交互、 測量流程控制以及測量數據的濾波、處理、輸出。所述儀器驅動系統運行在專為其精簡裁剪的WinCE5. 0操作系統中。該WinCE5. 0 操作系統在Platform Builder5. 0環境中生成，根據需要對相應模塊和組件進行添加刪除， 并加入與開發板相應的BSP文件SMDKM40A. CEC和特殊應用的硬件驅動程序。所述儀器驅動系統包括
硬件初始化模塊，用于對所述嵌入式系統S3C2440A的串口配置參數、申請GPIO虛擬物理地址、配置PWM定時器參數；和
串口數據接收模塊，完成串口監聽、讀取所述主控計算機發送的ASCII碼控制字符并解釋分析；和
功能處理模塊，根據所述串口數據接收模塊對所述主控計算機控制指令的解析結果， 完成所述步進電機控制指令的生成。所述儀器操作系統包括
初始化模塊，對所述表面粘附性能測量儀的硬件設備和各種接口進行初始化；和數據通訊模塊，針對與所述主控計算機不同連接類型的硬件設備，分別采取串口編
程、
USB 口編程或以動態鏈接庫的方式進行數據交換；和人機接口模塊，包括儀器參數設定接口和測量、處理后數據的顯示接口 ；和儀器自動測量功能模塊，根據系統測量流程圖，對各反饋信號綜合判斷并完成數據的自動測量；和
數據存儲模塊，對測量數據和數據圖形顯示以JPG格式和Excel文件格式輸出。所述軟物質材料是高分子彈性體、凝膠或薄膜。上述的軟物質材料表面粘附能測量儀的軟件系統的測試方法。其特征在于，儀器操作系統和儀器驅動系統的協同工作。其軟件測量步驟為(1)對儀器硬件各部分初始化， 由儀器驅動系統的硬件初始化模塊和儀器操作系統的初始化模塊完成；( 對儀器測量參數的用戶設定，包括接觸后位移S、測量速度V、循環次數Π，由人機接口模塊完成；(3)用戶選定開始后由儀器自動測量功能模塊完成被測材料的全自動測量。此過程中儀器自動測量功能模塊通過數據通訊模塊，分別與儀器傳感器和驅動程序中的串口數據接收模塊和功能處理模塊通訊，對設定參數、測量條件以及反饋條件進行綜合判斷，從而完成數據的自動測量，測量圖形可由人機接口模塊實時顯示；(4)測量完成后由數據存儲模塊完成數據的存儲輸出。和現有技術相比，配備了本軟件系統的JKR測能儀具有以下優點適用的測試材料廣泛，包括高分子彈性體、凝膠、薄膜等軟物質材料；能同時對軟物質材料的彈性模量和粘附性能進行表征；測量精度高；穩定性和重復性好；并且測試時需要的樣品體積小。
圖1是本發明的測量儀的工作流程圖； 圖2是本發明的測量儀的系統軟件示意圖； 圖3是本發明的軟件系統的部分數據輸出圖4是利用本發明的測量儀測得凝膠的三次循環力一位移曲線圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于對本發明作進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的專業技術人員根據本發明的內容作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。實施例1
圖1是本發明的測量儀的工作流程圖。此軟件系統配合JKR測能儀的硬件設備可以對高分子彈性體、凝膠或薄膜等軟物質材料表面粘附性能和彈性模量進行表征。本發明的軟物質材料表面粘附能測量儀的軟件系統包括儀器驅動系統和儀器操作系統；儀器驅動系統存儲于嵌入式系統S3C2440A中，完成將操作程序發出的ASCII碼指令轉換為步進電機控制指令的功能；儀器操作系統存儲于主控計算機中，完成如下功能 儀表硬件初始化、用戶交互、測量流程控制以及測量數據的濾波、處理、輸出。儀器驅動系統運行的硬件環境為嵌入式S3C2440A，軟件環境為專為其精簡裁剪的WinCE5. 0操作系統中；所述WinCE5. 0操作系統在Platform Builder5. 0環境中生成，根據需要對相應模塊和組件進行添加或刪除，并加入與開發板相應的BSP文件SMDKM40A. CEC 和特殊應用的硬件驅動程序。儀器驅動系統包括如下功能模塊硬件初始化模塊，用于對所述嵌入式系統 S3C2440A的串口配置參數、申請GPIO虛擬物理地址、配置PWM定時器參數；串口數據接收模塊，完成串口監聽、讀取所述主控計算機發送的ASCII碼控制字符并解釋分析；功能處理模塊，根據所述串口數據接收模塊對所述主控計算機控制指令的解析結果，完成所述步進電機控制指令的生成。儀器操作系統運行的硬件環境為通用PC，軟件環境為Windows操作系統，程序主界面如圖2所示。儀器操作系統包括如下功能模塊初始化模塊，對所述表面粘附性能測量儀的硬件設備和各種接口進行初始化；數據通訊模塊，針對與所述主控計算機不同連接類型的硬件設備，分別采取串口編程、USB 口編程或以動態鏈接庫的方式進行數據交換 ’人機接口模塊，包括儀器參數設定接口和測量、處理后數據的顯示接口，參數設定窗口和數據顯示窗口如圖2所示；儀器自動測量功能模塊，根據系統測量流程圖，對各反饋信號綜合判斷并完成數據的自動測量；數據存儲模塊，對測量數據和數據圖形顯示以JPG格式和 Excel文件格式輸出。實施例2
下面以硅膠為例進行實際數據測量。其軟件測量步驟為(1)對儀器硬件各部分初始化，由儀器驅動系統的硬件初始化模塊和儀器操作系統的初始化模塊完成；( 對儀器測量參數的用戶設定，包括接觸后位移S、測量速度ν、循環次數n，由人機接口模塊完成，這里位移s設為20um、測量速度ν設為35um/s、循環次數η設為3 ； (3)用戶選定開始后由儀器自動測量功能模塊完成被測材料的全自動測量。此過程中儀器自動測量功能模塊通過數據通訊模塊，分別與儀器傳感器和驅動程序中的串口數據接收模塊和功能處理模塊通訊，對設定參數、測量條件以及反饋條件進行綜合判斷，從而完成數據的自動測量，測量圖形可由人機接口模塊實時顯示；(4)測量完成后由數據存儲模塊完成數據的存儲輸出， 如圖3、4所示。本發明的具體操作流程
1、將本軟件系統相關的硬件平臺與PC連接完畢，安裝在PC上的軟件系統自動檢查設備狀態，若有設備錯誤則提示使用者；
2、對儀器測量參數的用戶設定，包括接觸后位移S、測量速度ν、循環次數η，由人機接口模塊完成；
3、用戶選定開始后由儀器自動測量功能模塊完成被測材料的全自動測量。此過程中儀器自動測量功能模塊通過數據通訊模塊，分別與儀器傳感器和驅動程序中的串口數據接收模塊和功能處理模塊通訊，對設定參數、測量條件以及反饋條件進行綜合判斷，從而完成數據的自動測量，測量圖形可由人機接口模塊實時顯示；
4、測量完成后由數據存儲模塊完成數據的存儲輸出。
權利要求
1.一種軟物質材料表面粘附能測量儀的軟件系統，其特征在于，所述軟件系統包括儀器驅動系統和儀器操作系統；所述儀器驅動系統存儲于嵌入式系統S3C2440A中，完成將操作程序發出的ASCII碼指令轉換為步進電機控制指令的功能；所述儀器操作系統存儲于主控計算機中，完成如下功能儀表硬件初始化、用戶交互、 測量流程控制以及測量數據的濾波、處理、輸出。
2.根據權利要求1所述的軟件系統，其特征在于，所述儀器驅動系統運行在專為其精簡裁剪的WinCE5. 0操作系統中；所述WinCE5. 0操作系統在Platform Builder5. 0環境中生成，根據需要對相應模塊和組件進行添加或刪除，并加入與開發板相應的BSP文件 SMDK2440A. CEC和特殊應用的硬件驅動程序。
3.根據權利要求1所述的軟件系統，其特征在于，所述儀器驅動系統包括硬件初始化模塊，用于對所述嵌入式系統S3C2440A的串口配置參數、申請GPIO虛擬物理地址、配置PWM定時器參數；和串口數據接收模塊，完成串口監聽、讀取所述主控計算機發送的ASCII碼控制字符并解釋分析；和功能處理模塊，根據所述串口數據接收模塊對所述主控計算機控制指令的解析結果，完成所述步進電機控制指令的生成。
4.根據權利要求1所述的軟件系統，其特征在于，所述儀器操作系統包括 初始化模塊，對所述表面粘附性能測量儀的硬件設備和各種接口進行初始化；和數據通訊模塊，針對與所述主控計算機不同連接類型的硬件設備，分別采取串口編程、USB 口編程或以動態鏈接庫的方式進行數據交換；和人機接口模塊，包括儀器參數設定接口和測量、處理后數據的顯示接口 ；和儀器自動測量功能模塊，根據系統測量流程圖，對各反饋信號綜合判斷并完成數據的自動測量；數據存儲模塊，對測量數據和數據圖形顯示以JPG格式和Excel文件格式輸出。
5.根據權利要求1所述的軟件系統，其特征在于，所述軟物質材料是高分子彈性體、凝膠或薄膜。
6.權利要求1所述的軟物質材料表面粘附能測量儀的軟件系統的測試方法，其特征在于，所述儀器操作系統和所述儀器驅動系統協同進行工作；所述測試方法的測試步驟為 (1)對儀器硬件各部分初始化，由儀器驅動系統的硬件初始化模塊和儀器操作系統的初始化模塊完成；( 對儀器測量參數的用戶設定，包括接觸后位移S、測量速度V、循環次數 η,由人機接口模塊完成；(3)用戶選定開始后由儀器自動測量功能模塊完成被測材料的全自動測量；此過程中儀器自動測量功能模塊通過數據通訊模塊，分別與儀器傳感器和驅動程序中的串口數據接收模塊和功能處理模塊通訊，對設定參數、測量條件以及反饋條件進行綜合判斷，從而完成數據的自動測量，測量圖形可由人機接口模塊實時顯示；(4)測量完成后由數據存儲模塊完成數據的存儲輸出。
全文摘要
本發明公開了一種軟物質材料表面粘附能測量儀(簡稱JKR測能儀)的軟件系統及其測試方法。此軟件系統配合JKR測能儀的硬件設備可以對軟物質材料表面粘接性和彈性進行表征。本發明的軟件系統作為JKR測能儀的控制核心，是由儀器驅動系統、儀器操作系統構成；儀器驅動系統存儲于嵌入式系統中，完成將操作程序發出的ASCII碼指令轉換為步進電機控制指令的功能；儀器操作系統存儲于主控計算機中，完成儀表硬件初始化，用戶交互，測量流程控制，測量數據濾波、處理、輸出等功能。本發明具有以下優點適用的測試材料廣泛，包括高分子彈性體、凝膠、薄膜等軟物質材料；能同時對軟物質材料的彈性模量和粘附性進行表征；測量精度高；穩定性和重復性好；并且測試時需要的樣品體積小。
文檔編號G01N3/00GK102176201SQ20111003817
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月15日 優先權日2011年2月15日
發明者萬衡, 房鼎業, 李莉, 杜偉, 郭旭虹, 黃世斌 申請人:華東理工大學