概述

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，汽車等現(xiàn)代化交通工具日益走進眾多家庭，電梯等載人工具的應(yīng)用也越來越廣泛，隨之而來的安全隱患不能不引起社會的高度重視。過載量的大小作為衡量運動系統(tǒng)綜合性能的一個重要指標(biāo)，日益被提上日程，因為過載量的大小直接關(guān)系到人身安全，不容忽視。本文介紹了一種便攜式過載測試系統(tǒng)，使用鋰電池作為供電源，當(dāng)過載發(fā)生時能夠在空間三個垂直方向上采集過載量并存儲，數(shù)據(jù)采集完畢后，可以送入微機進行處理，也可以直接打印結(jié)果。

系統(tǒng)硬件

該測試系統(tǒng)主要由過載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和通訊軟件組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過三個方向的加速度傳感器采集數(shù)據(jù)，而后存入外部數(shù)據(jù)存儲器中。通訊軟件通過串行口進行數(shù)據(jù)的讀取和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用8751單片機作為主控芯片，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和存儲。整個系統(tǒng)的組成如圖1所示。

信號放大電路

本系統(tǒng)的信號源自三個沿空間三維方向分布的加速度傳感器輸出的電壓信號，傳感器使用的是3031型加速度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)量程為±50g，規(guī)格為0.994mv/g。由于傳感器內(nèi)部含溫補電路，因而不需考慮溫度對測量信號的影響。又由于加速傳感器響應(yīng)的是過載沖擊量，過載值的輸出量較小，因此必須采用合適的放大電路對信號進行放大，放大電路必須保證具有一定的對稱性，減少漂移量，并且應(yīng)具有高輸入阻抗和高共膜抑制比，才能對微小的差模電壓信號敏感。另外由于傳感器的輸出特性為非線性，必須采用分段放大的方式才能提高測試精度。為達到以上要求，我們采用了如圖2所示的信號放大電路。

利用回歸分析法，用三段折線段逼近加速度傳感器的輸出曲線，圖2中由線性放大器A3決定基本折線，A2和A1分別決定另外兩條折線。當(dāng)電壓輸入量為ei時，放大器A1、A2和A3的線性放大輸出分別為eo1、eo2和eo3，總的合成特性曲線為：eo=eo1+eo2+eo3。采用分段線性放大的方法，可以大幅減少傳感器由于傳感器的信號輸出為非線性而造成的誤差。

供電電路設(shè)計

由于本測試裝置需要便于攜帶，電源要保證能夠一定的供電時間，還要體積小，因此選用了鋰電池作為電源，并設(shè)計了配套的升壓電路。鋰電池的規(guī)格為：1000mAh 3.6V，系統(tǒng)所需的電壓為+5V。該系統(tǒng)中采用的電池升壓電路如圖3。

由于鋰電池的儲電容量較高，充電完畢后，該升壓電路能夠為整個系統(tǒng)提供長達20小時的+5V直流電壓輸出，符合長時間不間斷測量的要求。

數(shù)據(jù)存儲電路

由于采集的數(shù)據(jù)量較大，必須考慮擴展外部數(shù)據(jù)存儲器，測試系統(tǒng)中采用了擴展動態(tài)RAM的方式。動態(tài)RAM具有成本低、功耗小等優(yōu)點，特別適合于需要大量的數(shù)據(jù)存儲空間的場合。電路設(shè)計時選用了兩片62128芯片，整個單片機控制系統(tǒng)的組成框圖如圖4所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

下位機軟件

為了便于將采集的數(shù)據(jù)送入PC機進行處理，該系統(tǒng)采用了RS-232串行通訊方式與計算機的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行口通信。RS-232串行通訊接口具有高效、可靠、簡便和低成本等特點，非常適合于應(yīng)用在各種測試裝置中。采用串行I/O口作為通信手段，必須首先將TTL電平轉(zhuǎn)化為RS-232電平，通訊電纜只需提供RXD、TXD、GND三個信號即可。

測試時依次采集X、Y、Z三個方向的過載量數(shù)據(jù)各4次，經(jīng)算術(shù)平均濾波后通過串行I/O將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機。系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。

數(shù)據(jù)的濾波處理通過調(diào)用平均值濾波法子程序?qū)崿F(xiàn)，平均值濾波采用摒棄最大與最小值的方法對測量值進行平均濾波處理。

上位機軟件

PC機的通信程序在Visual Basic 6.0中設(shè)計與調(diào)試。

采用VB6.0實現(xiàn)串行通信有兩種方法：(1)使用串行通信控件(Mscomm32.ocx)；(2)使用Windows的應(yīng)用編程接口(API)。VB中使用的MSCOMM.VBX用戶通信控件，使用戶程序具有通過串行口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能力，不僅包括了全部Windows API中關(guān)于串行通信的16個函數(shù)所完成的功能，而且還開拓了更多的對象屬性，為串行通信控件設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)的事件函數(shù)、過程，并通過屬性的方法提供了串行通信參數(shù)的設(shè)置。而API提供了完備的應(yīng)用程序接口函數(shù)和中斷方式的通信設(shè)備驅(qū)動程序(COMM.DRV)。這兩種方法都能訪問標(biāo)準(zhǔn)接口，但使用Mscomm32.ocx控件比較簡便，上位機軟件設(shè)計采用了該方式。

上位機軟件在進行串行通訊口初始化時必須保證與測試系統(tǒng)的波特率保持一致。當(dāng)測試系統(tǒng)的波特率設(shè)置為9600bit/s時，上位機軟件的初始化子程序設(shè)計為：

Private Sub Command1_Click()

With MSComm1

              COM1

              信口參數(shù)

              MSComm1接收緩沖

              區(qū)為40字節(jié)

              MSComm1發(fā)送緩沖

              區(qū)為2字節(jié)

.InputMode = comInputModeBinary　丈柚媒郵帳©據(jù)模式為二進制形式

                     緩沖區(qū)

.OutBufferCount = 0   漲宄©發(fā)送

                     緩沖區(qū)

End With

End Sub

數(shù)據(jù)采集處理程序采用MSComm事件驅(qū)動方式。由于只接了串行口的RXD、TXD及GND，因此只有當(dāng)數(shù)據(jù)輸入時才能觸發(fā)。數(shù)據(jù)接收子程序如下：

Private Sub MSComm1_ OnComm()        盞貝?鋅謨惺©據(jù)時即進行數(shù)據(jù)接收且處理

Dim currentstatu as string

       定義接收字節(jié)數(shù)組

Receivedata=MSComm1.Input 

       區(qū)首地址

End Sub

結(jié)語

該測試系統(tǒng)與一般的測試系統(tǒng)相比，由于是過載瞬間的測試，系統(tǒng)要求的采樣頻率較高，數(shù)據(jù)量比較大，因而要求系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。為適應(yīng)便攜的要求，使用了鋰電池作為供電電源，使得整個裝置體積小，重量輕。便捷的RS-232串行通訊方式，方便了數(shù)據(jù)的傳輸軟件的設(shè)計。經(jīng)實測驗證，該過載量測試裝置達到了預(yù)期的各項指標(biāo)，廣受用戶好評。