概述

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車等現(xiàn)代化交通工具日益走進(jìn)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(huì)的高度重視。過載量的大小作為衡量運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)綜合性能的一個(gè)重要指標(biāo)，日益被提上日程，因?yàn)檫^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(shí)能夠在空間三個(gè)垂直方向上采集過載量并存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)采集完畢后，可以送入微機(jī)進(jìn)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(gè)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(chǔ)器中。通訊軟件通過串行口進(jìn)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(jī)作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)的組成如圖1所示。

信號(hào)放大電路

本系統(tǒng)的信號(hào)源自三個(gè)沿空間三維方向分布的加速度傳感器輸出的電壓信號(hào)，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(bǔ)電路，因而不需考慮溫度對(duì)測量信號(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，放大電路必須保證具有一定的對(duì)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(duì)微小的差模電壓信號(hào)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(dá)到以上要求，我們采用了如圖2所示的信號(hào)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(shí)，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(hào)輸出為非線性而造成的誤差。

供電電路設(shè)計(jì)

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(shí)間，還要體積小，因此選用了鋰電池作為電源，并設(shè)計(jì)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(chǔ)電容量較高，充電完畢后，該升壓電路能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)提供長達(dá)20小時(shí)的+5V直流電壓輸出，符合長時(shí)間不間斷測量的要求。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

由于采集的數(shù)據(jù)量較大，必須考慮擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，測試系統(tǒng)中采用了擴(kuò)展動(dòng)態(tài)RAM的方式。動(dòng)態(tài)RAM具有成本低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于需要大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的場合。電路設(shè)計(jì)時(shí)選用了兩片62128芯片，整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖如圖4所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件

為了便于將采集的數(shù)據(jù)送入PC機(jī)進(jìn)行處理，該系統(tǒng)采用了RS-232串行通訊方式與計(jì)算機(jī)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(diǎn)，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(gè)信號(hào)即可。

測試時(shí)依次采集X、Y、Z三個(gè)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(jī)。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(duì)測量值進(jìn)行平均濾波處理。

上位機(jī)軟件

PC機(jī)的通信程序在Visual Basic 6.0中設(shè)計(jì)與調(diào)試。

采用VB6.0實(shí)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(gè)函數(shù)所完成的功能，而且還開拓了更多的對(duì)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(dòng)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(jī)軟件設(shè)計(jì)采用了該方式。

上位機(jī)軟件在進(jìn)行串行通訊口初始化時(shí)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(shí)，上位機(jī)軟件的初始化子程序設(shè)計(jì)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(jìn)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(dòng)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(shí)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(shí)即進(jìn)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(gè)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(jì)。經(jīng)實(shí)測驗(yàn)證，該過載量測試裝置達(dá)到了預(yù)期的各項(xiàng)指標(biāo)，廣受用戶好評(píng)。