《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于物流運(yùn)輸過程監(jiān)測的振動測量系統(tǒng)
摘要: 本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種用于物流運(yùn)輸過程監(jiān)測的振動測量系統(tǒng),用振動傳感器采集運(yùn)輸車輛的振動信息。系統(tǒng)采集到的振動信息,可以存儲起來用于對物流運(yùn)輸過程的分析。同時,振動系統(tǒng)還可以和報(bào)警系統(tǒng)連接,當(dāng)振動數(shù)據(jù)超出安全區(qū)間時進(jìn)行報(bào)警提示。
Abstract:
Key words :

 

  引言

  現(xiàn)代物流業(yè)已經(jīng)成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要動力之一,是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體行業(yè)。物流是物品從供應(yīng)地向接收地的實(shí)體流動過程,根據(jù)實(shí)際需要,將運(yùn)輸、儲存、裝卸、搬運(yùn)、包裝、流通加工、配送、信息處理等基本功能實(shí)施有機(jī)結(jié)合。運(yùn)輸是現(xiàn)代物流業(yè)中十分重要的一個環(huán)節(jié)之一,通過運(yùn)輸,向生產(chǎn)者源源不斷地運(yùn)送生產(chǎn)材料,保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行,同時又把商品不斷地運(yùn)送到消費(fèi)市場,滿足消費(fèi)者的需求。

  由于生產(chǎn)需求的多元化,運(yùn)輸?shù)奈锲肪哂卸鄻有?,對運(yùn)輸?shù)囊蟪尸F(xiàn)多樣化。普通物品的運(yùn)輸,對運(yùn)輸過程沒有特殊要求。而易碎物品或危險(xiǎn)品的運(yùn)輸,需要對其運(yùn)輸過程中的振動參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,以保證運(yùn)輸物品的完整性或安全性。

  本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種用于物流運(yùn)輸過程監(jiān)測的振動測量系統(tǒng),用振動傳感器采集運(yùn)輸車輛的振動信息。系統(tǒng)采集到的振動信息,可以存儲起來用于對物流運(yùn)輸過程的分析。同時,振動系統(tǒng)還可以和報(bào)警系統(tǒng)連接,當(dāng)振動數(shù)據(jù)超出安全區(qū)間時進(jìn)行報(bào)警提示。

  1 測量系統(tǒng)及硬件設(shè)計(jì)

  1.1 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  本文提出的振動測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,以ATmega16L單片機(jī)和加速度傳感器MMA7260為核心,配以外圍電路組成。如需在振動超標(biāo)時報(bào)警,系統(tǒng)可以和相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)連接。

 

  1.2 MMA7260加速度傳感模塊

  系統(tǒng)采用MMA7260加速度傳感器測量振動參數(shù)。MMA7260由美國飛思卡爾公司生產(chǎn),是一種低成本、低功耗、開啟快速,功能完善抗震能力強(qiáng)的三軸加速度傳感器,共有四檔測量范圍供選擇,分別是1.5g,2g,4g,6g,其中1.5g的精確度最高,達(dá)到了800 mv/g;MMA7260具有休眠模式,在休眠模式時的電流為3μA。

  MMA7260加速度傳感器輸出模擬電壓信號來表征運(yùn)動物體的加速度,輸出的模擬電壓信號與加速度成正比,模擬信號經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換后由微控制器進(jìn)行計(jì)算處理。圖2給出了MMA7260的引腳的示意圖,其中Xout,Yout,Zout分別是X,Y,Z模擬電壓輸出引腳,G1,G2是量程選擇引腳,VCC是傳感器工作電源引腳,VSS是傳感器接地引腳。

  在使用MMA7260加速度傳感器時,需要根據(jù)實(shí)際要求,通過對引腳4和引腳5賦予不同的數(shù)值以選擇合適的量程,具體的選擇方式和所對應(yīng)的量程范圍及靈敏度見表1。

  1.3 控制器與加速度數(shù)據(jù)采集

  本測量系統(tǒng)采用ATMEL公司的單片機(jī)ATmega16L作為主控制器。ATmega16L是高性能低功耗8位單片機(jī),內(nèi)部具有16 kB可編程Flash,0.5 kB的E2PROM,1 kB片內(nèi)SRAM,內(nèi)部集成了一個逐次比較式ADC電路,具有10位精度,13~260μs的轉(zhuǎn)換時間,8路可選的單端輸入通道。

  ATmega16與MMA7260的連接如圖3所示,用單片機(jī)PA口中的PA0,PA1,PA2分別作為MMA7260振動傳感器X,Y,Z三個軸模擬電壓的輸入端。接收到的模擬電壓信號由單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。單片機(jī)的PC3引腳和PC4引腳用作振動傳感器量程選擇的控制端。MMA7260的G1和G2分別連接單片機(jī)的PC3引腳和PC4,通過控制PC3引腳和PC4引腳的輸出電平選擇所需量程,本系統(tǒng)中采用1.5g的量程,因此PC3引腳和PC4引腳均輸出低電平。MMA7260的Sleep Mode引腳連接到單片機(jī)中的PC1引腳,讓此引腳輸出高電平,允許傳感器進(jìn)入睡眠模式,睡眠模式下具有節(jié)能效果。

 

  2 測量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

  測量系統(tǒng)軟件主要包括硬件初始化和數(shù)據(jù)處理。初始化包括單片機(jī)的ADMUX寄存器初始化,單片機(jī)I/O口初始化。數(shù)據(jù)處理包括振動信息采集及A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)軟件采用C語言編程設(shè)計(jì),軟件流程圖如圖4所示。系統(tǒng)上電之后,首先進(jìn)行初始化,然后系統(tǒng)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。主控制器采用中斷方式進(jìn)行工作,每隔一定時間從MMA7260振動傳感器中讀取振動信息,單片機(jī)對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,并對其進(jìn)行處理,然后進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)。

  在對振動傳感器的三個軸的電壓信息進(jìn)行采集時,把A/D轉(zhuǎn)換器的工作方式設(shè)置成了自由轉(zhuǎn)換方式,采用輪詢方式分別對X,Y和Z軸的電壓信息進(jìn)行采集,然后進(jìn)入休眠狀態(tài)。通過定時計(jì)數(shù)器設(shè)定一個時間,定時時間到從休眠狀態(tài)喚醒,繼續(xù)采集X,Y,Z三軸的電壓信息。

  3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)

  本文實(shí)現(xiàn)的振動測量系統(tǒng),MMA7260振動傳感器實(shí)現(xiàn)振動信息采集,單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和處理。需要指出的是,在實(shí)現(xiàn)的樣例系統(tǒng)中加入了RS 232串口,以將測量數(shù)據(jù)輸?shù)絇C機(jī),方便系統(tǒng)調(diào)試。

  為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng),在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了運(yùn)輸振動模擬測試。實(shí)驗(yàn)時,把振動傳感器MMA7260固定在玩具小車上面,晃動小車以產(chǎn)生振動,同時采集振動傳感器輸出的數(shù)據(jù)。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示,可以看出,當(dāng)小車受到振動時,傳感器能明顯地檢測到振動的信息。

  4 結(jié)語

  本文研究并設(shè)計(jì)了一種用于物流運(yùn)輸過程監(jiān)測的振動測量系統(tǒng),以對怕磕碰、易碎物品或危險(xiǎn)品等的運(yùn)輸過程進(jìn)行監(jiān)測。介紹了系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件設(shè)計(jì)和軟件流程,并給出了實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng),以此進(jìn)行了振動測量實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,系統(tǒng)運(yùn)行良好,能夠準(zhǔn)確地記錄振動參數(shù),可以廣泛地應(yīng)用在物流運(yùn)輸監(jiān)測系統(tǒng)中,作為車輛運(yùn)輸過程振動監(jiān)測的一種有效手段。

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